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Die vorliegende Erfindung zielt auf einen Querträger für eine Kraftfahrzeughinterachse,
insbesondere einer Hinterachse mit gezogenen Armen mit einem biegsamen Querträger.
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Unter allen technischen Lösungen, welche die Hinterachsen von Kraftfahrzeugen
betreffen, ist die halbstarre Achse eine einfache und wirtschaftliche Lösung, denn sie dient
gleichermaßen als Führung für die Hinterachsräder und als Anti-Schlingervorrichtung.
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Im Allgemeinen besteht die halb starre Achse aus zwei gezogenen Armen, die
untereinander durch einen Querträger verbunden sind.
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Diese Konstruktion ist mit der Fahrzeugkabine über zwei federnde Lager verbunden.
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Der Querträger ist auf starre Art mit den Armen verbunden, meist mit Hilfe von
Knaggen, welche jede auf der einen Seite am äußeren Ende des Querträgers und auf der anderen
Seite auf dem zughörigen ausgezogenen Arm im Allgemeinen durch Schweißen befestigt sind.
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Entsprechend dem Aufbau der Hinterachse des Fahrzeugs befindet sich der Querträger
mehr oder weniger nah den Enden der Arme. Diese Position hängt vom allgemeinen Aufbau des
Fahrzeugunterbaus ab, insbesondere vom Platzbedarf des Brennstofftanks.
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Um die doppelte Funktion als Führung und Anti-Schlingervorrichtung sicherzustellen,
muss der Querträger eine bestimmte Starrheit besonders bezüglich der Torsion und der Biegung
zeigen, um einen optimalen Kompromiss zwischen der Straßenlage des Fahrzeuges und dem
Komfort der Fahrgäste besonders für ein Reisefahrzeug zu erreichen.
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Tatsächlich verhindert der Einsatz eines zu starren Querträgers praktisch jedes Schlingern
der Fahrzeugkabine, verursacht aber für die Passagiere unbequeme Stöße, welche manchmal mit
einem Abheben der Räder von der Straße verbunden sind, was sich nachteilig auf die
Straßenlage dieses Fahrzeugs auswirkt.
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Der Einsatz eines zu weichen Querträgers verhindert jedes Abheben der Räder von der
Straße, verursacht aber ein erhebliches Schlingern, was für die Passagiere ebenfalls sehr
unbequem ist.
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Die meisten biegsamen Querträger einer Hinterachse mit gezogenen Armen haben einen
Querschnitt, der über die gesamte Länge ein Profil hat, welches als offenes Querschnittprofil
bezeichnet wird und zum Beispiel die allgemeine Form eines C, eines U oder eines V hat.
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Diese Art Querträger zeigt die Besonderheit, eine Torsionsstarrheit zu bieten, die mit den
gesuchten Werten vereinbar sind, bei denen das Schlingern der Fahrzeugkabine begrenzt wird
und auch gleichzeitig eine gute Straßenlage gewährleistet wird.
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Die Sorge, das Gewicht des Fahrzeugs zu begrenzen, hat die Konstrukteure dazu
gebracht, die Wandstärken des Querträgers in den gegebenen Grenzen bezüglich der
mechanischen Stabilität dieses Querträgers zu verringern, aber diese Wandstärkenverringerung
der Wandstärken eines Querträgers mit offenem Querschnitt bringt nichtsdestoweniger eine
wesentliche Verringerung der Torsionssteifigkeit dieses Querträgers mit sich, wobei das
Schlingern der Fahrzeugkabine vergrößert wird.
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Um auch dieselben Eigenschaften insbesondere hinsichtlich das Schlingerns
beizubehalten, sind die Konstrukteure schließlich in ihrem Wunsch die Fahrzeuggewichte zu
begrenzen, gezwungen gewesen, den offenen Profilquerträger mit einer Vorrichtung zu
verstärken, die das Schlingern begrenzt, etwa mit einem Anti-Schlingerstange.
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Eine andere Lösung könnte darin bestehen, einen Querträger mit einem über seine
Gesamtlänge geschlossenen Querschnitt einzusetzen, bei welchem die Wandstärkendicke
reduziert ist.
