DE10110452A1

DE10110452A1 - Luftfederung mit Torsionsstab

Info

Publication number: DE10110452A1
Application number: DE2001110452
Authority: DE
Inventors: David K Platner
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Technology LLC
Current assignee: ArvinMeritor Technology LLC
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2001-10-25
Also published as: JP2001287525A

Abstract

Ein Luftfederungssystem weist ein Torsionselement zum starren Lagern des Achsaufbaus einer Luftfederung auf. Das Torsionselement ist vorzugsweise ein starres U-förmiges Element, das ein Schlingern des Fahrzeugs unterdrückt. Der Achsaufbau ist an entgegengesetzten seitlichen Seiten starr mit dem Torsionselement verbunden. Auf diese Weise wirken Torsionskräfte auf das Torsionselement. Der Achsaufbau wird im wesentlichen von diesen Torsionskräften entlastet und kann so mit einem leichteren Gehäuse hergestellt werden. Eine weitere Ausführungsform des Luftfederungssystems weist ein zusätzliches seitliches Abstützungsteil auf.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfederung und insbesondere einen Torsionsstab, der die Torsionsbelastungen des Achsgehäuses reduziert und gleichzeitig für eine verbesserte Befestigung von Luftfedern und Rahmen sorgt.

Ein gängiges Luftfederungssystem umfaßt typischerweise ein Paar Konsolen, die an einem Chassisteil eines Fahrzeugs befestigt ist. In jeder Konsole ist ein unabhängig schwenkbares, nach hinten oder vorne kragendes Längsarmelement schwenkbar gelagert. Die Längselemente sind so an der Konsole befestigt, dass sie zur Halterung einer Achse mit einem oder mehreren Rädern um eine allgemein quer zum Fahrzeug liegende Achse schwenkbar sind. Eine hinter der Achse ange brachte Luftfeder fungiert zur Vorspannung der Räder für eine gute Straßenhaf tung und zur Dämpfung der Achs- und Radvibration als einstellbare Druckfeder zwischen dem Fahrzeug und dem Längselement.

Fahrzeuge werden durch Stöße und Vibrationen, die durch Schlaglöcher in der Straße hervorgerufen werden, sehr starken Beanspruchungen ausgesetzt; das gilt insbesondere für Fahrzeuge, die eine Ladung mit hohem Schwerpunkt haben, wie dies beispielsweise bei einem Lkw-Gespann der Fall ist. Dies stellt eine besondere Schwierigkeit dar, da die Fahrzeugaufhängung sowohl für einen beladenen als auch einen unbeladenen Zustand des Fahrzeugs geeignet sein muß.

Es sind luftgefederte Aufhängungssysteme entwickelt worden, bei denen balgenförmige luftgefederte Aufhängungselemente so verstellbar sind, dass ver schiedene Beladungszustände des Fahrzeugs kompensiert werden können. Allerdings sind Luftfedern nicht stabil genug, um das Verhalten des Fahrzeugs in bezug auf ein Schlingern zu verbessern, und mechanische Torsionsbegrenzer wie beispielsweise Drehstabfedern oder das Achsgehäuse des Fahrzeugs selbst haben die bekannten luftgefederten Aufhängungen ergänzt.

Als Torsionselement sind Achsgehäuse verwendet worden, was aber zwangs läufig zu hohen Torsionsbelastungen führt, mit denen das Achsgehäuse beaufschlagt wird. Die hohe Torsionsbelastung kann die Lebensdauer der Achse verkürzen und typischerweise große Abmessungen und ein höheres Gewicht des Achsgehäuses erforderlich machen. Alternativ oder zusätzlich können andere mechanische Torsionsbegrenzer verwendet werden; allerdings erhöhen sie die Kosten und Wartungserfordernisse des Aufhängungssystems.

Bei einem bekannten Aufhängungssystem wird ein Achsaufbau an ein erstes und zweites Längsstützelement an einem ersten und einem zweiten Gelenk angebracht. Der Achsaufbau ist über die Gelenke relativ zu den Längsstütz elementen schwenkbar.

