DE10036651A1 - Achskonstruktion für Nutzfahrzeugachsen - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Achskonstruktion für Nutzfahrzeugachsen, bestehend aus einem durchgehenden Achsrohr (6), welches mit jedem der beiden Achslenker (3) über jeweils eine Schale (11) verbunden ist, die das Achsrohr (6) auf einem Teil seines Umfangs umschließt. Der Rand der Schale (11) weist erste Randabschnitte (19) auf, die sich entlang der in Fahrtrichtung oder in Fahrt abgewandter Richtung weisenden Seiten des Achsrohrs (6) erstrecken. Weiterhin verfügt die Schale (11) über einen weiteren Randabschnitt (24), der sich an der Innenseite des Achslenkers über einen Teilumfang des Achsrohrs (6) erstreckt. Um eine Achskonstruktion zu schaffen, die sich bei geringem Gewicht durch ein günstiges Verhalten gegenüber Torsions- und Biegebelastungen auszeichnet, sind an dem weiteren Randabschnitt (24) fingerförmige Vorsprünge (27) angeordnet, die entlang ihrer beiden Längsränder (28a, 28b) mit dem Achsrohr (6) verschweißt sind. Die Vorsprünge (27) erstrecken sich in Richtung einer der aus der Torsionsbeanspruchung hervorgerufenen Hauptspannungen in dem Achsrohr (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Achskonstruktion für Nutzfahrzeugachsen, bestehend aus beidseitig der Fahrzeugmittelebene angeordneten, schwenkbar an dem Fahrzeugchassis angelenkten und mittels Federelementen gegen das Fahrzeugchassis abgestützten Achslenkern sowie einem starr mit beiden Achslenkern verbundenen und an beiden Enden mit Achsschenkeln zur Lagerung der Räder versehenen Achsrohr, welches mit jedem der beiden Achslenker über jeweils eine Schale verbunden ist, die das Achsrohr auf einem Teil seines Umfangs umschließt, indem sich die Schale mit ihrer Innenseite flächig auf dem Achsrohr abstützt, wobei der Rand der Schale zwei sich entlang der in Fahrtrichtung und in fahrtabgewandter Richtung weisenden Mantelflächenabschnitte des Achsrohres erstreckende und mit dem Achsrohr verschweißte erste Randabschnitte und einen weiteren Randabschnitt aufweist, der sich auf der Innenseite des Achslenkers über einen Teilumfang des Achsrohrs erstreckt und mit Vorsprüngen versehen ist, die sich zur Achsmitte hin erstrecken.

Eine Achskonstruktion mit diesen Merkmalen ist aus der US 5,112,078 bekannt. Die Verbindung des Achsrohrs mit jedem der beiden Achslenker erfolgt über jeweils eine Schale, die sich mit ihrer Schaleninnenseite auf dem Achsrohr abstützt, wobei die Ränder der Schale mit der Mantelfläche des Achsrohrs verschweißt sind. Erste Randabschnitte der Schale erstrecken sich horizontal und geradlinig in Längsrichtung des Achsrohres und in etwa auf Höhe von dessen Mittelachse. Diese beiden ersten Randabschnitte der Schale stehen über weitere Randabschnitte in Verbindung, die sich auf der Innenseite sowie der Außenseite des Achslenkers über den durch die Breite der Schale definierten Teilumfang erstrecken. Der auf der Innenseite des Achslenkers angeordnete weitere Randabschnitt ist hierbei mit einem Vorsprung versehen, dessen Unterkante in Verlängerung zu dem horizontalen Randabschnitt verläuft. Auf seiner Oberseite geht der fingerartig gestaltete Vorsprung in eine Einbuchtung des weiteren Randabschnittes über. Die Verschweißung erfolgt über Mehrfach-Schweißnähte, wobei um das Ende des Vorsprunges herum nur eine Schweißnaht gezogen wird. Durch die Kombination des Vorsprungs mit der sich nach oben zu dem Achslenker hin anschließenden Einbuchtung soll die Gefahr von Rissen in der Schweißnaht zwischen Schale und Achsrohr infolge der im Achsrohr wirkenden Scher- und Torsionsspannungen reduziert werden.

