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Patent Searching and Data


Title:
RIGID VEHICLE AXLE COMPRISING INTEGRATED TRAILING ARMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/007222
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rigid axle for a motor vehicle, consisting of an axle body, on whose ends axle journals or wheel carriers are arranged, and at least two trailing arms that are fixed to the axle body in a rigid manner. Each half of the rigid vehicle axle comprises, when viewed from the centre of the axle, an axle body section, a trailing arm section and a wheel head section, arranged one behind the other, the wheel head section consisting of at least one axle journal or wheel carrier. The respective ends of the axle tube overlap the adjacent ends of the trailing arm sections and their front faces coincide at least partially with the respective adjacent front faces of the wheel head sections. The respective adjacent sections are welded to one another. The invention provides a rigid vehicle axle that increases driving comfort and safety and reduces tyre wear.

Inventors:
Abrat, Dunja (Wettesinger Strasse 11, Breuna, 34479, DE)
Schütte, Olaf (Holländische Strasse 43, Kassel, 34117, DE)
Application Number:
PCT/EP2003/005684
Publication Date:
January 22, 2004
Filing Date:
May 30, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLERCHRYSLER AG (Epplestrasse 225, Stuttgart, 70567, DE)
Abrat, Dunja (Wettesinger Strasse 11, Breuna, 34479, DE)
Schütte, Olaf (Holländische Strasse 43, Kassel, 34117, DE)
International Classes:
B60B35/16; B60B35/00; B60B35/04; B60B35/08; B60G9/00; (IPC1-7): B60G9/00; B60B35/04
Foreign References:
DE19519576A1
DE10060312A1
GB582997A
DE29616257U1
DE10060312A1
Attorney, Agent or Firm:
Kocher, Klaus-peter (DaimlerChrysler AG, Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, 70546, DE)
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Claims:
Patentansprüche :
1. l. Fahrzeugstarrachse aus einem Achskörper, mit an dessen En den angeordneten Achszapfen oder Radträgern, und mindestens zwei starr am Achskörper befestigten Längslenkern, wobei jede Hälfte der Fahrzeugstarrachsevon der Achsenmitte aus be trachtethintereinander angeordnet einen Achskörperab schnitt, einen Längslenkerabschnitt und einen Radkopfabschnitt umfasst und wobei der Radkopfabschnitt mindestens aus einem Achszapfen oder einem Radträger besteht, dadurch gekennzeich net, dass die Achsrohrabschnitte (1) und die Längslenkerab schnitte (10) zumindest entlang der Achsmittellinie (3) im Bereich der gemeinsamen Kontaktzonen aus einem geschlossenen Hohlprofil gefertigt sind, dass die mittlere Wandstärke der Achsrohrabschnitte (1) kleiner ist als die mittlere Wandstärke der Längslen ker (10), dass die Achsrohrabschnitte (1) mit den Längslenkerabschnit ten (10) und die Längslenkerabschnitte (10) mit dem Radkopfabschnitten (40) verschweißt sind, dass die zueinander benachbarten Abschnitte (1 und 10) in den Bereichen der Verschweißungen (7) zentrierend ineinander gesteckt sind, wobei die Längen der zentrierenden Überlappungen (9) kleiner als das Fünffache der mittleren Wandstärke der Achsrohrabschnitte (10) sind. 2. Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Bereichen der Verschweißungen (7) gelegenen Enden der Achsrohrabschnitte (1) oder der Längslenkerab schnitte (10) mindestens zweifach gestuft sind.
2. 3 Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtgestuften Abschnitte (1) oder (10) im Bereich der Überlappung (9) jeweils eine Hinterdrehung (5) aufweisen.
3. 4 Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Überlappung (9) die jeweiligen Ab schnitte (1) und (10) über einem Klemmsitz zentriert sind.
4. 5 Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Außendurchmesser der Achsrohrabschnitte (1) größer ist als der maximale Außendurchmesser der Längslenker abschnitte (10), wobei sich diese Abschnitte (1) und (10) ent lang der Achsmittellinie (3) erstrecken.
5. 6 Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (12 und 42) des Längsabschnitts (10) und des Radkopfabschnitts (40) eben und paarweise flächengleich sind sowie parallel zur vertikalen Fahrzeugmittenlängsebene ausgerichtet sind.
6. 7 Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Stirnflächen (12 und 42) des Längsabschnitts (10) und des Radkopfabschnitts (40) miteinander reibverschweißt sind.
7. 8 Fahrzeugstarrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Längslenkerabschnitt (10) im mittleren Be reich zwischen dem Gelenklager (50) und der Mittellinie (3.) ein geschlossenes Rohrprofil mit quadratischer oder kreisrunder Kontur hat.
Description:
Fahrzeugstarrachse mit integrierten Längslenkern Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugstarrachse aus einem Achs- körper, mit an dessen Enden angeordneten Achszapfen oder Rad- trägern, und mindestens zwei starr am Achskörper befestigten Längslenkern, wobei jede Hälfte der Fahrzeugstarrachse-von der Achsenmitte aus betrachtet-hintereinander angeordnet ei- nen Achskörperabschnitt, einen Längslenkerabschnitt und einen Radkopfabschnitt umfasst und wobei der Radkopfabschnitt min- destens aus einem Achszapfen oder einem Radträger besteht.