Die Längsstützelemente sind jeweils schwenkbar an einem Fahrzeugrahmen teil angebracht und miteinander durch einen seitlichen Querholm verbunden. Darüber hinaus verbindet ein Paar Drehstabfedern, die V-förmig angeordnet sind, den Achsaufbau mit jedem Fahrzeugrahmenteil. Die Drehstabfedern sorgen in seitlicher Richtung als auch in Längsrichtung für eine starre Verbindung zwischen dem angelenkten Achsgehäuse und dem Fahrzeugrahmen.

Wenn die bekannten Längsstützelemente während des Betriebs des Aufhän gungssystems verschoben werden, dann schwenkt der Achsaufbau um die Schwingen. Die Drehstabfedern behalten aber die Ausrichtung des Achsaufbaus starr bei, wenn die Achse um die Längsstützelemente schwenkt. Obwohl eine gewisse Schlingerunterdrückung des Fahrzeugs stattfindet, werden zusätzliche Elemente in Form von Drehstabfedern zur Unterdrückung des Fahrzeugschlingerns verwendet, da der Achsaufδau mittels der Schwingen an den Längsstützelementen befestigt ist.

Bei einem anderen bekannten Aufhängungssystem wird ein Achsaufbau an einem "torsionsfesten" Rahmen befestigt. Der "torsionsfeste" Rahmen wird durch ein elastisches Element aus Gummi oder einem ähnlichen Material an einem Fahrzeugrahmenteil angebracht. Durch Fahrzeugschlingern verursachte Torsions belastungen werden über die elastischen Elemente, die einen instabilen Schlinger zustand bewirken können, übertragen. Deshalb verlangt dieses bekannte Luftfede rungssystem parallel zu den Fahrzeugrahmenteilen liegende Zugglieder, die ein Schlingern unterdrücken. Durch diese Zugglieder wird das Luftfederungssystem zu komplex. Außerdem muß, da das Luftfederungssystem eine steife Grundkonstruktion braucht, der torsionsfeste Rahmen notwendigerweise aus festen und daher schweren Bauteilen hergestellt sein.

Dementsprechend ist es wünschenswert, eine verbesserte Luftfederung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche die Torsionsbelastungen von Achsge häusen ohne zusätzliche mechanische Torsionsbegrenzer, wie beispielsweise Drehstabfedern oder dergleichen, reduziert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Luftfederungssystem der vorliegenden Erfindung umfaßt allgemein ein Torsionselement, das sich zur Lagerung des luftgefederten Achsaufbaus über die Breite des Fahrzeugs erstreckt.

Das Torsionselement ist vorzugsweise ein U-förmiges Teil, das ein Schlingern des Fahrzeugs unterdrückt. Jedes Ende des Torsionselements ist schwenkbar mit den Rahmenkonsolen verbunden. Von den Konsolen aus erstrecken sich Längs streben des Torsionselements nach hinten, an denen die Luftfedern der Luftfede rung und die Teleskop-Dämpferaufbauten befestigt sind.

Zwischen den Konsolen und den Teleskopdämpfern ist der Achsaufbau an seinen Enden starr am Torsionselement befestigt.

Da der Achsaufbau mit dem Torsionselement starr verbunden ist, wirken Kräfte, die vorher direkt über Einzel-Längsschwingen auf den Achsaufbau einge wirkt haben, nun auf das Torsionselement. Der Achsaufbau, der von diesen Torsionskräften entlastet ist, kann daher mit einem leichteren Gehäuse hergestellt werden.

Der Achsaufbau wird vorzugsweise oberhalb des Torsionselements bezüglich des Bodens angebracht, um eine niedrige Rahmenhöhe und daher einen niedriger liegenden Schwerpunkt zu ermöglichen. Durch Anbringung des Achsaufbaus oberhalb des Torsionselements werden Krümmungen in den Längsstreben des Torsionselements auf ein Minimum begrenzt und maximale Steifigkeit des Torsionselements ermöglicht. Darüber hinaus ist dadurch auch Bauraum für die Luftfeder- und Dämpferaufbauten vorgesehen, ohne dass zusätzliche Krümmungen in dem Torsionselement notwendig werden.