Eine andere Achskonstruktion der gattungsgemäßen Art ist aus der US 5,375,871 bekannt. Auch hierbei erfolgt die Verbindung zwischen Achsrohr und Achslenker über eine gekrümmte Schale, deren Rand entlang bestimmter Randabschnitte mit dem Achsrohr verschweißt ist. Abweichend von der Gestaltung nach der US 5,112,078 ist bei der US 5,375,871 der erste, im wesentlichen horizontal verlaufende Randabschnitt der Schale konvex gestaltet, wodurch auch der untere Rand der im Übergang zwischen den ersten Randabschnitten und dem weiteren Randabschnitt ausgebildeten Vorsprungs dieser konvexen Linie folgt. In weiterer Abweichung fehlt eine Einbuchtung in dem oben um das Achsrohr herum geführten, weiteren Randabschnitt der Schale.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Achskonstruktion für Nutzfahrzeugachsen zu schaffen, die sich bei geringem Gewicht durch ein günstiges Verhalten gegenüber Torsions- und Biegebelastungen in dem kritischen Verbindungsbereich zwischen Achse und Achslenker auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Achskonstruktion der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die fingerförmig gestalteten Vorsprünge entlang ihrer beiden Längsränder mit der Mantelfläche des Achsrohrs verschweißt sind, und daß Anfang und freies Ende jedes Vorsprungs auf einer Linie liegen, die sich in Richtung einer der aus der Torsionsbeanspruchung hervorgerufenen Hauptspannungen in dem Achsrohr erstreckt.

Eine solche Achskonstruktion bietet ein im Vergleich zum Stand der Technik nochmals günstigeres Festigkeitsverhalten gegenüber Torsions- und Biegebelastungen und insbesondere kombinierten Torsions- und Biegebelastungen in dem kritischen Verbindungsbereich zwischen Achse und Achslenker. Entscheidend hierfür ist, daß der fingerförmige Vorsprung, zumindest jedoch dessen Anfang und freies Ende, auf einer Linie liegen, die sich in Richtung einer der beiden aus der Torsionsbeanspruchung in dem Achsrohr hervorgerufenen Hauptspannungen in dem Achsrohr erstreckt. Z. B. ist ein besonders kritischer Lastfall durch eine Fahrsituation gegeben, bei der das beladene Fahrzeug bei Kurvenfahrt einseitig stark einfedert, was zu einer Belastung des einen und einer Entlastung des anderen Achslenkers führt. Dies führt zu ganz erheblichen Torsionsspannungen in dem Achsrohr, wobei diese ein Maximum im Bereich des Übergangs zwischen Achsrohr und Achslenker aufweisen, mithin also genau in jenem kritischen Bereich, in dem die Schale mit der Mantelfläche des Achsrohrs verschweißt ist. Infolge der Lage und Ausrichtung der fingerförmigen Vorsprünge läßt sich die Belastung im Verbindungsbereich zwischen Schale und Achsrohr auf unkritische Werte reduzieren, wodurch insbesondere auch die Dauerfestigkeit der Achskonstruktion erhöht wird.

Ursächlich für die so erzielten Wirkungen ist die weitgehend homogene Verteilung der über die Schale in den Achskörper eingeleiteten Spannungen infolge des sich zu seinem Ende hin vorzugsweise verjüngenden Finger. Umgekehrt stellt sich entlang der Länge des Vorsprungs in Richtung auf die Schale ein ansteigendes Widerstandsmoment ein. Der Abbau der im Lastfall in dem Achsrohr wirkenden Biege- und Torsionsspannungen erfolgt daher soweit als möglich kontinuierlich und unter Vermeidung von lokalen Spannungsspitzen in der Schweißnahtverbindung.