Aus der gattungsbildenden DE 296 16 257 U1 ist eine luftgefederte Fahrzeugstarrachse bekannt, die aus einem Achsrohr und daran angeschweißten Längslenkern besteht. Auf das Achsrohr, das an seinen beiden Enden jeweils als Achszapfen ausgebildet ist, sind beidseitig Längslenker mit entsprechenden Aufsteckbohrungen aufgeschoben. Entlang der Aufsteckbohrungen sind die Längslenker mit dem Achsrohr verschweißt. Der Längslenker ist nach hinten über das Achsrohr hinaus verlängert. Sein dortiges freies Ende dient als Auflage einer Luftfeder. U. a. aufgrund der genannten Verlängerung ist der Längslenker ein auf Biegung belastetes Bauteil. Um eine Schwächung des Längslenkers durch die Aufsteckbohrungen zu verringern, muss das Querschnittsprofil des Längslenkers relativ groß ausgelegt werden. Zudem liegen im Bereich der Schweißnähte die Materialschichten des Achsrohres und des Längslenkers radial zum Achskörper überein- ander. Derartige Materialdopplungen und Versteifungsmaßnahmen tragen nachteilig zur Höhe der ungefederten Masse bei.

Ferner ist aus der DE 100 60 312 Al ein Achsrohr für eine Fahrzeugachse bekannt, das zwischen den Achsstummeln bzw.

-zapfen aus Stabilitäts-und Gewichtsreduktionsgründen mehrere rohrförmige Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers hat.

Diese einzelnen Achsabschnitte sind z. B. durch Reibschweißen stumpf aneinandergefügt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Fahrzeugstarrachse zu entwickeln, mit der der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit erhöht sowie der Reifenverschleiß ver- mindert wird. Gleichzeitig soll der Aufbau der Achse eine ein- fache Anpassung an verschiedene selbstfahrende und/oder ge- schleppte Fahrzeuge erleichtern.

Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspru- ches gelöst. Dazu sind die Achsrohrabschnitte und die Längs- lenkerabschnitte zumindest entlang der Achsmittellinie im Be- reich der gemeinsamen Kontaktzonen aus einem geschlossenen Hohlprofil gefertigt. Die mittlere Wandstärke der Achsrohrab- schnitte ist kleiner als die mittlere Wandstärke der Längslen- ker. Die Achsrohrabschnitte sind mit den Längslenkerabschnit- ten und die Längslenkerabschnitte mit dem Radkopfabschnitten verschweißt. Die zueinander benachbarten Achsrohr-und Längs- lenkerabschnitte sind in den Bereichen der Verschweißungen zentrierend ineinander gesteckt, wobei die Längen der zentrie- renden Überlappungen kleiner als das Fünffache der mittleren Wandstärke der Achsrohrabschnitte sind.

Derartige Fahrzeugstarrachsen werden u. a. als A ängerachsen für schwere Nutzfahrzeuge benutzt. Die Teile Achskörperab- schnitt, Längslenkerabschnitt und Radkopfabschnitt werden je nach Spurweite und zulässiger Achslast zusammengestellt und jeweils an den entsprechenden Enden miteinander verschweißt.

Beim Zusammenstellen kann z. B. um eine Achse für einen Anhän- ger zu gestalten, deren Spurbreite größer ist als die Stand- artspurbreite, ein längerer Achskörper verwendet werden. An- stelle des längeren Achskörpers können bei unveränderter Rah- menbreite auch längere Achszapfen oder breitere Längslenkerab- schnitte benutzt werden.