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Um aber eine Torsionssteifigkeit zu erhalten, die mit den gewünschten Werten vereinbar
ist, um einen Kompromiss zwischen der Straßenlage des Fahrzeugs und dem Komfort der
Fahrgäste zu finden, wäre es erforderlich, den Querschnitt des Querträgers stark zu verringern
oder denselben Querschnitt bei verringerten Wandstärken beizubehalten oder sogar den
Querschnitt und die Wandstärken zu verringern.
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Eine solche Reduktion der Wandstärke ist mit der mechanischen Stabilität des
Querträgers unvereinbar, sogar, wenn man Stähle mit hohem Elastizitätsgrenzwert einsetzt.
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Genauso würde eine Verringerung des Trägerquerschnitts sehr starke Spannungen beim
Anschluss dieses Querträgers an die Achsarme verursachen.
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Zu diesem Zweck ist im Patent FRA-A-2 745 240, die als Grundlage für die Darstellung
des Anspruchs 1 in zwei Teilen dient, ein Querträger für eine Hinterachse offengelegt, die einen
mittleren Bereich umfasst, in welchem der senkrechte Querschnitt dieses Querträgers ein
geschlossenes Profil hat, und zwei seitliche Bereiche zeigt, in welchen der senkrechte
Querschnitt dieses Querträgers ein offenes Profil hat.
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Aber dieser Typ des Querträgers zeigt Nachteile, dessen hauptsächlicher darin besteht,
dass die Spannungen auf der Ebene der Schnittstellen zwischen den offenen Bereichen und dem
mittleren geschlossenen Bereich gravierend sind, wie man später sehen wird.
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Diese Spannungen können in diesen Bereichen Risse hervorrufen und auf Grund dessen
Versprödungsbereiche, welche mit der mechanischen Stabilität des Querträgers unvereinbar sind.
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Die Erfindung hat zum Ziel, diese Unannehmlichkeiten zu vermeiden, indem ein
Querträger für eine Kraftfahrzeughinterachse vorgeschlagen wird, dessen Torsionssteifigkeit in
Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften für die Hinterachse anpassbar ist, und der es
erlaubt, den Querschnitt und/oder die Dicke der Profilseiten und damit deren Gewicht zu
verringern.
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Die Erfindung hat daher einen Querträger für eine Kraftfahrzeughinterachse zum Ziel,
insbesondere einer Hinterachse mit gezogenen Armen mit einem biegsamen Querträger, welcher
aus einem Metallprofil besteht, das eine längsförmige ununterbrochene Öffnung umfasst, die
sich über mindestens 80% der Länge des besagten Profils erstreckt, dadurch gekennzeichnet,
dass der besagte Querträger mit einem Block aus einem Elastomermaterial bestückt ist, welcher,
aus einer Platte besteht, welche an dem Profil befestigt ist, und welche einen senkrecht
stehenden Bereich in Form eines Vierecks darstellt und den mittleren Teil der besagten Öffnung
ausfüllt.
Gemäß anderen Eigenschaften der Erfindung:
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- umfasst das Profil mehrere Flächen und die Fläche, welche die längsförmige Öffnung
beinhaltet, ist mit zwei heruntergezogenen gegenüberliegenden Rändern versehen, aufweichen
der besagte Block aus Elastomermaterial abgestützt wird.
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- umfasst der Block seitliche senkrechte Ränder oder seitliche parallele, schräge Ränder.
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- ist der Block auf dem Profil festgeklebt oder mit Schraubvorrichtungen befestigt.
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- hat das Elastomermaterial des Blocks einen Elastizitätsmodul zwischen 200 und 500
MPa.
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Die Erfindung wird nach der Lektüre der Beschreibung, welche folgen wird, besser
verstanden werden. Diese soll allein als Beispiel dienen und zu deren Verständlichkeit wird auf
die anhängenden Zeichnungen Bezug genommen, aufweichen:
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- die Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer
Kraftfahrzeughinterachse mit gezogenen Armen ist, die mit einem Querträger gemäß der
Erfindung ausgerüstet ist.
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- die Fig. 2 eine perspektivische Ansicht und teilweise Sprengzeichnung eines
Querträgers gemäß der Erfindung.