Eine weitere Ausführungsform des Luftfederungssystems umfaßt ein zusätzliches seitliches Abstützungselement. Vorzugsweise ist das seitliche Element eine an einer Halterung an dem Achsgehäuse angebrachte Spurstange und eine an dem Fahrzeugrahmen befestigte Rahmenhalterung. Eine seitliche Abstützung ist besonders angebracht bei Fahrzeugen, wie dem Anhänger eines Lkw-Gespanns, damit unerwünschte Seitenbewegungen, die allgemein als "Schwänzeln" bekannt sind, vermieden werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer gegenwärtig bevor zugten Ausführungsform deutlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich kurz wie folgt beschreiben:

Fig. 1 ist eine allgemeine perspektivische Darstellung eines Luftfede rungssystems für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Luftfederung für ein Fahr zeug der Fig. 1 mit einem zusätzlichen seitlichen Abstützungselement.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Fig. 1 veranschaulicht ein Luftfederungssystem 10 für ein Fahrzeug. Das System 10 umfaßt allgemein Rahmenkonsolen 12, ein Torsionselement 14, Luft federn 16, Dämpfer 18 und einen Achsaufbau 20. Die Rahmenkonsolen 12, an denen das Torsionselement 14 schwenkbar gelagert ist, sind an einem Rahmen 22 des Fahrzeugs angebracht.

Die Rahmenkonsolen 12 weisen ein erstes Seitenteil 26 auf, das mit Befesti gungselementen 28, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen oder dergleichen, an dem Rahmen 22 angebracht ist. Eine zweite Seite 30 der Rahmenkonsolen 12 erstreckt sich so von der ersten Seite 26 aus, dass die Rahmenkonsole 12 gebildet wird. Die offenbarten Rahmenkonsolen 12 haben einen "h"-förmigen Aufbau; jedoch erkennt der Fachmann, dass andere Ausbildungen der Konsolen im Rah men der vorliegenden Erfindung liegen. Ein Drehzapfen 32 definiert eine Achse, die allgemein quer zum Rahmen 22 liegt, und ist zwischen der ersten und zweiten Seite der Konsolen 12 aufgenommen. Durch die Konsole 12 ist ein erstes seitliches Ende 34 bzw. ein zweites seitliches Ende 36 des Torsionselements 14 schwenkbar gelagert.

Das Torsionselement 14 ist vorzugsweise ein starres U-förmiges Element und ist, um torsionssteif zu sein, als einstückiges integrales Teil ausgebildet. Das Torsionselement 14 unterdrückt daher ein Schlingern des Fahrzeugs. Von den Konsolen 12 aus erstrecken sich Längsstreben 39 des Torsionselements 14 nach hinten, an denen die Luftfedern 16 befestigt werden. Jede der Längsstreben 39 des Torsionselements 14 ist am Ende 34 bzw. 36 durch die Drehzapfen 32 schwenk bar mit den Rahmenkonsolen 12 verbunden. Obwohl sie um die Drehzapfen 32 schwenkbar sind, sind die Enden 34, 36 ansonsten vorzugsweise in den Konsolen 12 befestigt. Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff Luftfeder, wie er hier verwendet wird, nicht im engen Sinn verstanden werden soll, sondern so aufzu fassen ist, dass er auch Balgen, Luftkammern und so weiter mit umfaßt. Außerdem profitiert eine Aufhängung, die Schraubenfedern verwendet, auch von dieser Erfindung und liegt im Rahmen dieser Erfindung. Die Luftfedern 16 sind vorzugsweise entlang eines Querteils 38 zwischen den Längsstreben 39 des Torisionselements 14 nahe den Krümmungen 40 des "U" angebracht. Obwohl gerundete Krümmungen 40 gezeigt sind, kann auch eine eckige Krümmung verwendet werden. Das untere Ende 48 der Luftfedern 16 ist durch eine Spann vorrichtung 50 oder dergleichen an dem Torsionselement 14 befestigt. Das obere Ende 52 der Luftfedern 16 ist durch Luftfederstützen 54 mittels Befestigungs elementen 55, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen oder dergleichen, an dem Rahmen 22 angebracht.

Auch die Teleskop-Dämpferaufbauten 18 sind mittels einer Spannvorrichtung 56 oder dergleichen an dem Torsionselement 14 angebracht. Die Teleskop- Dämpferaufbauten 18 sind an einem entgegengesetzten Ende am Rahmen 22 befestigt. Die Details solcher Teleskop-Dämpferaufbauten sind bekannt und werden hier nicht näher erläutert.

