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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Achskörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 100 53 411 B4 ist ein Fahrzeug-Achskörper in Monocoque-Bauweise bekannt. Dieser setzt sich aus einer oberen und einer unteren Schale zusammen, wobei die Längslenker jeweils einstückig in den quer zur Fahrtrichtung sich erstreckenden Achskörper übergehen. Infolge der Gestaltung aus Ober- und Unterschale ergeben sich sehr lange Schweißnähte. Dies ist fertigungstechnisch nachteilig, da bei Fahrzeugachsen der Fertigungsaufwand wie auch die mit Kosten verbundene Fertigungszeit wesentlich von der Länge der herzustellenden Schweißverbindungen abhängt. Neben der reinen Schweißzeit ist auch die Schweißnahtvorbereitung zeitaufwendig und damit teuer.
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In der
DE 100 55 859 A1 ist ein aus zwei Längslenkern und einem durchgehenden Achsrohr zusammengesetzter Fahrzeug-Achskörper beschrieben, wobei die Längslenker jeweils aus geschmiedetem Stahl bestehen und mit einer Öffnung versehen sind, durch die das Achsrohr hindurch geführt ist. In dem Längslenker befinden sich zu dem Achsrohr hin führende weitere Öffnungen, deren Ränder Schweißkanten für die Verbindung mit dem Achsrohr bilden. Zwar zeichnet sich diese Konstruktion durch einen geringen Schweißaufwand aus, jedoch liegt im Verbindungsbereich zwischen Achsrohr und Längslenker eine Materialdoppelung vor, was im Hinblick auf das angestrebte geringe Gewicht derartiger Fahrzeug-Achskörper nachteilig ist.
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Aus der
DE 101 40 856 A1 und in ähnlicher Ausgestaltung aus der
DE 102 31 377 B3 ist ein gattungsgemäßer Fahrzeug-Achskörper bekannt. Dieser ist als Starrachse aus zwei Längslenkern sowie außen an den Längslenkern angeschweißten Radträgern konzipiert. Die Längslenker setzen sich jeweils aus einer Oberschale und einer damit verschweißten Unterschale zusammen. Im Sinne der Konzeption als Starrachse wird unter anderem eine Bauweise vorgeschlagen, bei der die beiden Längslenker so weit nach fahrzeuginnen hin verlängert sind, dass die Ober- und Unterschale des einen Längslenkers unmittelbar an die Ober- bzw. Unterschale des anderen Längslenkers anstößt, und die Schalen in diesem Bereich miteinander verschweißt sind. Alternativ wird eine Bauweise beschrieben, bei der die beiden Längslenker jeweils mit einem stabil dimensionierten Achsrohr verschweißt sind.
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Wegen der Bauweise als Starrachse ist der bekannte Fahrzeug-Achskörper mittels Elastomerkörpern kardanisch schwenkbar in Gelenklagern des Fahrzeugchassis gelagert. Der Fahrzeug-Achskörper selbst kann und soll sich daher nicht verformen, vielmehr wird die im Fahrbetrieb notwendige Nachgiebigkeit in den Bereich der Elastomerkörper verlagert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fertigungstechnisch günstig herstellbaren Fahrzeug-Achskörper zu schaffen, der bei dynamischer Belastung im Fahrbetrieb ein günstiges Verformungsverhalten zeigt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Fahrzeug-Achskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser ist gekennzeichnet durch einen einstückig an der dem Querrohr abgewandten Seite des Längslenkers an dem Längslenker angeformten Bremsträger für die Befestigung einer Fahrzeugbremse.
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Infolge dieser gusstechnischen Verbindung werden Relativbewegungen zwischen dem Bremsträger und damit der Fahrzeugbremse und den Bauteilen der Fahrzeugachse weitestgehend eliminiert, selbst bei sehr hohen Bremsmomenten.
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Mit dem Ziel eines möglichst geringen Gewichtes des Fahrzeug-Achskörpers wird vorgeschlagen, dass sich der einstückig an dem Längslenker angeformte Bremsträger aus zwei räumlich voneinander getrennten, innerhalb derselben Ebene angeordneten Trägerteilen zusammensetzt.
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Mit dem Ziel einer Reduzierung des Gesamtgewichtes bestehend aus dem Fahrzeug-Achskörper und den daran befestigten Scheibenbremsen wird eine Ausgestaltung des Fahrzeug-Achskörpers vorgeschlagen, bei welcher der Bremsträger zur Befestigung einer Fahrzeugscheibenbremse aufweist:
- Aufnahmeelemente für die Befestigung des Bremssattels der Scheibenbremse;
- einen Belagschacht zur Aufnahme eines gegen eine Bremsscheibe der Scheibenbremse anliegenden Bremspads mit an dem Belagschacht angeordneten Führungsflächen zur radialen und tangentialen Führung des Bremspads.