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- die Fig. 3 bis 5 sind perspektivische Ansichten, welche mehrere Arten der
Ausführung eines Blocks aus Elastomermaterial zeigen, mit welchem der Querträger gemäß der
Erfindung ausgestattet ist.
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- die Fig. 6 bis 11 sind Kurven, welche Ergebnisse der Versuche zeigen, die mit
verschiedenen Ausführungsarten von Querträgern gemäß der Erfindung durchgeführt wurden.
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- die Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Querträgers nach dem Stand der
Technik.
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Auf der Abb. 1 ist eine halbstarre Hinterachse mit verbundenen ausgezogenen
Armen dargestellt, welche zwei parallele Arme trägt, die ausgezogen genannt werden und die
jeweils mit 1 und 2 bezeichnet sind.
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Die Arme 1 und 2 sind an einem ihrer äußeren Enden, beziehungsweise 1a und 2a mit der
Fahrzeugkabine über eine federnde Verbindung nach bekannter und nicht dargestellter Art
verbunden.
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Andererseits tragen die Arme 1 und 2 an ihren Enden 1b und 2b, die den mit der
Fahrzeugkabine verbundenen gegenüberliegen, Stützelemente 3a und 3b des zugehörigen
Rades.
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Jedes äußere Ende 1b und 2b der Arme 1 und 2 ist ebenfalls mit der Fahrzeugkabine über
einen Stoßdämpfer verbunden, jeweils 4a und 4b.
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Darüber hinaus sind die beiden Arme 1 und 2 miteinander auf starre Weise über einen
Querträger verbunden, der in der Anordnung mit 10 gekennzeichnet ist.
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Im Ausführungsbeispiel, wie es auf der Fig. 1 dargestellt ist, ist dieser Querträger 10 mit
jedem Arm 1 und 2 mittels einer Knagge, bezeichnet mit 5 et 6, verbunden, welche auf der einen
Seite auf das zugehörige äußere Ende des Querträgers 10 und auf der anderen Seite auf den
zugehörigen Arm 1 oder 2 angeschweißt ist.
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Der Querträger 10, die beiden Arme 1 und 2 sowie die Knaggen 5 und 6 bilden die
Radachse der Hinterachse, die auf Fig. 1 dargestellt ist.
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Gemäß dem Aufbau der Fahrzeughinterachse, ist die Position des Querträgers 10 mehr
oder weniger an die äußeren Enden 1a und 2a der Arme 1 und 2 herangerückt. Diese Position
hängt vom allgemeinen Aufbau des Fahrzeugbodens ab, dabei insbesondere vom Platzbedarf des
Brennstofftanks.
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Genau wie ausführlicher auf Fig. 2 gezeigt, besteht der Querträger 10 aus einem
Metallprofil 11, das eine längsförmige ununterbrochene Öffnung 12 umfasst, die sich über
mindestens 80% der Länge des besagten Profils erstreckt.
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Bei dem auf den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die
längsförmige Öffnung 12 über die gesamte Länge des Profils 11.
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Entsprechend einer nicht dargestellten Variante können die äußeren Enden des
Querträgers 10 einen senkrechten Querschnitt eines geschlossenen Profils haben, wobei dieser
senkrechte Querschnitt von dem senkrechten Querschnitt des Profils 11 verschieden sein kann.
Tatsächlich können diese Enden durch Zusammendrücken eines Teil des Profils 11 geschlossen
werden.
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Am besten und wie auf den Figuren gezeigt, umfasst das Profil 11 mehrere Seiten, von
denen eine mit einer längsförmigen Öffnung 12 versehen ist, welche zwei heruntergezogene
gegenüberliegende Ränder hat.
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Zum Beispiel hat das Profil 11 eine U-Form und das äußere Ende jedes freien U-Zweigs
ist mit einem heruntergezogenen Rand, jeweils 13a und 13b versehen.
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Das Profil 11 kann gleichermaßen andere Formen haben.
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Der mittlere Bereich der Öffnung 12 wird durch einen Block 20 verschlossen, der aus
einem Elastomermaterial besteht und am Profil 11 befestigt ist und auf der inneren Seite jedes
heruntergezogenen Randes 13a und 13b abgestützt ist.
