System und Verfahren zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse

Die Erfindung betrifft ein System zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Achszapfen und eine erste Haltevorrichtung zum Halten des Achszapfens. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse eines Kraftfahrzeugs.

Radaufhängungen stellen eine Verbindung zwischen Fahrzeugaufbau und Rädern her und müssen hohe statische sowie dynamische Kräfte aufnehmen. Bei modernen Fahrzeugachsen, wie z. B. Verbundlenkerachsen, ist ein zur Befestigung eines Rades ausgebildeter Radträger an einem Achszapfen der Fahrzeugachse angeordnet. Der Achszapfen ist an der

Verbundlenkerachse gehalten. Da der Achszapfen im Betrieb oftmals großen Kräften und Momenten ausgesetzt ist, kann es vorkommen, dass dieser ausgetauscht werden muss, z. B. innerhalb eines vorgegebenen Wartungsintervalls, nach extremer Beanspruchung oder bei sonstigen Beschädigungen.

Des Weiteren ist es eine Zielsetzung vieler Kraftfahrzeughersteller, Kraftfahrzeuge mit einem möglichst geringen C0 ₂ -Ausstoß bzw. Kraftstoffverbrauch zu konstruieren, um neue Märkte zu erobern bzw. in bestehenden Märkten gegenüber Wettbewerbern Vorteile zu gewinnen oder gesetzlichen Vorgaben zu entsprechen. Neben Eigenschaften eines Antriebs des

Kraftfahrzeugs ist das Gesamtgewicht ein wesentlicher Faktor, von dem der C0 ₂ -Ausstoß abhängt. Daher bedeutet jede Reduktion des Fahrzeuggewichts auch eine Reduktion des C0 ₂ - ausstoßes, so dass ein möglichst geringes Fahrzeuggewicht mittlerweile ein zentrales Kriterium bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen ist.

Es sind Achszapfen bekannt, die einen ersten plattenförmigen Montageflansch aufweisen, der an einem zweiten plattenförmigen Montageflansch eines Lenkers anschraubbar ist. Somit ist der Achszapfen lösbar an einem Lenker anordenbar. Die Montageflansche weisen oftmals eine Stärke von jeweils ca. 10 mm auf und haben daher den Nachteil, dass sie ein relativ großes Gewicht aufweisen und somit das Gewicht des Kraftfahrzeugs übermäßig erhöhen. Ein erhöhtes Fahrzeuggewicht führt zu einem erhöhten C0 ₂ -Ausstoß. Des Weiteren erfordert die Herstellung der Montageflansche einen relativ hohen Materialaufwand und führt somit zu erhöhten Fertigungskosten.

Das US-Patent 7 854 439 zeigt einen Achszapfen mit einer Längsachse, einem maximalen Durchmesser und einem Kopfstück, wobei sich das Kopfstück in eine Richtung quer zur Längsachse um ein Vielfaches des maximalen Durchmessers des Achszapfens erstreckt. In dem Kopfstück sind drei Sacklöcher mit einem Innengewinde zur lösbaren Befestigung des Achszapfens an einem Lenker mittels einer Schraube angeordnet. Eine derartige Vorrichtung hat den Nachteil, dass das Kopfstück des Achszapfens ein relativ großes Gewicht aufweist und somit ebenfalls zu einem erhöhten C02-Ausstoß sowie zu erhöhten Fertigungskosten führt.

Aus dem EP-Patent 1 380 455 ist ein Achszapfen bekannt, wobei zur Einsparung von Gewicht der Längslenker keine Montageplatte aufweist. Der Achszapfen ist in eine Aufnahme eines Lenkers eingeführt und mit dieser verschweißt. Zur besseren Montage weist der Achszapfen einen Montageflansch auf, der ein Einschieben des Achszapfens in die Aufnahme in eine Richtung begrenzt und kleinere Abmessungen als herkömmliche, verschraubbare