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Zur Gewichtsreduzierung kann es von Vorteil sein, wenn der Bremsträger auf mindestens einer seiner beiden Seiten mit gewichtsreduzierenden Ausnehmungen versehen ist.
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Vorzugsweise ist das Querrohr auf zumindest einem Längsabschnitt mit einem eine Torsion ermöglichenden Querschnitt versehen. Zur Verbesserung der Torsionsfähigkeit des Querrohres kann dieses auf zumindest auf einem Längsabschnitt einen Querschnitt mit nach innen gewölbten Umfangsbereichen aufweisen. Hierdurch verbessert sich das Verformungsverhalten des Fahrzeug-Achskörpers bei dynamischer Belastung im Fahrbetrieb. Mit derselben Zielsetzung wird ferner vorgeschlagen, dass sich die nach innen gewölbten Umfangsbereiche auf der Vorder- und der Rückseite des Querrohres befinden.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Enden des Querrohres rund sind. Dies vereinfacht die Verschweißung mit dem jeweiligen Längslenker.
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Mit dem Ziel einer verbesserten Fahrdynamik im praktischen Einsatz des Fahrzeug-Achskörpers wird ferner vorgeschlagen, dass die Mittelachse des Querrohres, in Fahrtrichtung betrachtet, vor der gedachten Verbindungsachse der Radträger liegt.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass jeder Längslenker ein einstückiges Gussteil, vorzugsweise aus Sphäroguss, ist. Des weiteren wird vorgeschlagen, dass der Längslenker ein mindestens zwei Öffnungen aufweisender Hohlkörper ist, und eine der Öffnungen von einem Anschlussrand umgeben ist, mit dem das jeweilige Ende des Querrohres verschweißt ist. Wegen der unterschiedlichen Werkstoffe des Querrohres einerseits und des aus Stahlguss bestehenden Längslenkers andererseits kann es von Vorteil sein, wenn zwischen Längslenker und Querrohr ein Schweißzusatzquerstoff in Ringform angeordnet ist.
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Eine weitere Ausgestaltung des Fahrzeug-Achskörpers ist gekennzeichnet durch eine einstückig an dem Längslenker angeformte Buchse zur Aufnahme des Drehgelenks für die Anlenkung des Längslenkers am Fahrzeugchassis. In die Buchse kann ein die Drehgelenkachse umschließendes Elastomerelement eingesetzt sein, welches quer und senkrecht zur Haupterstreckung des Längslenkers verformbar ist. Die sich im Fahrbetrieb einstellende Verformung des Fahrzeugfahrwerks resultiert auf diese Weise nicht nur aus der Verformung des torsionsweich gestalteten Querträgers, sondern ebenfalls aus der Verformung der Elastomerelemente. Vorzugsweise setzt sich die Verformung im Fahrbetrieb je zur Hälfte aus der Verformung der Elastomerelemente und der Verformung des Querträgers zusammen, wenngleich das Elastomerelement entsprechend kleiner dimensioniert werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch eine einstückig an dem Längslenker angeformte Konsole, deren Oberseite mit einer ebenen Fläche als Auflage für ein Federelement, vorzugsweise eine Luftfeder, versehen ist.
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Eine weitere Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch ein einstückig an dem Längslenker angeformtes Befestigungsauge für das eine Ende eines Stoßdämpfers.
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Eine weitere Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch eine einstückig an der Unterseite des Längslenkers angeformte Kurvenkontur für einen Achslift.
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Eine weitere Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch eine einstückig an dem Längslenker angeformte Halterung für einen ABS-Sensor.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht eine Fahrzeugachse vom Liftachstyp unterhalb eines Fahrzeugchassis;
- 2 eine perspektivisch angelegte Explosionsdarstellung des hier getrennten Verbundes aus Längslenker, Achsschenkel und Querrohr;
- 3 den Längslenker nach 2 in einer perspektivischen Darstellung aus anderer Perspektive;
- 4 den Längslenker nach 2 in einer perspektivischen Darstellung aus wiederum anderer Perspektive und
- 5 den Längslenker nach 2 in einer perspektivischen Darstellung aus wiederum anderer Perspektive.