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Der Block 20 aus Elastomermaterial ist auf den horizontalen Teilen des Profils 11 mit
Schrauben befestigt, die nicht abgebildet sind und den Block 20 in Richtung seiner Höhe
durchqueren, oder er ist auf der inneren Seite der besagten horizontalen Teile oder der
heruntergezogenen Ränder 13a und 13b festgeklebt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsart, die auf Fig. 3 dargestellt ist, wird der Block aus
einer Platte 21 gebildet, welche einen senkrechten Querschnitt in Form eines Vierecks hat,
dessen seitliche Ränder vertikal sind.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsart, die auf Fig. 4 dargestellt ist, wird der Block aus
einer Platte 22 gebildet, welche einen senkrechten Querschnitt in Form eines Vierecks hat,
dessen seitliche Ränder parallel und geneigt sind.
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Gemäß einer dritten Ausführungsart, die auf Fig. 5 dargestellt ist, wird der Block 20 aus
einer Platte 23 gebildet, welche einen senkrechten Querschnitt in Form eines U hat.
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Die seitlichen Ränder der Platte 23 können vertikal oder geneigt sein.
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Die Herstellungsart des Querträgers 10 ist die folgende.
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Zu Beginn wird das Profil 11 im gewünschten Querschnitt wie zum Beispiel viereckig,
rechteckig, rund oder trapezförmig hergestellt. Man befestigt den Block 20 auf die innere Seite
jedes heruntergezogenen Randes 13a und 13b. Schließlich wird der Querträger 10 mit dem Rest
der Achse nach der gleichen Art wie herkömmliche Querträger zusammengeschweißt.
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Am besten zeigt das Elastomermaterial des Blocks 20 einen Elastizitätsmodul zwischen
200 und 500 MPa.
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Wenn man einen Querträger gemäß der Erfindung bei einer Hinterachse mit gezogenen
Armen einsetzt, ist es möglich, die Wandstärke des besagten Querträgers zu verringern und einen
Massengewinn in der Größenordnung von 40% über diesen Querträger zu erhalten und sogar
mehr, denn er erlaubt es, den Anti-Schlingerstange einzusparen.
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Die Torsionsfestigkeit des Querträgers 10 kann sehr präzis angepasst werden, indem die
Große und/oder die Dicke des Blocks 20 aus Elastomermaterial modifiziert wird, wie im
Folgenden gezeigt.
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Die Anmeldende hat vergleichende Versuche durchgeführt, die es erlauben, den Einfluss
der Dicke, der Große, der Gestalt des Blocks und der Befestigungsmittel dieses Blocks auf die
mechanischen Eigenschaften des Querträgers zu zeigen, wie zum Beispiel auf die Starrheit der
Achse und auf die Spannungen in dem besagten Querträger.
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Dazu hat die Anmeldende einen Querträger in U-Form benutzt, wie er auf Fig. 2
dargestellt ist, dessen Seitenwände eine Dicke von 3 mm besitzen und welcher folgende
Abmessungen besitzt.
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a: 60 mm
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b: 60 mm
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c: 30 mm
Die mechanischen Eigenschaften des Querträgerstahls und des Blockelastomers waren
folgende:
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Bei diesen Versuchen hat die Anmeldende zwei Modellierungen vorgenommen die
Rumpfmodellierung und die Rumpf- und Volumenmodellierung.
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Für die Rumpfmodellierung sind die beiden Arme 1 und 2, die beiden Knaggen 5 und 6
und der Querträger 10 als Rümpfe modelliert. Der Block 20 aus Elastomermaterial ist als
Rumpfelement modelliert und ist mit dem Profil 11 über Schrauben verbunden.
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Für die Rumpf- und Volumenmodellierung sind die beiden Arme 1 und 2, die beiden
Knaggen 5 und 6 und der Querträger 10 als Rümpfe modelliert. Der Block 20 aus
Elastomermaterial ist als Volumenelemente modelliert.