Montageflansche aufweist. Eine derartige Vorrichtung hat wiederum den Nachteil, dass bei einem Versagen des Achszapfens der komplette Lenker ausgetauscht werden muss.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse bereitzustellen, die obige Nachteile zumindest teilweise nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Demnach wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein System zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse eines Kraftfahrzeugs gelöst, das einen im

Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Achszapfen und eine erste Haltevorrichtung zum Halten des Achszapfens aufweist. Die erste Haltevorrichtung weist eine Achshülse mit einer Längsachse auf, die an einem Längslenker einer Lenkerachse anordenbar sowie an diesem fixierbar ist. Die Achshülse weist eine zumindest zu einer Seite in Richtung der Längsachse nach außen geöffnete Aufnahme auf, in die ein erster Bereich eines Achszapfens im

Wesentlichen spielfrei einführbar ist. Der erste Bereich des Achszapfens und die Aufnahme sind derart ausgebildet, dass der erste Bereich in der Aufnahme reversibel fixierbar ist.

Das System ist insbesondere für einen Einsatz an Verbundlenkerachsen ausgebildet, da diese keinen Antrieb aufweisen und die Achszapfen somit drehfest an dem Verbundlenker, insbesondere dem Längslenker, anordenbar sind.

Die erste Haltevorrichtung ist als Achshülse ausgebildet, die vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines zumindest einseitig offenen Hohlzylinders mit einer Längsachse aufweist. Aus fertigungstechnischen Gründen weist die Achshülse vorzugsweise eine zylinderförmige

Außenfläche auf, kann alternativ auch eine andere äußere Form, z. B. quadratisch oder vieleckig aufweisen. Eckige Formen haben den Vorteil, dass ein relatives Verdrehen von Achshülse und Längslenker formschlüssig verhinderbar ist.

Der Längslenker weist vorzugsweise eine Durchführung auf, in die die Achshülse einführbar und mit dem Längslenker fixierbar ist. Hierbei ist eine irreversible Verbindung, wie z. B. eine Schweißverbindung, bevorzugt. Alternativ kann die Achshülse einen Außendurchmesser aufweisen, der einem Innendurchmesser der Durchführung entspricht. Die Durchführung weist vorzugsweise einen Querschnitt auf, der einem äußeren Querschnitt der Achshülse im

Wesentlichen entspricht, so dass die Achshülse im Wesentlichen spielfrei in der Durchführung anordenbar ist.

Ein Innendurchmesser des Hohlzylinders entspricht im Wesentlichen einem Außendurchmesser eines ersten Bereichs des Achszapfens, so dass der erste Bereich des Achszapfens

vorzugsweise im Wesentlichen spielfrei in dem Hohlzylinder anordenbar ist. Die Achshülse weist somit eine Aufnahme für den ersten Bereich des Achszapfens auf.

Unter reversibler Befestigung wird im Sinne der Erfindung eine lösbare Fixierung verstanden. Eine Schraub- oder Pressverbindung ist demnach lösbar, während z. B. eine

Schweißverbindung eine nicht lösbare bzw. irreversible Verbindung darstellt.

Nach dem Anordnen und Fixieren der Achshülse an dem Längslenker kann eine mechanische Bearbeitung der Achshülse zum Einhalten geforderter Lagetoleranzen erforderlich sein. Das erfindungsgemäße System zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse hat gegenüber herkömmlichen Systemen den Vorteil, dass der Achszapfen reversibel an der Lenkerachse anordenbar ist und dass das System gegenüber herkömmlichen Systemen mit einer oder mehreren Montageplatten eine deutliche Gewichtsreduktion aufweist. Somit ist ein beschädigter Achszapfen leicht austauschbar. Des Weiteren ist werden hierdurch C0 ₂ -Ausstoß und Fertigungskosten des Kraftfahrzeugs reduziert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Achshülse an dem Längslenker anschweißbar bzw. an dem Längslenker der Lenkerachse angeschweißt. Somit ist die