Vorzugsweise sind die Vorsprünge gerade gestaltet, wobei sich ihre Mittellinie jeweils in jener Richtung erstreckt, die der Richtung einer der Hauptspannungen in dem Achsrohr entspricht. Von Vorteil ist ferner, wenn die gedachte Verlängerung der durch die Vorsprünge definierten Linie den jeweiligen Achslenker schneidet.

Mit einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Linie unter einem Winkel α schräg zu einer zur Mittelachse des Achsrohrs parallelen Mantelflächenlinie verläuft. Der Winkel α sollte zwischen 30° und 60° betragen, vorzugsweise ca. 45°.

Zur Erzielung des günstigen Verhaltens gegenüber Torsions- und Biegebelastungen ist es ferner von Vorteil, wenn der Rand der Schale zwischen dem ersten Randabschnitt und dem freien Ende des Vorsprungs mit einer Einbuchtung versehen ist, die teilweise durch den einen der beiden Längsränder des Vorsprungs begrenzt wird.

Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß die Schalenaußenseite mit zwei von dem Achsrohr abstehenden, parallel zueinander angeordneten Verbindungsflanschen versehen ist, zwischen denen der Achslenker hindurchgeführt ist.

Die Verbindungsflansche können zur bündigen Anlage an der Schalenaußenseite mit Aussparungen versehen sein, wobei Schale und Verbindungsflansche entlang der Aussparungen miteinander verschweißt sind. Verbindungsflansche und Schale können aber auch als gemeinsamer Schmiedekörper gestaltet sein.

Eine Flexibilisierung der Schale gegenüber den im Achsrohr wirkenden Biege- und Torsionsspannungen sowie ferner eine Gewichtsreduzierung läßt sich erreichen, indem der erste Randabschnitt zwischen den Verbindungsflanschen eine Einbuchtung aufweist, die sich zu dem Achslenker hin erstreckt. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn in Bezug auf die Mittelachse des Achsrohrs ein Teil der Einbuchtung oberhalb, und die restlichen Bereiche des ersten Randabschnitts unterhalb verlaufen, oder umgekehrt.

Zur Erzielung einer größeren Momentenübertragungsfläche zwischen Achsrohr und Schale wird vorgeschlagen, daß die Schale zwischen den Verbindungsflanschen eine Öffnung aufweist, deren Rand mit der Mantelfläche des Achsrohres verschweißbar ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Achskonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, daß das Achsrohr ein Vierkantrohr mit im wesentlichen horizontaler bzw. vertikaler Ausrichtung der vier Seiten ist, und daß die Vorsprünge sowie die ersten Randabschnitte mit den im wesentlichen vertikal ausgerichteten Seiten verschweißt sind.

Schließlich hat es sich mit dem Ziel eines günstigeren Verhaltens gegenüber Torsions- und Biegebelastungen als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wanddicke der Schale geringer als die Wanddicke des Achsrohres ist. Erreicht wird hierdurch eine gewisse Elastizität der Schale im Vergleich zu dem Achsrohr und damit eine zusätzliche Reduzierung von Spannungsspitzen entlang der Schweißnaht, die hierzu vorzugsweise die Schale vollständig umschließt.

Weitere Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Achskonstruktion werden nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Auf den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Achskonstruktion, wobei von dem Achsrohr nur der äußere Teil im Bereich der Anbindung an einen Achslenker dargestellt ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung zu Fig. 1, bestehend aus einem Teilabschnitt des Achsrohrs, einer Schale sowie zwei Verbindungsflanschen;

Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung der Teilabschnitt des Achsrohrs mit der darauf angeordneten, jedoch noch nicht verschweißten Schale;

Fig. 4 die Gegenstände nach Fig. 3 in einer Seitenansicht;

Fig. 5 die Gegenstände nach Fig. 3 in einer Draufsicht;