Der Achsaufbau 20 des Fahrzeugs ist zwischen den Konsolen 12 und den Teleskopdämpfern 18 mittels Spannvorrichtungen 42 starr an dem Torsionsele ment 14 angebracht. Es wird davon ausgegangen, dass, obwohl die offenbarten Spannvorrichtungen 42, 50 und 56 mehrere Platten und U-Bolzen aufweisen, um die entsprechenden Aufhängungsbauteile starr an dem Torsionselement 14 anzubringen, andere Spannvorrichtungen oder direkte Arten der Anbringung im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen. Das bedeutet, dass Schweiß verbindungen zwischen den Bauteilen verwendet werden können.

Der Achsaufbau 20 wird vorzugsweise oberhalb des Torsionselements 14 bezüglich des Bodens angebracht, um eine niedrige Rahmenhöhe und daher einen niedriger liegenden Schwerpunkt vorzusehen. Durch Anbringung des Achsauf baus 20 oberhalb des Torsionselements 14 werden Krümmungen in den Längs streben 39 des Torsionselements 14 auf ein Minimum begrenzt und maximale Steifigkeit des Torsionselements 14 vorgesehen. Außerdem wird auch Bauraum für die Luftfeder 16 und die Dämpferaufbauten 18 zur Verfügung gestellt, ohne dass zusätzliche Krümmungen in dem Torsionselement 14 notwendig werden.

Bemerkenswerterweise ist der Achsaufbau 20 starr mit dem Torsionselement 14 verbunden, und das Torsionselement ist ein einzelnes integrales Teil, das durch die Rahmenkonsolen 12 schwenkbar mit dem Fahrzeugrahmen 22 verbunden ist. Auf diese Weise wirken Torsionskräfte, die vorher direkt über Einzel- Längsschwingen auf den Achsaufbau 20 eingewirkt haben, nun auf das Torsions element 14. Der Achsaufbau 20, der von diesen Torsionskräften entlastet ist, kann daher mit einem leichteren Gehäuse 21 hergestellt werden. Weiterhin wird so durch das Torsionselement 14 ein Schlingern des Fahrzeugs unterdrückt. Das Tor sionselement 14 beinhaltet auch eine Befestigungsstelle für die Luftfedern 16 und die Dämpferaufbauten 18.

Mit Bezug auf Fig. 2 wird eine weitere Ausführungsform des Luftfederungs systems 10' veranschaulicht. Das Luftfederungssystem 10' ist allgemein dem der Fig. 1 ähnlich, und gleiche Bezugszeichen, die sich auf gleiche Bauteile bezie hen, werden übernommen. Das Luftfederungssystem 10' weist jedoch ein zusätz liches seitliches Abstützungsteil auf. In der offenbarten Ausführungsform der Fig. 2 ist das seitliche Abstützungsteil eine Spurstange 60. Eine seitliche Abstützung ist besonders angebracht bei Fahrzeugen, wie einem Anhänger eines Lkw-Gespanns, damit unerwünschte Seitenbewegungen, die allgemein als "Schwänzeln" bekannt sind, verringert werden.

Die Spurstange 60 wird vorzugsweise an einer Halterung 62 am Achsgehäuse 21 und an einer Rahmenhalterung 64, die am Fahrzeugrahmen 22 befestigt ist, angebracht. Demgemäß erstreckt sich zum Vorsehen einer zusätzlichen seitlichen Abstützung die Spurstange 60 seitlich zwischen dem Achsaufbau 20 und dem Rahmen 22. Die zusätzliche seitliche Abstützung, die durch die Spurstange 60 vorgesehen wird, ermöglicht eine Minimierung der Seitenbewegung zwischen Achsaufbau 20 und Fahrzeugrahmen 22.

Die vorstehende Beschreibung ist beispielhaft und nicht durch die enthaltenen Beschränkungen definiert. Viele Modifizierungen und Änderungen der vorliegen den Erfindung sind im Rahmen der oben angegebenen Lehren möglich. Es sind die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung offenbart worden; jedoch weiß der Durchschnittsfachmann, dass bestimmte Modifizierungen im Rahmen der Erfindung liegen. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche auch in anderer Form als hier speziell beschrieben ausgeführt werden kann. Aus diesem Grund sind die nachfolgenden Ansprüche zur Festlegung des eigentlichen Umfangs und Gehalts der Erfindung heranzuziehen.