Durch keine oder nur kurze, zentrierende Überlappungen der Ab- schnitte in den Bereichen der Schweißnähte werden Material- dopplungen in der Schweißzone weitgehend vermieden. U. a. da- durch wird das Achsgewicht ohne Festigkeitsverlust reduziert.

Zur weiteren Verminderung des Achsgewichts werden die Wand- stärken des Achsrohres kleiner gewählt als die Wandstärken der hochbelasteten Längslenker. Da in der Regel die Achsrohrab- schnitte gleichzeitig einen größeren mittleren Durchmesser ha- ben als die hohlprofiligen Bereiche der Längslenkerabschnitte, sind diese unterschiedlichen Achsbaugruppen bezüglich der Fes- tigkeit und Steifigkeit dem Belastungsprofil optimal ange- passt.

Die Gewichtsreduktion verringert die ungefederte Achsmasse und mindert somit u. a. die Trampelneigung der Starrachse. Letzte- res verbessert die Bodenhaftung und somit die Fahrsicherheit.

Auch wirkt sich das positiv auf die Standzeit der Reifen aus.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter- ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schema- tisch dargestellten Ausführungsform.

Figur 1 : äußerer Teil einer Fahrzeugstarrachse in dimetri- scher Darstellung ; Figur 2 : Seitenansicht zu Figur 1 ; Figur 3 : Teil des Achsrohrabschnitts mit dem Längslenkerab- schnitt in dimetrischer Darstellung ; Figur 4 : Frontansicht der Starrachse ohne Anbauten ; Figur 5 : Detailansicht der Trennfuge zwischen Achsrohr- abschnitt und Längslenkerabschnitt.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen beispielhaft einen rechten äußeren Bereich einer geschleppten Nutzfahrzeuganhänger-oder Auflie- gerachse ohne Rad und Bremse.

Nach Figur 1 umfasst der dargestellte Achsteil einen Achskör- perabschnitt (1), einen rechten Längslenkerabschnitt (10) und einen Radkopfabschnitt (40). Der Längslenkerabschnitt (10) ist an seinem vorderen-z. B. in Fahrtrichtung weisenden-Ende mittels eines Elastomerkörpers in einem fahrzeugaufbauseitig gelagerten Lagerbock (60) in einem Gelenklager (50) kardanisch schwenkbar befestigt. Er ist gegenüber dem Lagerbock (60) mit- tels eines Stoßdämpfers (65) abgestützt. Das hintere Ende des Längslenkerabschnitts (10) stützt sich über eine Luftfe- der (67) am nicht dargestellten Fahrzeugaufbau ab.

Der Achskörperabschnitt (1) besteht z. B. aus einem zylindri- schen, glatten Achsrohr. Das Achsrohr (l), das als Hohlkörper- profil auch ein Mehrkantprofil sein kann, endet hier unmittel- bar am Längslenkerabschnitt (10) mit einer geraden, ebenen Stirnfläche (2). Die Stirnfläche (2) ist normal zur Mittel- linie (3) des Achsrohres (1) ausgerichtet. Von der Stirnflä- che (2) und der Innenwandung (4) aus ist die Wandstärke des Achsrohrabschnittes (1) um weniger als ein Achtel der Wand- stärke-in Form einer z. B. zylindrischen Hinterdrehung (5)- verringert. Die in Richtung der Mittellinie (3) gemessene Tiefe der Hinterdrehung (5) beträgt ca. die dreifache Wand- stärke des Achsrohrabschnittes (1). Die Hinterdrehung (5) en- det in einer Fase (6), deren spitzwinkeliger Fasenwinkel klei- ner als 10 Winkelgrade ist.