Achshülse an der Lenkerachse, wie z. B. einer Verbundlenkerachse, irreversibel fixiert. Eine derartige Verbindung ist leicht sowie kostengünstig herstellbar und weist eine gute Festigkeit auf.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Bereich des Achszapfens zur Fixierung an der Achshülse ein Außengewinde auf. Der Achszapfen ist somit zumindest teilweise in die Achshülse einführbar und über eine Schraubverbindung an der Achshülse reversibel fixierbar. Dabei ist der erste Bereich des Achszapfens z. B. durch die Achshülse hindurchführbar und mit einer Mutter gegen ein Lösen von der Achshülse an dieser gesichert. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Achszapfen einen Formschlussabschnitt aufweist, der ein Einschieben des Achszapfens in die Achshülse begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass der Achszapfen leicht und kostengünstig an der Achshülse fixierbar und wieder lösbar ist.

In einer Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung weist die Achshülse ein Innengewinde auf, das zur Paarung mit dem Außengewinde des Achszapfens ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Achszapfen direkt mit der Achshülse verschraubbar ist und eine zusätzliche Mutter nicht erforderlich ist. Darüber hinaus kann der Achszapfen somit etwas kürzer ausgebildet sein, da dieser nicht mehr beidseitig aus der Achshülse herausragen muss. Dies spart insbesondere Platz, Material und Gewicht.

Vorzugsweise weist der erste Bereich des Achszapfens ein derartiges Übermaß auf, dass der Achszapfen in die Achshülse einpressbar und hierdurch an dieser fixierbar ist. Ein

Außengewinde am Achszapfen sowie ein Innengewinde der Achshülse sind somit nicht mehr erforderlich. Auf diese Weise sind die Fertigungsschritte der Gewindeherstellung einsparbar. Überdies ist für ein Fügen von Achszapfen und Achshülse lediglich eine lineare

Relativbewegung dieser entlang der Längsachse der Achshülse erforderlich ist. Ein relatives Verdrehen von Achszapfen und Achshülse zum Verschrauben ist nicht erforderlich. Hierdurch wird die Montage von Achszapfen und Achshülse erleichtert.

Weiter bevorzugt weist das System eine zweite Haltevorrichtung zum Halten einer

Bremseinrichtung auf. Die zweite Haltevorrichtung ist vorzugsweise an dem Achszapfen oder der Achshülse anordenbar. In einer bevorzugten Ausbildung ist die zweite Haltevorrichtung am Achszapfen angeschweißt. Eine zweite Haltevorrichtung hat gegenüber einer herkömmlichen Halteplatte des Achszapfens, an der eine Bremseinrichtung anordenbar ist, den Vorteil, dass sie kleinere Abmessungen aufweist und somit leichter und kostengünstiger ist.

Es ist vorteilhaft, dass die zweite Haltevorrichtung im Wesentlichen zwischen der Achshülse und dem Achszapfen angeordnet ist. Somit ist die zweite Haltevorrichtung sicher an der Achshülse oder dem Achszapfen anordenbar.

Vorzugsweise weist die Achshülse eine Sicherungseinrichtung auf, mit der ein relatives

Verdrehen des Achszapfens zur Achshülse um die Längsachse und/oder ein relatives

Verschieben des Achszapfens zur Achshülse entlang der Längsachse verhinderbar ist. Dies hat den Vorteil, dass ein unbeabsichtigtes Ablösen des Achszapfens aus der Achshülse auf diese Weise verhindert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherungseinrichtung einen Sicherungsstift mit einem Außengewinde auf, der durch eine erste Ausnehmung der Achshülse durchführbar und in eine zweite Ausnehmung des Achszapfens einführbar ist sowie mit der Achshülse und/oder dem Achszapfen verschraubbar ist. Eine derartige Sicherungseinrichtung hat den Vorteil, dass sie gut an Achszapfen bzw. Achshülse fixierbar ist und vor

unbeabsichtigten Loslösen gesichert ist. Des Weiteren ist eine derartige Sicherungseinrichtung leicht lösbar und begünstigt somit eine leichte Demontage des Achszapfens.