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Die Anmeldende zeigt im Folgenden die Ergebnisse dieser Versuche in Tabellenform,
wobei in den Tabellen besonders das Schleudern des Rades und die Spannungen der
"Durchgange" angezeigt werden.
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Das Schleudern des Rades ist eine Simulation des Fahrzeugschleuderns mit einer
Beschleunigung von 0.97 g in einer Kurve und mit Angriff der Kräfte am Rad-Bodenkontakt, an
den elastischen Verbindungen und an den Stoßdämpfern.
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Die Berechnung der Spannungen wurde auf zwei Arten durchgeführt. Bei der ersten
Berechnungsart wurde ein ausgedehntes Netz benutzt, bei dem jede Elementaroberfläche einen
Spannungswert beigesteuert hat, das Ergebnis wird ausgedehnte Spannung genannt wird. Bei der
zweiten Berechnungsart wurden ein feineres Netz und genauere Elementaroberflächen benutzt,
das Ergebnis wird punktuelle Spannung genannt.
A - Rumpfmodellierung
A1- rechteckiger Block mit vertikalen Rändern (Fig. 3)
a1- Einfluss der Dicke des Blocks aus Elastomermaterial
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Bei diesem Versuch hat die Anmeldende einen Block aus Elastomermaterial der Größe
197,6 mm eingesetzt und auf den Querträger 10 mit zweimal 7 Schrauben von je 8 mm
Durchmesser befestigt.
Die Ergebnisse sind in der hierunter abgebildeten Tabelle dargestellt:
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Diese Ergebnisse sind in den Kurven A1, A2 und A3 der Fig. 6 bis 8 aufgetragen,
welche Folgendes darstellen:
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- Fig. 6: Das Schleudern des Rades in Abhängigkeit von der Blockdicke,
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- Fig. 7: die punktuellen Spannungen im Querträger in Abhängigkeit von der
Blockdicke,
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- Fig. 8: die ausgedehnten Spannungen im Querträger in Abhängigkeit von der
Blockdicke.
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Wie es die Kurven A1 und A3 zeigen, hängen die Starrheit der Achse und der Wert der
punktuellen Spannung linear von der Dicke des Elastomermaterialblocks ab.
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Der Wert der ausgedehnten Spannung dagegen durchläuft ein Minimum bei einer Dicke
des Blocks von 30 mm, bevor er wieder ansteigt, wie es auf der Kurve A2 der Fig. 7 dargestellt
ist.
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Die maximalen im Querträger hervorgerufenen Spannungen sind in der Nähe der
Befestigungsschrauben des Elastomerblocks lokalisiert.
b1 - Einfluss der Anzahl der Befestigungsschrauben des Elastomermaterialblocks
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Diese Versuche sind mit einem Elastomerblock einer Dicke von 30 mm und einer Länge
von 197,6 mm durchgeführt worden. Die Anzahl der Schrauben war 14 bei einem ersten Versuch
und 6 bei einem zweiten Versuch.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle hierunter aufgezeigt:
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Diese Ergebnisse erlauben es zu zeigen, dass der Querträger starrer ist und die
Spannungen schwächer sind, je mehr man die Anzahl der Befestigungsschrauben des
Elastomermaterialblocks auf dem Querträger erhöht.
c1 - Einfluss der Länge des Elastomermaterialblocks
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Dieser Versuch ist mit einem Elastomermaterialblock mit einer Dicke von 30 mm
durchgeführt worden. Die Anzahl der Schrauben variierte in Abhängigkeit von der Abmessung
des Blocks, 14 Schrauben wurden bei einem Block von 197,6 mm Länge benutzt, 10 Schrauben
wurden für einen Block von 141,2 mm und 6 Schrauben für einen Block von 84,71 mm Länge
benutzt.
Die Ergebnisse sind auf der Tabelle hierunter abgebildet:
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Dieser Versuch erlaubte es offensichtlich zu machen, dass die Spannungen in dem
Querträgerprofil um so mehr zunehmen und dieser Querträger wird um so starrer wird, je mehr
die Länge des Elastomermaterialblocks verringert wird.