Fig. 6 eine Simulationsdarstellung der durch die Torsions- sowie Biegebeanspruchung hervorgerufenen ersten Hauptspannung in dem Achsrohr, und zwar in dem in Fig. 2 bezeichneten Bereich VI;

Fig. 7 eine Simulationsdarstellung der durch die Torsions- sowie Biegebeanspruchung hervorgerufenen zweiten Hauptspannung in dem Achsrohr, und zwar in dem in Fig. 2 bezeichneten Bereich VII;

Fig. 8 eine Simulationsdarstellung der durch die Torsions- sowie Biegebeanspruchung hervorgerufenen ersten Hauptspannung in dem Achsrohr, und zwar auf der gegenüberliegenden Seite des Achsrohrs und

Fig. 9 eine Simulationsdarstellung der durch die Torsions- sowie Biegebeanspruchung hervorgerufenen zweiten Hauptspannung in dem Achsrohr, und zwar auf der gegenüberliegenden Seite des Achsrohrs.

Gemäß Fig. 1 ist unter einem nicht dargestellten Längsträger des Fahrzeugchassis eine Konsole 1 befestigt, an der um ein Drehgelenk 2 schwenkbar ein Achslenker 3 befestigt ist. Das vordere Ende des federnd ausgebildeten Achslenkers 3 ist hierzu als Auge 4 gestaltet.

Auf dem hinteren Ende des Achslenkers stützt sich eine Luftfeder 5 in Gestalt eines Luftfederbalgs ab. Auf diese Weise ist der Achslenker 3 mit seinem hinteren Ende gegenüber dem Fahrzeugchassis federnd abgestützt.

In nachfolgend noch näher beschriebener Weise ist der Achslenker 3 starr mit einem Achsrohr 6 verbunden, welches an beiden Enden mit Achsschenkeln zur Lagerung der Fahrzeugräder versehen ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Achsschenkel sowie die Fahrzeugräder auf den Zeichnungen nicht dargestellt. Das Achsrohr 6 erstreckt sich quer zur Fahrtrichtung, wohingegen der im wesentlichen horizontal ausgerichtete Achslenker 3 sich nach Art eines Längslenkers in Fahrtrichtung erstreckt. Bei dem Ausführungsbeispiel kreuzt das Achsrohr 6 jeden der beiden Achslenker 3 in der Weise, daß sich das Achsrohr 6 unter den Achslenkern befindet. Ebenso ist jedoch auch eine Verbindung dergestalt möglich, daß das Achsrohr 6 oberhalb der Achslenker angeordnet und mit diesem verbunden ist. Ebenso spielt es im Rahmen der Erfindung keine Rolle, ob der vorzugsweise aus Federstahl bestehende Achslenker 3 wie auf der Zeichnung dargestellt gerade gestaltet ist, oder er an seinem hinteren Ende zur Aufnahme der Luftfeder 5 mit einer doppelten Abkröpfung versehen ist.

Der Achslenker 3 ist mit zwei horizontalen Querbohrungen versehen, von denen in Fig. 1 aus Gründen der Übersicht nur die Mittellinien 7 dargestellt sind. Beidseits des Achslenkers 3 befinden sich Verbindungsflansche 8, die jeweils mit Bohrungen 9 versehen sind, welche mit der jeweiligen Mittellinie 7 fluchten. Die Verbindung zwischen dem Achslenker 3 und den beidseits des Achslenkers angeordneten Verbindungsflanschen 8 erfolgt über Bolzen oder Gewindebolzen, die zugleich durch die Querbohrungen des Achslenkers und die Bohrungen 9 der Verbindungsflansche 8 hindurchgesetzt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese Bolzen bzw. Gewindebolzen in Fig. 1 nicht dargestellt.