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1 zeigt eine ausschnittsweise Seitenansicht auf das Chassis eines Schwerlast-Anhängerfahrzeuges wie z.B. eines Lkw-Anhängers oder -aufliegers mit einem Fahrwerk. Starr unter den Längsträgern 1 des Fahrzeugchassis sind Stützen 2 befestigt, schwenkbar an den Stützen 2 ist auf der Schwenkachse 4 der Fahrzeug-Achskörper 3 des Fahrwerks gelagert. Mit seinem hinteren Ende stützt sich der Fahrzeug-Achskörper 3 federnd gegenüber dem Längsträger 1 des Fahrzeugchassis ab. Die hierzu verwendeten Luftfedern 5 sind auf nach hinten ragenden Konsolen 6 des Achskörpers 3 befestigt. In 1 ferner eingezeichnet ist die Achsmittellinie A des Achskörpers, um welche die frei drehbar auf den Enden des Achskörpers 3 gelagerten Fahrzeugräder 7 drehen.
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Bei der dargestellten Fahrzeugachse handelt es sich um eine sogenannte Liftachse, die bei Bedarf über eine Hebevorrichtung
10 anhebbar ist, so dass die in
1 strichliniert angedeuteten Fahrzeugräder
7 den Kontakt zur Fahrbahn verlieren. Die Hebevorrichtung
10 ist unterhalb der Stütze
2 befestigt. Sie setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem Druckmittelzylinder
11, aus dem eine Kolbenstange
12, geführt in einer Gleitbuchse
14, ein- bzw. ausfahrbar ist. Am Ende der Kolbenstange
12 sitzt eine frei drehbare Rolle
13, die an einer in Gestalt einer Evolvente geformten Kurvenkontur
20 des Achskörpers
3 abrollen kann. Beim Ausfahren der Kolbenstange
12 rollt die Rolle
13 weitgehend querkraftfrei entlang der insoweit speziell geformten Abrollfläche
20, wodurch der Achskörper
3 mit den Fahrzeugrädern
7 um die Schwenkachse
4 herum nach oben verschwenkt werden. Bei Bedarf, vor allem bei voll beladenem Fahrzeuganhänger, wird der Druckmittelzylinder
11 entspannt, die Kolbenstange
12 zieht sich zurück, bis sich die Rolle
13 ganz von der Abrollfläche
20 gelöst hat. Dieses vollständige Lösen hat zur Folge, dass im normalen Fahrbetrieb die Kolbenstange
12 nicht die dynamischen Bewegungen des Achskörpers
3 mitmachen muss. Einzelheiten zu der Funktionsweise einer ähnlichen Anhebevorrichtung sind auch in der
EP 0 961 726 B1 beschrieben.
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Die 2 zeigt den Fahrzeug-Achskörper 3 in seinen Einzelteilen, wobei diese Einzelteile nach Art einer Explosionsdarstellung voneinander getrennt dargestellt sind, um ihre jeweilige Zuordnung vor dem Verschweißen zu einem Gesamt-Achskörper zu verdeutlichen. Auch zeigt 2 nur etwa die Hälfte des Achskörpers 3, dessen andere Hälfte entsprechend symmetrisch zur Fahrzeug-Mittelachse gestaltet ist.
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Im wesentlichen besteht der Achskörper 3 aus beidseits der Fahrzeugmittellinie angeordneten Längslenkern 21, einem die beiden Längslenker 21 miteinander verbindenden Querrohr 22, sowie fahrzeugaußen an den Längslenkern 21 angeordneten Radträgern 23.
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Jeder Radträger 23 nimmt die Lagerung des jeweiligen Fahrzeugrades auf. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Radträger 23 ein als Schmiede- oder Drehteil gefertigter Achsschenkel 23a, welcher von außen her gegen einen entsprechenden Sitz des Längslenkers 21 geschweißt ist.
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Von innen her ist an den jeweiligen Längslenker 21 das sich zwischen den Längslenkern erstreckende Querrohr 22 angeschweißt. Der Längslenker 21 besteht aus Sphäroguss, was für seine Verschweißbarkeit grundsätzlich problematisch ist. Daher wird beim Verschweißen des Querrohres 22 mit den Längslenkern 21 mit einer Schweißbadstütze 24 sowie einem ringförmig gestalteten Legierungszusatz 25 gearbeitet. An seinem äußeren, der Verschweißung mit dem Längslenker 21 dienendem Ende 26 ist das Querrohr 22 als Rundrohr gestaltet, entsprechend ist auch der Längslenker 21 dort mit einem runden Anschlussrand 27 versehen, der eine Öffnung 28 des Längslenkers 21 umgibt. Vorzugsweise wird dort ein Laserschweißverfahren angewendet.