A2 - Block mit schrägen Rändern (Fig. 4)
a2 - Einfluss der Dicke des Blocks aus Elastomermaterial
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Bei diesem Versuch wurde die Dicke des Elastomermaterialblocks variiert, die Länge
wurde mit 197,6 mm konstant gehalten. Es wurden 14 Befestigungsschrauben mit einem
Durchmesser von jeweils 8 mm eingesetzt.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter angezeigt:
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Die Ergebnisse dieses Versuchs sind auf den Fig. 6 bis 8 aufgetragen und bestimmen
jeweils den Kurvenverlauf A4, A5 und A6.
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Wie die Kurven A4 und A6 zeigen, hängt die Starrheit des Querträgers und der Wert der
punktuellen Spannung linear von der Dicke des Elastomermaterialblocks ab. Dagegen durchläuft
der Wert für die ausgedehnte Spannung ein Minimum bei einer Blockdicke von 30 mm, bevor er
wieder ansteigt, wie die Kurve A5 auf Fig. 7 zeigt.
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Die maximalen verursachten Spannungen im Querträger befinden sich in der Nähe der
Befestigungsschrauben des Elastomermaterialblocks.
b2 - Einfluss der Anzahl der Befestigungsschrauben de Elastomermaterialblocks
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Dieser Versuch wurde mit einem Elastomerblock einer Dicke von 30 mm und einer
Länge von jeweils 197,6 mm durchgeführt. Der Block wurde nacheinander auf dem Profil mit
14 Schrauben, 6 Schrauben und 4 Schrauben befestigt.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter dargestellt:
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Dieser Versuch hat es ermöglicht festzustellen, dass je mehr die Anzahl der
Befestigungsschrauben erhöht wird, der Querträger umso starrer und die Spannungen um so
schwächer sind.
c2 - Einfluss der Länge des Elastomermaterialblocks
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Dieser Versuch ist mit einem Elastomermaterialblock mit einer Dicke von 30 mm
durchgeführt worden. Die Anzahl der Schrauben variierte in Abhängigkeit von der Abmessung
des Blocks, 14 Schrauben wurden bei einem Block von 197,6 mm Länge benutzt, 10 Schrauben
wurden für einen Block von 141,2 mm und 6 Schrauben für einen Block von 84,71 mm Länge
benutzt.
Die Ergebnisse sind auf der Tabelle hierunter abgebildet:
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Durch diesen Versuch wurde erwiesen/dass, je mehr die Länge des Blocks verringert
wird, die verursachten Spannungen im Querträger um so mehr zunehmen und der Querträger um
so starrer wird.
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Auf eine allgemeine Art zeigen die oben aufgeführten Versuche, dass die Spannungen
und die Verschiebungen, d. h. das Schleudern des Rades, bei einem Block mit parallelen und
schrägen Kanten im allgemeinen schwächer sind als bei einem Block mit geraden Kanten. Die
Schräge der seitlichen Kanten nach links oder nach rechts haben keinen Einfluss auf die
Ergebnisse.
A3 - Block in U-Form (Fig. 5)
a3 - Einfluss der Dicke des Blocks aus Elastomermaterial
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Dieser Versuch wurde durchgeführt, indem die Dicke des Blocks aus Elastomermaterial
mit einer konstanten Länge 197,6 mm variiert wurde. Es wurden 14 Befestigungsschrauben mit
einem Durchmesser von jeweils 8 mm eingesetzt.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter angezeigt:
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Die Ergebnisse dieses Versuchs sind auf den Fig. 6 bis 8 aufgetragen, wobei die
Kurve A7 die Abhängigkeit des Schleuderns des Wagenrads von der Dicke des Blocks darstellt,
die Kurve A8 die punktuelle Spannung des Querträgers in Abhängigkeit von der Dicke des
Blocks darstellt und die Kurve A9 die ausgedehnte Spannung des Querträgers in Abhängigkeit
von der Dicke des Blocks darstellt.