Jeder der beiden Verbindungsflansche 8 ist über eine umlaufende Schweißnaht 10 mit einer gebogenen Schale 11 verschweißt. Zur bündigen Anlage an der gebogenen Schalenaußenseite sind die Verbindungsflansche 8 mit entsprechend gestalteten Aussparungen versehen, an denen entlang die umlaufende Schweißnaht 10 gezogen ist. Infolge dieser Aussparungen ergeben sich an den Verbindungsflanschen 8 Schenkel 12, die sich entlang der in Fahrtrichtung 13a und in fahrtabgewandter Richtung 13b erstreckenden Flächen des Achskörpers 6 erstrecken. In Umfangsrichtung des Achsrohrs 6 sind die Schenkel 12 der Verbindungsflansche 8 kürzer, als die Erstreckung der Schale 11 in diesem Bereich, so daß sich ein vertikaler Randabstand a ergibt, der ausreichend ist, um die Verbindungsflansche 8 ohne Unterbrechung mit der Außenseite der Schale 11 zu verschweißen.

Die Krümmung der Schale 11 ist, wie die Zeichnungen eindeutig erkennen lassen, an die Krümmung der Mantelfläche des Achsrohrs 6 angepaßt, so daß sich eine flächige und nahezu spielfreie Anlage der Schaleninnenseite auf der Mantelfläche des Achsrohrs 6 ergibt. Beim Ausführungsbeispiel ist das Achsrohr 6 ein quadratisches Vierkantrohr mit einer Wanddicke d, die über den gesamten Umfang des Achsrohrs, also auch im Bereich der Eckenradien, konstant ist. Die Oberseite 14a sowie die Unterseite 14b des Achsrohrs erstreckt sich im wesentlichen horizontal, die in Fahrtrichtung 13a bzw. in fahrtabgewandter Richtung 13b weisenden Seiten 14c, 14d dementsprechend im wesentlichen vertikal.

Dementsprechend hat auch die Schale 11 eine im wesentlichen flache Oberseite 15, die über gekrümmte Bereiche 16 in wiederum flache Seitenbereiche 17 übergeht. Beide Seitenbereiche 17 sind im Bezug auf die Mittelachse 18 des Achsrohres 6 symmetrisch gestaltet. Entlang jedes Seitenbereiches 17 weist die Schale 11 einen ersten Randabschnitt 19 auf, der beim Ausführungsbeispiel wellenförmig gestaltet ist, sich jedoch im wesentlichen horizontal in Richtung des Achsrohres erstreckt. Infolge der wellenförmigen Gestaltung setzt sich der erste Randabschnitt 19 aus Vorsprüngen 20 zusammen, die mit Abstand um die Schenkel 12 der Verbindungsflansche 8 herumgeführt sind, sowie aus einer zwischen diesen Vorsprüngen 20 angeordneten Einbuchtung 21, die sich zu dem Achslenker 3 hin erstreckt. Die Einbuchtung 21 befindet sich daher zwischen den Schenkeln 12 der Verbindungsflansche 8.

Fig. 2 läßt erkennen, daß im Bezug auf die Höhenlinie 22 der Mittelachse 18 des Achsrohrs ein Teil der Einbuchtung 21 oberhalb verläuft, und die restlichen Bereiche des ersten Randabschnitts 19 einschließlich der Vorsprünge 20 unterhalb. Die Anordnung wäre umgekehrt, falls die Schale 11 von unten gegen das Achsrohr gesetzt wird, um so das Achsrohr, wie weiter oben bereits dargestellt, oberhalb der Achslenker anzuordnen. Der beschriebene, wellenförmige Verlauf des ersten Randabschnitts 19 ist vorteilhaft, da es sich bei der Höhenlinie 22 in Bezug auf eine Biegebelastung des Achsrohrs um dessen neutrale Faser handelt, so daß die Belastung der entlang des ersten Randabschnitts 19 gezogenen Schweißnaht 23 bei in dem Achsrohr wirkenden Biegebelastungen minimiert wird.