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Der Längslenker 21 ist ein aus einem einzigen Stück Sphäroguss gegossener Hohlkörper mit mehreren Öffnungen. Zu diesen Öffnungen gehören die von dem Anschlussrand 27 umgebene, runde Öffnung 28 zu dem Querrohr 22 hin, sowie eine ähnlich große, runde Öffnung auf der anderen Seite, d.h. zu dem Achsschenkel 23a hin. Der Gießprozess für den Längslenker 21 wird so gesteuert, dass sich überall im Längslenker optimale Wanddicken des Gussmaterials im Hinblick auf die im Fahrzustand eintretenden Belastungen des sich nahezu starr verhaltenden Längslenkers einstellen.
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Der Starrheit des einstückig gegossenen Längslenkers 21 steht eine gewisse Flexibilität des Querrohres 22 gegenüber. Zu diesem Zweck ist das Querrohr 22 auf einem Längsabschnitt L seiner Gesamtlänge mit einem eine Torsion um die Mittelachse 33 ermöglichenden Querschnitt versehen. 2 lässt erkennen, dass das Querrohr auf dem Längsabschnitt L einen torsionsnachgiebigen Querschnitt mit nach innen gewölbten Umfangsbereichen 30a, 30b aufweist. Die Umfangsbereiche 30a, 30b befinden sich auf der Vorderseite und der Rückseite des Querrohres 22, weshalb das Querrohr 22 zur Erzielung des gewünschten Torsionsverhaltens eine einem liegenden „H“ angenäherte Querschnittgestalt aufweist.
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In Fahrtrichtung F betrachtet ist an dem vorderen Ende jedes Längslenkers 21 einstückig eine Buchse 31 angeformt, die der Aufnahme des Drehgelenks 4 für die Anlenkung des Längslenkers am Fahrzeugchassis dient. Der Durchmesser der Buchse 31 ist so bemessen, dass diese auch ein die Drehgelenkachse 4 umschließendes Elastomerelement (32 in 1) aufnimmt. Das Elastomerelement 32 ist, wenn in die Buchse 31 eingesetzt, in erster Linie in der in 2 eingezeichneten Richtung R verformbar, d.h. quer und senkrecht zur Haupterstreckung des Längslenkers 21. Das Elastomerelement 32 nimmt einen Teil der sich im Fahrbetrieb einstellenden Verformung des Fahrzeugfahrwerks auf. Der andere Teil der Verformungsenergie wird durch eine entsprechende Torsion des Querrohres 22 aufgenommen. Zur Verformbarkeit des Achskörpers 3 im Fahrbetrieb trägt ferner bei, dass sich die Mittelachse 33 des Querrohres 22, in Fahrtrichtung F betrachtet, vor der - gedachten - Verbindungsachse A der Radträger 23 befindet.
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In fertigungstechnisch günstiger Bauweise wird in ein- und demselben Sphärogussverfahren nicht nur der Längslenker selbst hergestellt, sondern auch weitere Bestandteile des Achskörpers bzw. des Fahrwerks. Gießtechnisch an dem Längslenker 21 einstückig angeformt sind die Abrollfläche 20 für den Achslift, die Buchse 31, der Anschlussrand 27 für die Verbindung mit dem Querrohr, die Konsole 6 zur Aufnahme der Luftfeder, ein Befestigungsauge 36 für das eine Ende eines Stoßdämpfers, eine Halterung 37 für einen ABS-Sensor, sowie ein im Folgenden noch näher erläuterter Bremsträger 40 für eine Scheibenbremse.
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Den Aufbau dieses Bremsträgers lassen am besten die 3 und 5 erkennen, in denen, ebenso wie in der 4, ausschließlich der aus Sphäroguss hergestellte Längslenker 21 ohne die übrigen Teile des Achskörpers 3 dargestellt ist. Der Bremsträger 40 wird hier am Beispiel der Befestigung einer Scheibenbremse erläutert. Ebenso ist aber auch ein Bremsträger für z.B. eine Trommelbremse gußtechnisch anformbar.