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Diese Kurven A7, A8 und A9 erlauben es klarzustellen, dass die Zunahme der Dicke des
Blocks das Schleudern des Rades zunehmen lässt. Gegenüber den vorher untersuchten Blöcken
verläuft der Wert der Spannung nicht linear.
b3 - Einfluss der Anzahl der Befestigungsschrauben des Elastomermaterialblocks
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Dieser Versuch wurde mit einem Elastomerblock einer Dicke von 10 mm und einer
Länge von 197,6 mm durchgeführt. Der Block wurde auf dem Profil des Querträgers jeweils mit
14 Schrauben und 6 Schrauben befestigt.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter dargestellt:
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Dieser Versuch zeigt, dass je mehr die Anzahl der Befestigungsschrauben erhöht wird,
der Querträger umso starrer wird.
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Dieser Versuch zeigt ebenfalls klar ersichtlich dass der Einsatz eines Blocks in U-Form
es erlaubt, die Spannung in den Schrauben und das Moment in den Schrauben im Vergleich zu
den in den vorangegangenen Versuchen eingesetzten Blöcken zu verringern.
c3 - Einfluss der Länge des Elastomermaterialblocks
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Dieser Versuch ist mit einem Elastomermaterialblock mit einer Dicke von 10 mm
durchgeführt worden. Die Anzahl der Schrauben variierte in Abhängigkeit von der Abmessung
des Blocks, 14 Schrauben wurden bei einem Block von 197,6 mm Länge benutzt, 10 Schrauben
wurden für einen Block von 141,2 mm und 6 Schrauben für einen Block von 84,71 mm Länge
benutzt.
Die Ergebnisse sind auf der Tabelle hierunter abgebildet:
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Dieser Versuch erlaubt es zu zeigen, dass bei einem Block, welcher einen U-förmigen
Querschnitt besitzt, die punktuelle Spannung und die ausgedehnte Spannung mit abnehmender
Länge des Blocks zunehmen, während die Spannung und das Moment in den Schrauben mit der
Abnahme der Länge des Elastomermaterialblocks abnehmen.
B- Rumpf- und Volumenmodellierung
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Bei den oben angeführten Versuchen sind die Geometrie, die Bedingungen und Grenzen
und die mechanischen Eigenschaften der Materialien identisch mit denen einer reinen
Rumpfversion.
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In diesen Versuchen wurde der Elastomermaterialblock direkt auf das Profil des
Querträgers geklebt und die drei Geometrien des Blocks wieder aufgenommen.
B1: Einfluss der Dicke eines rechteckigen Blocks mit seitlichen senkrechten Rändern (Fig. 3)
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Dieser Versuch wurde mit einem Block einer Länge von 197,6 mm und einer variablen
Dicke durchgeführt.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter aufgelistet:
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Die Ergebnisse dieser Versuche sind auf den Fig. 9, 10 und 11 dargestellt, die
Folgendes beinhalten:
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- Fig. 9: das Schleudern des Rads in Abhängigkeit von der Blockdicke-Kurve B1,
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- Fig. 10: punktuelle Spannung des Querträgers in Abhängigkeit von der Blockdicke
-Kurve B2,
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- Fig. 11: ausgedehnte Spannung des Querträgers in Abhängigkeit von der Dicke des
Blocks-Kurve B3.
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Die Kurven B1, B2 und B3 erlauben es zu zeigen, dass einerseits das Schleudern des Rads
abnimmt, wenn die Dicke des Blocks zunimmt und andererseits die Spannungen im Querträger
und auf der Höhe des Übergangs Metall/Elastomer gleichmäßig abnehmen, während die Dicke
des Elastomermaterialblocks zunimmt.
B2: Einfluss der Dicke eines rechteckigen Blocks mit seitlichen schrägen Rändern (Fig. 4)
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Dieser Versuch wurde durchgeführt, in dem die Dicke des Elastomermaterialblocks mit
einer konstanten Länge von 197,6 mm variiert wurde.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter aufgeführt:
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Die Kurven B4, B5 und B6 zeigen jeweils die Entwicklung des Radschleuderns und der
Spannung des Querträgers in Abhängigkeit von der Dicke, die Kurve B4 ist mit der Kurve B1
verschmolzen. Der Unterschied im Verhalten bei einem Block mit senkrechten Kanten und
einem Block mit schrägen Kanten ist sehr klein, wie diese Kurven im Vergleich mit B1, B2 und
B3 zeigen.