Die beiden ersten Randabschnitte 19 sind über einen zweiten Randabschnitt 24 sowie einen dritten Randabschnitt 25 miteinander verbunden. Der zweite Randabschnitt 24 erstreckt sich auf der Seite der Innenseite 26 des Achslenkers 3 über den Umfang bzw. Teilumfang des Achsrohrs 6. Der dritte Randabschnitt 25 erstreckt sich außerhalb des Achslenkers über den Umfang bzw. Teilumfang des Achsrohrs 6. Der zweite Randabschnitt 24 ist daher der der Achsmitte zugewandte Rand der Schale 11, und der dritte Randabschnitt 25 der dem Achsschenkel mit dem Fahrzeugrad zugewandte Rand der Schale.

Teil des zweiten Randabschnittes 24 ist ein fingerförmig gestalteter Vorsprung 27, der, wie die Figuren erkennen lassen, ausgehend von dem zweiten Randabschnitt 24 von diesem schräg absteht. Auch der fingerförmig gestaltete Vorsprung 27 liegt flächig auf der Mantelfläche des Achsrohrs 6 an und ist entlang seiner beiden Längsränder 28a, 28b mit dem Achsrohr 6 verschweißt. Der Vorsprung 27 ist zu seinem Ende 29 hin verjüngt ausgebildet und vorzugsweise gerade und symmetrisch zu der die Mittellinie bildenden Linie 30 gestaltet. Erfindungsgemäß erstreckt sich die Linie 30 parallel zur Richtung einer der beiden, im Lastfall in dem Achsrohr 6 auftretenden und durch die Torsionsbeanspruchung hervorgerufenen Hauptspannungen. Diese Hauptspannungen verlaufen unter einem Winkel von ca. 45° zur Mittelachse 18 des Achsrohres, weshalb auch der Winkel α zwischen der mittleren Linie 30 des Vorsprungs 27 und der Mittelachse des Achsrohres ca. 45° beträgt. Zumindest jedoch sollte der Winkel α nicht unter 30° und nicht über 60° betragen. In ihrer oberen Verlängerung schneidet die Linie 30 den Achslenker 3.

Bei Verwendung eines Vierkantrohres als Achsrohr ist es günstig, wenn sich der fingerförmige Vorsprung 27 ausgehend von dem gekrümmten Bereich 16 der Schale schräg nach unten unter dem Winkel α erstreckt. Auf diese Weise folgt der Verlauf des Vorsprungs 27 bestmöglich dem Verlauf der in dem Vierkant-Achsrohr wirkenden Hauptspannungen. Die Schweißnaht 23 ist entlang des gesamten ersten Randabschnittes 19 gezogen und erstreckt sich ohne Nahtansatz um den fingerförmigen Vorsprung 27 herum mindestens bis zu dem in Fig. 2 bezeichneten Punkt P. Die Schweißnaht 23 erstreckt sich aber vorzugsweise über alle Randabschnitte 19, 24, 25 der Schale.

Infolge der beschriebenen Gestaltung des ersten Randabschnittes 19 sowie des zweiten Randabschnittes 24 mit dem fingerförmigen Vorsprung 27 ergibt sich eine weitere Einbuchtung 31, die zum Teil durch den zweiten Randabschnitt 24, und zum anderen durch den Längsrand 28a des Vorsprungs 27 begrenzt wird. Die Einbuchtung 31 ist im übrigen rundlich und mit großen Radien gestaltet, um Spannungsspitzen zu vermeiden.

Es ist günstig, das Material für die Schale 11 dünnwandiger zu gestalten, als das Material des Achsrohres 6. Vorzugsweise beträgt die Dicke d₁ der Schale 11 nur etwa zwei Drittel der Wanddicke d des Achsrohrs 6.

Insbesondere die Fig. 3 und 5 lassen erkennen, daß die Schale 11 in jenem Bereich, der zwischen den Verbindungsflanschen liegt, mit einer rechteckigen oder runden Öffnung 32 versehen ist. Der Rand 33 der Öffnung 32 ist mit der Oberseite 14a des Achsrohrs 6 verschweißbar. Zwischen den beiden Einbuchtungen 21 und der Öffnung 32 sollte noch eine Materialbreite b vorhanden sein, die in etwa der Breite des gekrümmten Bereiches 16 der Schale entspricht.