Der Längslenkerabschnitt (10) umfasst funktional ein Zentral- element (21), ein Lenkersegment (14) mit einem Gelenkauge (22) und eine Federkonsole (30). Das Zentralelement (21) ist ton- nenförmig ausgebildet und hat zwei z. B. offene Stirnflä- chen (11,12), vgl. Figur 4 und 5. Das in den Achsrohrab- schnitt (1) bei der Montage einzuschiebende Ende mit der Stirnfläche (11) ist hier zweifach abgestuft. Von diesem Ende aus betrachtet ist die erste Abstufung der Einführab- schnitt (71) und die zweite Abstufung der Zentrierab- schnitt (73). Beide Abschnitte (71,73) sind z. B. zumindest bereichsweise zylinderrohrförmig ausgebildet. Zwischen dem Zentralelementhauptbereich (23) und dem Zentrierabschnitt (73) befindet sich ein kegelstumpfmantelförmiger Übergangsbe- reich (74). Sein spitzer Kegelwinkel beträgt z. B. etwa 45 Win- kelgrade. Zwischen dem Zentrierabschnitt (73) und dem Einführ- abschnitt (71) ist ein kegelstumpfmantelförmiger Übergangsbe- reich (72) angeordnet, der einen Kegelwinkel von z. B. ca. 75 Winkelgrade aufweist. In der Zone zwischen dem Übergangsbe- reich (74) und dem Zentrierbereich (73) befindet sich eine Ra- diuskerbe (75). Ihr Radius entspricht z. B. der mittleren Wand- stärke des Zentralelements (21) und schließt tangential an den Zentrierbereich (73) an. Der Radius geht unstetig in die Kaon- tur des Übergangsbereichs (74) über.

Zur Montage wird z. B. der Längslenkerabschnitt (10) in den Achsrohrabschnitt (1) eingeschoben. Dabei gleitet der Einführ- abschnitt (73), die Stirnfläche (2) passierend, in den Achs- rohrabschnitt (1) hinein, bis der Übergangsbereich (72) in der Hinterdrehung (5) an der Fase (6) zur Anlage kommt. Durch die in der Regel fein bearbeitete Hinterdrehung kann der Längslen- kerabschnitt einige Zentimeter in dem Achsrohrabschnitt (1)- ohne großen Kraftaufwand und unter Vermeidung einer Außermit- tigkeit-eingeschoben werden.

Um nun die entgültige Einschubtiefe zu erreichen, wird der Längslenkerabschnitt unter elastischem Aufdehnen des Achsrohr- abschnittes und einem weitaus geringeren Schrumpfen des form- steifen, gestuften Ende des Zentralelements (21) eingepresst.

Geführt durch den Übergangsbereich (72) gleitet der Zentrier- abschnitt (73) auf die Innenwandung (4) des Achsrohrabschnit- tes (1). Beispielsweise sind nun beide Teile (1, 10) über ei- nen kurzen Querpresssitz gegeneinander positioniert.

Die in einem Überlappungsstoß einander kontaktierenden Teile (1) und (10) werden zwischen der Stirnfläche (2) und der Außenwandung des Übergangsbereichs (74) verschweißt. Die hier- bei entstehende ungleichschenkelige Wölbkehlnaht (7) hat ihre Wurzel im Bereich des Kerbradius (75).

Zum Gelenkauge (22) hin schließt sich an das Zentralele- ment (21) das Lenkersegment (14) an. Beide Teile (21,14) be- stehen beispielsweise aus einer aus Stahlblech umgeformten Un- ter- (15) und Oberschale (16). Beide Schalen (15,16) sind z. B. spiegelsymmetrisch zueinander ausgeführt und miteinander verschweißt. Die Schweißfuge liegt z. B. in einer Ebene, die durch die Achsrohrmittellinie (3) und die Mittellinie (51) des Gelenklagers (50) aufgespannt wird, vgl. Verbindungslinie (17) aus Figur 2.

Das Lenkersegment (14) hat beispielsweise über seine gesamte Länge hinweg-entlang der Verbindungslinie (17) -einen ver- änderlichen Querschnitt. Im Bereich des Zentralelements (21) hat es zumindest annähernd einen elliptischen Querschnitt, wo- bei die große Hauptachse der Ellipse parallel zur Achsrohrmit- tellinie (3) liegt. Im Bereich des Gelenkauges (22) ist der Querschnitt oval, wobei die vertikale Höhenausdehnung ca. zwei-bis dreimal größer ist als die horizontale Querausdeh- nung. Zwischen diesen äußeren Bereichen liegt zum Zentralele- ment (21) hin versetzt ein Bereich, der beispielsweise einen nahezu runden oder viererpolygonalen Querschnitt hat.

Das Zentralelement (21) hat auf der dem Lenkersegment (14) ab- gewandten Seite eine sog. Stütznase (23), vgl. Figur 3. Die Stütznase (23) besteht beispielsweise aus einem aufgetragenen oder angeformten Versteifungselement.