Claims

1. Aufhängungssystem für ein Fahrzeug, mit:
einem Torsionselement mit zwei seitlich beabstandeten Längsstreben, die sich allgemein längs eines Fahrzeugrahmens erstrecken, wobei die beiden seitlich be abstandeten Längsstreben durch eine Querstange verbunden sind und die beiden seitlich beabstandeten Längsstreben zur Schwenkbewegung um eine allgemein quer zum Fahrzeug liegende Achse am Fahrzeugrahmen angebracht sind; und
einem Achsaufbau, der starr an den beiden seitlich beabstandeten Längsstreben des Torsionselements angebracht ist.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement im wesentlichen U-förmig ist.

3. Aufhängung nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Paar Konsolen, die an dem Fahrzeugrahmen angebracht sind, wobei in den Konsolen jeweils eine der beiden seitlich beabstandeten Längsstreben des Torsionselements schwenkbar gelagert ist.

4. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole im wesentlichen h-förmig ist.

5. Aufhängung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Dämpfer, der zwi schen der oberen Oberfläche des Torsionselements und dem Fahrzeugrahmen an gebracht ist.

6. Aufhängung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Luftfeder, die zwischen einer oberen Oberfläche des Torsionselements und dem Fahrzeugrah men angebracht ist.

7. Aufhängung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine seitliche Abstützung zwischen dem Achsaufbau und dem Fahrzeugrahmen.

8. Aufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Abstützung eine Spurstange ist.

9. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsauf bau mittels einer Spannvorrichtung starr an jeder seitlich beabstandeten Längs strebe angebracht ist.

10. Aufhängungssystem für ein Fahrzeug, mit:
einem Paar Konsolen, die an einem Fahrzeugrahmen angebracht sind,
einem im wesentlichen U-förmigen Torsionselement, das sich allgemein längs des Fahrzeugrahmens erstreckt und zwei seitlich beabstandete Längsstreben aufweist, wobei die seitlich beabstandeten Längsstreben zur Schwenkbewegung um eine allgemein quer zum Fahrzeug liegende Achse an jeweils einer Konsole angebracht sind, wobei die seitlich beabstandeten Längsstreben eine obere Oberfläche aufweisen, die dem Fahrzeugrahmen zugewandt ist; und
einem Achsaufbau, der starr an der oberen Oberfläche der seitlich beabstande ten Längsstreben angebracht ist.

11. Aufhängung nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Feder, die neben jeder Ecke des im wesentlichen U-förmigen Torsionselements angebracht ist.

12. Aufhängung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Luftfedern sind.

13. Aufhängung nach Anspruch 10, ferner umfassend eine seitliche Abstützung zwischen dem Achsaufbau und dem Fahrzeugrahmen.

14. Aufhängung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Abstützung eine Spurstange ist.

15. Aufhängung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Achs aufbau mittels einer Spannvorrichtung starr an jeder seitlich beabstandeten Längs strebe angebracht ist.

16. Aufhängungssystem für ein Fahrzeug, mit:
einem Paar Konsolen, die an dem Fahrzeugrahmen angebracht sind;
einem im wesentlichen U-förmigen Torsionselement, das sich allgemein längs des Fahrzeugrahmens erstreckt und zwei seitlich beabstandete Längsstreben aufweist, wobei die seitlich beabstandeten Längsstreben zur Schwenkbewegung um eine allgemein quer zum Fahrzeug liegende Achse an jeweils einer Konsole angebracht sind und die seitlich beabstandeten Längsstreben eine obere Oberfläche aufweisen, die dem Fahrzeugrahmen zugewandt ist; und
einem Achsaufbau, der starr an der oberen Oberfläche der seitlich beabstande ten Längsstreben angebracht ist; und
einer Luftfeder, die zwischen der oberen Oberfläche des Torsionselements und dem Fahrzeugrahmen angebracht ist.

17. Aufhängung nach Anspruch 16, ferner umfassend eine seitliche Abstützung zwischen dem Achsaufbau und dem Fahrzeugrahmen.