Die Vorsprünge 27 oder ähnlich gestaltete Strukturen können sich auch an dem nach außen weisenden, dritten Randabschnitt 25 der Schale 11 befinden. Auf diese Weise kann solchen durch die Torsion hervorgerufenen Spannungen entgegengewirkt werden, wie sie z. B. durch die beim Bremsen des Fahrzeuges auftretenden Bremsmomente in das Achsrohr eingeleitet werden.

In den Fig. 6 bis 9 sind in Gestalt von Vektorenfeldern die einander paarweise zugeordneten Hauptspannungen σ_H1, σ_H2 dargestellt, die sich auf der Vorderseite 14c sowie der Rückseite 14d des Achsrohres 6 in einem Lastfall mit kombinierter Torsion und Biegung einstellen. Hierbei zeigen die Fig. 6 und 7 die Situation auf der Vorderseite 14c des Achsrohres, und die Fig. 8 und 9 die Situation auf der Rückseite 14d des Achsrohres. In den Fig. 6 und 8 sind jeweils die einen Hauptspannungen σ_H1, und in den Fig. 7 und 9 jeweils die hierzu rechtwinkligen anderen Hauptspannungen σ_H2 dargestellt. Ferner ist in allen Fig. 6 bis 9 die Umrißlinie des fingerförmigen Vorsprungs 27 eingezeichnet.

Die Fig. 6 bis 9 stellen also Computersimulationen dar, aus denen gut erkennbar ist, wie die resultierenden Hauptspannungen σ_H1, σ_H2 unter einem Winkel zur Mittelachse des Achsrohres verlaufen. Dieser Winkel würde, sofern das Achsrohr ausschließlich auf Torsion beansprucht ist, 45° betragen. Da jedoch in den dargestellten Spannungsvektoren auch die Anteile der durch Biegung hervorgerufenen Spannungen berücksichtigt sind, ergibt sich eine gewisse Abweichung von 45°.

Bezugszeichenliste

1

Konsole

2

Drehgelenk

3

Achslenker

4

Auge

5

Luftfeder

6

Achsrohr

7

Mittellinie

8

Verbindungsflansch

9

Bohrung

10

Schweißnaht

11

Schale

12

Schenkel

13

a Fahrtrichtung

13

b Fahrt abgewandte Richtung

14

a Oberseite

14

b Unterseite

14

c Seite

14

d Seite

15

Oberseite

16

gekrümmter Bereich

17

Seitenbereich

18

Mittelachse

19

erster Randabschnitt

20

Vorsprung

21

Einbuchtung

22

Höhenlinie

23

Schweißnaht

24

zweiter Randabschnitt

25

dritter Randabschnitt

26

Innenseite des Achslenkers

27

Vorsprung

28

a Längsrand

28

b Längsrand

29

Ende

30

Linie

31

Einbuchtung

32

Öffnung

33

Rand
a Randabstand
b Materialbreite
d Wanddicke
d₁

Dicke
P Punkt
α Winkel
σ_H1

Vektor der ersten, durch Torsion und Biegung hervor­ gerufenenHaupt­ spannung
σ_H2

Vektor der zweiten, durch Torsion und Biegung hervor­ gerufenen Haupt­ spannung

Claims (14)