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Der Bremsträger 40 bildet gemeinsam mit einem auf den Zeichnungen nicht dargestellten Bremssattel sowie einer ebenfalls nicht dargestellten Bremsscheibe die Scheibenbremse. Zwar kann der Bremsträger aus einem Teil gebildet sein, jedoch wird die dargestellte Ausführungsform bevorzugt, bei der sich der Bremsträger 40 aus zwei räumlich getrennten, aber in derselben Ebene quer zur Achsrichtung A angeordneten Bremsträgerteilen 40a, 40b zusammensetzt. Zur Gewichtseinsparung ist der Bremsträger 40 bzw. sind seine beiden Trägerteile 40a, 40b mit Ausnehmungen 46 auf einer oder auf beiden Flachseiten versehen.
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An dem Bremsträger 40 ist ein Belagschacht für einen Bremsbelag der Scheibenbremse ausgebildet. Der Belagschacht 50 ist, wie insbesondere 5 erkennen lässt, von rechteckigem Querschnitt und ist nach Art eines Mauls nach außen hin offen, so dass sich ein Bremspad von außen her in diesen Schacht 50 einsetzen lässt. Um den Bremspad beim Bremsen in dem Belagschacht 50 abzustützen und in Achsrichtung beweglich zu führen, befinden sich an den Innenflächen des Belagschachts 50 entsprechende Führungsflächen. Diese können unmittelbar an dem Bremsträger 40 bzw. seinen beiden Trägerteilen 40a, 40b angeformt sein, oder aber die Führungsflächen befinden sich an separaten, austauschbaren Einsätzen oder an Verschleißflächen, die ihrerseits zunächst in oder an dem Belagschacht 50 fixiert werden.
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Die Führungsflächen setzen sich aus radialen und tangentialen Führungsflächen für den Bremspad zusammen. Die zwei radialen Führungsflächen 51 verlaufen parallel zueinander, wohingegen sich tangentiale Führungsflächen 52 rechtwinklig zu den radialen Führungsflächen 51 erstrecken. In diesem Zusammenhang ist der Begriff der „radialen“ Führungsfläche nicht streng geometrisch zu verstehen. Gemeint sind vielmehr jene Führungsflächen 51, an denen sich der Bremspad beim Bremsvorgang in Umfangsrichtung abstützt, und an denen daher in erster Linie die Bremskräfte auftreten. Entsprechend ist die beim Ausführungsbeispiel zweigeteilte tangentiale Führungsfläche 52 jene Fläche, an der der Bremspad mit seinem Innenrand anliegt.
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An den zu beiden Seiten des Belagschachts 50 angeordneten Orten 54 und 55 befinden sich Aufnahmeelemente für die Befestigung und ggf. Führung des die Bremsscheibe der Scheibenbremse übergreifenden Bremssattels. Die Befestigung des Bremssattels erfolgt nicht starr sondern gleitbeweglich, da die verwendete Scheibenbremse eine Gleit- oder Schwimmsattelscheibenbremse ist. Der parallel zu dem Achskörper schwimmend an dem Bremsträger 40 gelagerte Bremssattel kann mit einer hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigungseinrichtung zur Zustellung der Bremspads gegen die zwischen den Bremspads angeordnete Bremsscheibe versehen sein. Der eine Bremspad ist, wie beschrieben, in dem Belagschacht 50 aufgenommen und darin geführt. Der andere oder auch etwaige weitere Bremspads sind hingegen in einem Belagschacht des Bremssattels aufgenommen und darin geführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträger (Fahrzeugchassis)
- 2
- Stütze
- 3
- Fahrzeug-Achskörper
- 4
- Schwenkachse
- 5
- Luftfeder
- 6
- Konsole
- 6a
- Fläche
- 7
- Fahrzeugrad
- 10
- Hebevorrichtung
- 11
- Druckmittelzylinder
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Rolle
- 14
- Gleitbuchse
- 20
- Abrollfläche
- 21
- Längslenker
- 22
- Querrohr
- 23
- Radträger
- 23a
- Achsschenkel
- 24
- Schweißbadstütze
- 25
- Legierungszusatz
- 26
- Ende des Querrohrs
- 27
- Anschlussrand
- 28
- Öffnung
- 30a
- Umfangsbereich
- 30b
- Umfangsbereich
- 31
- Buchse
- 32
- Elastomerelement
- 33
- Mittelachse des Querrohres
- 36
- Befestigungsauge
- 37
- Halterung
- 40
- Bremsträger
- 40a
- Trägerteil
- 40b
- Trägerteil
- 46
- Ausnehmung
- 50
- Belagschacht
- 51
- radiale Führungsfläche
- 52
- tangentiale Führungsfläche
- 54
- Ort
- 55
- Ort
- A
- Achse
- F
- Fahrtrichtung
- L
- Längsabschnitt
- R
- Richtung