B3: Block in U-Form (Fig. 5)
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Dieser Versuch wurde mit einem Block einer Länge von 197,6 mm durchgeführt, wobei
die Dicke variiert wurde.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle hierunter aufgelistet:
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Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in den Kurven B7, B8 und B9 beziehungsweise auf
den Fig. 9, 10 und 11 dargestellt und erlauben es klar zu zeigen, dass der Unterschied im
Verhalten des Querträgers zwischen einem Block mit einem Querschnitt in Form eines Vierecks
und einem Block mit einem Querschnitt in Form eines U sehr schwach ist.
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Diese Versuche erlauben es zu zeigen, das der Einsatz eines Elastomermaterialblocks
zum Verschließen des mittleren Teils des Profils des Querträgers es erlaubt, die Spannungen im
Bereich auf der Ebene des Übergangs zwischen den geschlossenen und den offenen
Teilbereichen des Profils, aus welchem der Querträger gemacht ist, beträchtlich abzusenken.
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Der Einsatz eines Elastomermaterialblocks erlaubt es, eine Zunahme der Starrheit des
Querträgers zu erhalten, welche mit der Geschwindigkeit des Impulses zunimmt und eine
dämpfende Wirkung bei der Rückkehr zum Neutralpunkt zu erhalten. Diese Wirkung erhöht die
passive Sicherheit des Fahrzeugs.
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Die Torsionsfestigkeit des Querträgers gemäß der Erfindung kann sehr genau angepasst
werden, indem die Abmessungen und/oder die Gestalt des Elastomermaterialblocks variiert
werden kann, welcher den mittleren Teil des Querträgerprofils ausfüllt.
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Diese Versuche haben ebenfalls klar gezeigt, dass das Festkleben des
Elastomermaterialblocks auf dem Querträger bessere Ergebnisse bezüglich der Starrheit und der
Spannung ergibt als die Schraublösung.
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Darüber hinaus ergibt die U-Form die besten Ergebnisse der drei Blockformen. Diese
Form ist im Übrigen gut für das Ankleben des Elastomermaterialblocks am Querträger geeignet.
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Der Querträger gemäß der Erfindung zeigt ebenfalls den Vorteil, modular zu sein, denn
seine Länge kann an die Spurweite des Fahrzeugs angepasst werden.
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Um die Vorteile des Querträgers gemäß der Erfindung im Vergleich zu einem
Querträger nach dem Stand der Technik, wie in FR-A-2 745 240 beschrieben, klar zu zeigen, hat
die Anmeldende Versuche mit einem Querträger gemäß diesem Stand der Technik durchgeführt.
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Dazu umfasst der auf Fig. 12 abgebildete Querträger, welcher innerhalb des
Gesamtaufbaus mit 30 gekennzeichnet ist, einen mittleren Bereich 31, in welchem der
Querschnitt dieses Querträgers ein geschlossenes Profil und zwei seitliche Bereiche 32 und 33
zeigt, in welchen der Querschnitt dieses Querträgers ein offenes Profil zeigt.
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Die Wandstärken dieses Querträgers betragen 3 mm und die Abmessungen des
Querträgers sind die folgenden:
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a: 60 mm,
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b: 60 mm,
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c: 30 mm,
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d: 60 mm,
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e: 30 mm Durchmesser.
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Die Abmessungen a, b und c des Querträgers 30 sind identisch mit den Abmessungen des
Querträgers 10 gemäß der Erfindung und die mechanischen Eigenschaften des Stahls sind
ebenfalls identisch.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind folgende:
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- Schleudern des Rads: 86,2 mm,
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- punktuelle maximale Spannung: 1280 MPa,
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- ausgedehnte maximale Spannung: 1280 MPa.
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Diese Ergebnisse zeigen, dass die ausgedehnten Spannungen bei einem halb geschlossnen
Querträger bedeutender sind als die, welche man bei einem Querträger gemäß der
vorliegenden Anmeldung erhält. Die Spannungen liegen auf der Höhe der Rundungen
zwischen den offenen Bereichen und dem mittleren geschlossenen Bereich, was bei dem
Querträger gemäß der Erfindung nicht der Fall ist.