Die Federkonsole (30) ist nach den Figuren 1 und 2 als geboge- ner 1-Träger geformt. Der I-Träger umfasst einen oberen groß- teils auf Zug belasteten, flachen sichelförmig gebogenen Blechgurt (31), einen vergleichbaren, mehr auf Druck belaste- ten, unteren Blechgurt (32) und mindestens einen zentralen Steg (33), der beide Blechgurte (31,32) zumindest abschnitts- weise verbindet. Beide Blechgurte (31,32) tragen in ihrer Längsrichtung z. B. zweireihig Versteifungssicken. Beide Blech- gurte (31,32) liegen an der Stütznase (23) an.

Die Krümmung der Federkonsole (30) ist so gewählt, dass das obere freie Ende mit einer ebenen Fläche endet, auf der der Rollbalg (67) über einen Abrollkolben (68) aufliegt. Die ebene Fläche schließt mit der Verbindungslinie (17) ca. einen 10°- Winkel ein, vgl. Figur 2.

Die Federkonsole (30) ist mit dem Zentralelement (21) bei- spielsweise verschweißt, verschraubt oder in vergleichbarer Weise befestigt. Mit dem Lenkersegment (14) können so auf ein- fache Weise verschiedenartige Federkonsolen (30) kombiniert werden.

In der Verlängerung der Achsrohrmittellinie (3) ist neben dem Längslenkerabschnitt (10) ein Achszapfen (41) angeordnet.

Letzterer ist im wesentlichen ein rotationssymmetrisches Teil zur Lagerung des Rades, das zum Längslenkerabschnitt (10) hin eine zur Mittellinie (3) normale Stirnfläche (42) aufweist. In der Nähe dieser Stirnfläche (42) ist am Achszapfen (41) ein Bremsträgerflansch (43) angeformt.

Das Achsrohr (1), die Längslenkerabschnitte (10) und die Achs- zapfen (41) sind alle fluchtend zueinander angeordnet. An der äußeren Stirnfläche (12) ist der Achszapfen (41) stumpf ver- schweißt. Als Schweißverfahren wird zwischen den Teilen (10) und (40) z. B. das Reibschweißen benutzt.

Alternativ ist auch zwischen den Teilen (10) und (40) ein Überlappungsstoß mit einer ungleichschenkeligen Kehlnaht denk- bar. In diesem Fall ist dann z. B. der Achszapfen (41) im Naht- bereich aufgebohrt.

Im Lagerbock (60) ist der Längslenkerabschnitt (10) mittels eines nicht dargestellten Elastomerkörpers gelagert. Letzterer sitzt z. B. eingepresst im Gelenkauge (22). Der Elastomerkörper ist im Lagerbock (60) mit Hilfe eines Schraubbolzens (62) fi- xiert. Der Schraubbolzen (62) liegt am Lagerbock (60) beidsei- tig in Exzenterscheiben (63) zwischen seitlichen Anschlägen, z. B. zur Einstellung der Spur, an.

Am Lagerbock (60) befindet sich zur Achse hin ein quaderförmi- ger Vorbau (61). Zwischen diesem Vorbau (61) und einer im Wur- zelbereich des Lenkersegments (14) angeordneten Schraube (66) ist einer der beiden Stoßdämpfer (65) eingebaut.

Bezugszeichenliste : 1 Achskörperabschnitt, Achsrohr 2 Stirnfläche 3 Mittellinie zu (1) 4 Innenwandung zu (1) 5 Hinterdrehung 6 Fase 7 Verschweißung, Schweißnaht zwischen (1) und (10) 8 Verschweißung, Schweißnaht zwischen (10) und (40) 9 Überlappung zwischen (1) und (10) 10 Längslenkerabschnitt, Längslenker 11 Stirnfläche, innen 12 Stirnfläche, außen 14 Lenkersegment 15,16 Lenkerunter-und oberschale 17 Verbindungslinie 21 Zentralelement 22 Gelenkauge 23 Zentralelementhauptbereich 23 Stütznase 30 Federkonsole, Kragarm 31,32 Blechgurt, oben, unten 33 Steg 40 Radkopfabschnitt 41 Achszapfen 42 Stirnfläche 43 Bremsträgerflansch 50 Gelenklager 51 Gelenklagermittellinie 60 Lagerbock 61 Vorbau 62 Schraubbolzen 63 Exzenterscheiben 65 Stoßdämpfer 66 Schraube 67 Luftfeder, Rollbalg 68 Abrollkolben 71 Einführabschnitt 72 Übergangsabschnitt 73 Zentrierabschnitt 74 Übergangsabschnitt 75 Radiuskerbe