1. Achskonstruktion für Nutzfahrzeugachsen, bestehend aus beidseitig der Fahrzeugmittelebene angeordneten, schwenkbar an dem Fahrzeugchassis angelenkten und mittels Federelementen gegen das Fahrzeugchassis abgestützten Achslenkern (3) sowie einem starr mit beiden Achslenkern (3) verbundenen und an beiden Enden mit Achsschenkeln zur Lagerung der Räder versehenen Achsrohr (6), welches mit jedem der beiden Achslenker (3) über jeweils eine Schale (11) verbunden ist, die das Achsrohr (6) auf einem Teil seines Umfangs umschließt, indem sich die Schale (11) mit ihrer Innenseite flächig auf dem Achsrohr (6) abstützt, wobei der Rand der Schale (11) zwei sich entlang der in Fahrtrichtung (13a) und in fahrtabgewandter Richtung (13b) weisenden Mantelflächenabschnitte des Achsrohrs (6) erstreckende und mit dem Achsrohr (6) verschweißte erste Randabschnitte (19) und einen weiteren Randabschnitt (24) aufweist, der sich auf der Innenseite des Achslenkers (3) über einen Teilumfang des Achsrohrs (6) erstreckt und mit Vorsprüngen (27) versehen ist, die sich zur Achsmitte hin erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die fingerförmig gestalteten Vorsprünge (27) entlang ihrer beiden Längsränder (28a, 28b) mit der Mantelfläche des Achsrohrs (6) verschweißt sind, und daß Anfang und freies Ende (29) jedes Vorsprungs (27) auf einer Linie (30) liegen, die sich in Richtung einer der aus der Torsionsbeanspruchung hervorgerufenen Hauptspannungen in dem Achsrohr (6) erstreckt.

2. Achskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (27) gerade gestaltet sind, und daß sich ihre Mittellinie (30) jeweils in Richtung einer der aus der Torsionsbeanspruchung hervorgerufenen Hauptspannungen in dem Achsrohr (6) erstreckt.

3. Achskonstruktion nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Verlängerung der Linie (30) den Achslenker (3) schneidet.

4. Achskonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (30) unter einem Winkel (α) schräg zu einer zur Mittelachse (18) des Achsrohrs (6) parallelen Mantelflächenlinie (22) verläuft.

5. Achskonstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen 30° und 60° beträgt, vorzugsweise ca. 45°.

6. Achskonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Schale (11) zwischen dem ersten Randabschnitt (19) und dem freien Ende (29) des Vorsprungs (27) mit einer Einbuchtung (31) versehen ist, die teilweise durch den einen (28a) der beiden Längsränder des Vorsprungs (27) begrenzt wird.

7. Achskonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenaußenseite mit zwei von dem Achsrohr (6) abstehenden, parallel zueinander angeordneten Verbindungsflanschen (8) versehen ist, zwischen denen der Achslenker (3) hindurchgeführt ist.

8. Achskonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsflansche (8) zur bündigen Anlage an der Schalenaußenseite mit Aussparungen versehen sind, und daß Schale (11) und Verbindungsflansche (8) entlang der Aussparungen miteinander verschweißt sind.

9. Achskonstruktion nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Randabschnitt (19) zwischen den Verbindungsflanschen (8) eine Einbuchtung (21) aufweist, die sich zu dem Achslenker (3) hin erstreckt.

10. Achskonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Bezug auf die Mittelachse (18) des Achsrohrs (6) ein Teil der Einbuchtung (21) des ersten Randabschnitts (19) oberhalb verläuft, und die restlichen Bereiche des ersten Randabschnitts (19) unterhalb, oder umgekehrt.

11. Achskonstruktion nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (11) zwischen den Verbindungsflanschen (8) eine Öffnung (32) aufweist, deren Rand (33) mit der Mantelfläche des Achsrohrs (6) verschweißbar ist.

12. Achskonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsrohr (6) ein Vierkantrohr mit im wesentlichen horizontaler bzw. vertikaler Ausrichtung der vier Seiten (14a, 14b, 14c, 14d) ist, und daß die Vorsprünge (27) sowie die ersten Randabschnitte (19) mit den im wesentlichen vertikal ausgerichteten Seiten (14c, 14d) verschweißt sind.

13. Achskonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (11) entlang ihres gesamten Randes mit Achsrohr (6) verschweißt ist.

14. Achskonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke (d₁) der Schale (11) geringer als die Wanddicke (d) des Achsrohrs (6) ist.