Vorzugsweise weist die Achshülse einen Formschlussabschnitt auf, der ein Anordnen der Achshülse beim Einführen in eine Durchführung eines Längslenkers relativ zum Längslenker erleichtert, so dass eine vorgegebene relative Lager der Achshülse zum Längslenker leichter erreichbar ist. Der Form Schlussabschnitt ist z. B. als Zentriernase ausgebildet, die mit einer entsprechenden Zentriereinrichtung des Längslenkers in Eingriff bringbar ist. Dies hat den Vorteil, dass sich somit insbesondere Montagekosten reduzieren lassen. Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

Einbringen einer Durchführung in einen Längslenker einer Fahrzeugachse;

Anordnen einer Achshülse in der Durchführung;

Fixieren der Achshülse an der Durchführung;

Anordnen eines Achszapfens in einer Aufnahme der Achshülse; und

reversibles Fixieren des Achszapfens in der Aufnahme.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass ein Achszapfen lösbar an einem Lenker einer Fahrzeugachse angebunden und hierfür erforderliches Material gegenüber

herkömmlichen Verfahren reduziert wird.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt schematisch:

Fig. 1 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achszapfens,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achshülse,

Fig. 4 in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes System zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse und

Fig. 5 in einem Flussdiagramm eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens an einer Lenkerachse.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens 2 an einer Lenkerachse 3. Von der Lenkerachse 3 ist in dieser Ansicht nur ein Teil eines Längslenkers 7 dargestellt. Der Achszapfen 2 weist einen ersten Halteflansch 18 auf, der an einem zweiten Halteflansch 19 des Längslenkers 7 angeordnet und über eine Schraubverbindung 20 an diesem reversibel fixiert ist. Die Schraubverbindung 20 ist in dieser Ansicht durch eine Strichpunktlinie angedeutet. Der erste Halteflansch 18 ist an dem Achszapfen 2 und der zweite Halteflansch 19 an dem Längslenker 7 angeschweißt.

In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achszapfens 2 in einer

Seitenansicht dargestellt. Der Achszapfen 2 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem ersten Stirnende 22, einem zweiten Stirnende 23 und einem dem ersten Stirnende angeordneten ersten Bereich 9 auf. Ungefähr in einer Mitte seiner Längserstreckung weist der Achszapfen 2 einen Ringflansch 21 mit einem Außendurchmesser auf, der größer als ein Außendurchmesser des ersten Bereichs 9 ist. Somit begrenzt der Ringflansch 21 ein Einführen des Achszapfens 2 in eine Aufnahme 8 einer Achshülse 5. Der erste Bereich 9 erstreckt sich von dem ersten Stirnende 22 des Achszapfens 2 zum Ringflansch 21 und weist ein

Außengewinde 10 auf, das zum Verschrauben mit einem Innengewinde 1 1 der Aufnahme 8 ausgebildet ist. Der erste Bereich 9 weist dem Ringflansch 21 benachbart eine zweite

Ausnehmung 16 zum Einführen eines nicht dargestellten Sicherungsstifts 14 einer

Sicherungseinrichtung 13 auf. Das zweite Stirnende 23 ist zur Aufnahme eines Radhalters ausgebildet.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Achshülse 5 in einer perspektivischen Darstellung. Die Achshülse 5 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch mit einer Wand 24 ausgebildet und weist eine Längsachse 6 auf. Die Achshülse 5 ist an mindestens einer ersten Stirnseite 25 nach außen offen und bildet somit eine Aufnahme 8 für einen erfindungsgemäßen Achszapfen 2, wie z. B. den Achszapfen 2 aus Figur 2. Die Aufnahme 8 weist ein Innengewinde 1 1 zum Verschrauben des Achszapfens 2 mit der Aufnahme 8 auf. Die Wand 24 weist eine erste Ausnehmung 15 einer Sicherungseinrichtung 13 auf. Wenn der Achszapfen 2 bestimmungsgemäß an der Aufnahme 8 angeordnet ist und der Ringflansch 21 an der Achshülse 5 anliegt, bilden die erste Ausnehmung 15 und die zweite Ausnehmung 16 einen gemeinsamen Kanal in den ein

Sicherungsstift 14 der Sicherungseinrichtung 13 einführbar ist, um somit eine relative

Bewegung von Achszapfen 2 und Achshülse 5 zu verhindern. Die Achshülse 5 ist vorzugsweise an einer zweiten Stirnseite 26 geschlossen, um ein Eindringen von Schmutz zu verhindern.

Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes System 1 zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens 2 an einer Lenkerachse 3. Die Lenkerachse 3 weist einen Längslenker 7 mit einer Durchführung 17 auf. In der Durchführung 17 ist eine Achshülse 5 angeordnet und mit dem Längslenker 7 verschweißt. Ein erster Bereich 9 eines Achszapfens 2 ist in eine Aufnahme 8 der Achshülse 5 eingeführt und mit dieser verschraubt. Der Längslenker 7 weist eine Bohrung 27 auf, die im Wesentlichen konzentrisch zur ersten Ausnehmung 15 der Achshülse 5 sowie der zweiten Ausnehmung des Achszapfens 2 angeordnet ist und somit einen gemeinsamen Kanal bildet. In dem gemeinsamen Kanal ist ein Sicherungsstift 14 angeordnet, der eine Relativbewegung von Achszapfen2 und Achshülse 5 im Wesentlichen verhindert. Somit sind Sicherungsstift 14, erste Ausnehmung 15, zweite Ausnehmung 16 und Bohrung 27 Elemente einer

Sicherungseinrichtung 13. Auf dem Achszapfen 2 bzw. auf der Achshülse 5 ist eine zweite Haltevorrichtung 12 zum Halten einer Bremseinrichtung angeordnet. Die zweite

Haltevorrichtung 12 ist z. B. auf dem ersten Bereich 9 des Achszapfens angeordnet und im montieren Zustand zwischen Achshülse 5 und Ringflansch 21 geklemmt. Alternativ weist die Achshülse einen Sattel zur Aufnahme der zweiten Haltevorrichtung 12 auf. Vorzugsweise weist die zweite Haltevorrichtung 12 und/oder der Achszapfen 2 und/oder die Achshülse 5 einen Formschlussabschnitt auf, um ein relatives Verdrehen der zweiten Haltevorrichtung 12 zum Achszapfen 2 bzw. zur Achshülse 5 zu verhindern.

In Figur 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur reversiblen Befestigung eines Achszapfens 2 an einer Lenkerachse 3 in einem Flussdiagramm dargestellt. In einem ersten

Verfahrensschritt 30 wird eine Durchführung 17 in einen Längslenker 7 einer Fahrzeugachse, z. B. mittels einer Presse, eingebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt 40 wird eine Achshülse 5 in die Durchführung 17 eingeführt und ausgerichtet, vorzugsweise mittels einer hierfür geeigneten Zentriervorrichtung. In einem dritten Verfahrensschritt 50 wird die Achshülse 5 an der Durchführung 17 fixiert, z. B. durch eine Schweißverbindung. In einem vierten

Verfahrensschritt 60 wird ein Achszapfen 2 in einer Aufnahme 8 der Achshülse 5 angeordnet und ausgerichtet. In einem fünften Verfahrensschritt 70 wird der Achszapfen 2 in der Aufnahme 8 reversibel fixiert, z. B. durch eine Schraub- oder Pressverbindung und eine optionale

Sicherungseinrichtung.

Bezugszeichenliste

System

Achszapfen

Lenkerachse

erste Haltevorrichtung

Achshülse

Längsachse

Längslenker

Aufnahme

erster Bereich

Außengewinde

Innengewinde

zweite Haltevorrichtung

Sicherungseinrichtung

Sicherungsstift

erste Ausnehmung

zweite Ausnehmung

Durchführung

erster Halteflansch

zweiter Halteflansch

Schraubverbindung

Ringflansch

erstes Stirnende

zweites Stirnende

Wand

erste Stirnseite

zweite Stirnseite

Bohrung

erster Verfahrensschritt

zweiter Verfahrensschritt

dritter Verfahrensschritt

vierter Verfahrensschritt

fünfter Verfahrensschritt