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Die
Erfindung betrifft eine Starrachsaufhängung, die mit vier Längslenkern,
von denen zwei Lenker Arme eines Stabilisators sind, und mit mindestens
einem Querkraftlenker einen Starrachskörper am Fahrzeugaufbau führt.
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Aus
der
WO 00/51833 ist
eine derartige Starrachsaufhängung
bekannt. Hierbei hat die Starrachsaufhängung zwei separate Längslenker
und zwei zu einem Stabilisator gehörende Längslenker, die alle einen mittleren
Abstand zur Fahrbahnoberfläche
haben, der kleiner ist als der Abstand zwischen der Raddrehachse
und der Fahrbahnoberfläche.
Zudem sind zwei dieser Lenker vor und zwei hinter der Starrachse
angeordnet. Der verwendete Querkraftlenker liegt oberhalb der Raddrehachse.
Bei dieser Konstruktion benötigt
die Starrachse vier Anlenkpunkte am Fahrzeugrahmen. Zudem liegt
ein Teil der achsführenden
Lenker nahezu mittig zwischen der unteren Lenkerebene und dem Fahrzeugrahmen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde,
eine Starrachsenaufhängung
zu entwickeln, die zum einen mit möglichst wenigen fahrzeugaufbauseitigen
Anlenkpunk ten und zum anderen einen möglichst geringen Bauraumbedarf
zwischen den achstragenden Rahmenteilen des Fahrzeugaufbaus benötigt.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei
sind die Längslenker
und der oder die Querkraftlenker an zwei – am Fahrzeugaufbau starr befestigten – Lagerböcken direkt
oder indirekt gelenkig gelagert. Zwei Lenker, der oder die Querkraftlenker
und der mittlere Abschnitt des Starrachskörpers liegen in der Konstruktionslage in
einer Ebene. Die Lagerböcke
weisen – zur
Anbringung am Fahrzeugaufbau – eine
Befestigungszone auf, deren Flächenschwerpunkt
mittig, plus/minus 30% der Länge
eines oberen Lenkers, zwischen den vordersten und hintersten Lenkergelenkmitten
angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Starrachsaufhängung ist
z.B. besonders gut geeignet für
gezogene Vorderachsen von Nutzkraftfahrzeugen, die im Bereich der
Vorderachse ein tief im Fahrzeugrahmen eingebettetes Antriebsaggregat
haben. Die Starrachsaufhängung
hat eine Lenkerebene, die zumindest bereichsweise unterhalb des
Antriebsaggregats angeordnet ist. In dieser Lenkerebene liegen zwei Längslenker
und mindestens ein Querkraftlenker. Dies bedingt u.a. eine direkte
Seitenkraftabstützung.
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Des
Weiteren darf bei dieser Starrachsaufhängung das Hauptteil des Fahrzeugrahmens
schon kurz vor der Vorderachse enden. Die nach vorn auskragenden
Lagerböcke
ermöglichen
trotzdem die für die
erwünschte
Achskinematik erforderliche Lenkerlänge.
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Selbstverständlich kann
die Starrachsaufhängung
auch für
eine Nachlaufachse oder eine andere spezielle Fahrzeugachse – mit vergleichbarem Bauraumbedarf – verwendet
werden.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
den nachfolgenden Beschreibungen schematisch dargestellter Ausführungsformen:
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1:
Dimetrische Darstellung einer Vorderachse mit v-förmigem Querkraftlenker;
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2:
Seitenansicht zu 1;
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3:
halbe Vorderansicht zu 1;
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4:
Ansicht von unten zu 1;
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5:
Dimetrische Darstellung einer Vorderachse mit v-förmigem Querkraftlenker;
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6:
Dimetrische Darstellung einer Vorderachse mit v-förmigem Querkraftlenker;
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7:
halbe Ansicht von unten zu 5;
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8:
halbe Ansicht von unten zu 6.
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Die 1 zeigt
eine Starrachsaufhängung, die
eine Faustachse über
fünf Lenker
(61, 62, 71, 72, 81)
an zwei Lagerböcken
(31, 32) führt.
Die Lagerböcke
(31, 32) sind am nicht dargestellten Leiterrahmen eines
Nutzfahrzeuges befestigt.
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Die
Faustachse hat einen Starrachskörper (10)
mit zwei an den beiden Enden angeformten Fäusten (15, 16).
Der in der Regel geschmiedete Starrachskörper (10) hat über einem
Großteil
seiner Länge
einen I-förmigen
Querschnitt. Zwischen den Fäusten
(15, 16) und unterhalb des Leiterrahmens befinden
sich zwei Konsolen (17, 18) zum Befestigen der
Achsfederung und der Stoßdämpfer. Zumindest die
einzelne Achsfederung sitzt auf einer an der jeweiligen Konsole
(17, 18) befestigten Konsolenadapter.
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Zur
geschleppten Führung
des Starrachskörpers
(10) sind an den beiden vorderen Enden des Leiterrahmens
jeweils ein Lagerbock (31, 32) befestigt. Der
einzelne Lagerbock (31, 32) besteht u.a. aus mehreren
z.B. zusammengeschweißten
ebenen Platten (33, 43, 44, 45)
und einer rohrförmigen
Stütze (51).
Die größte Platte
ist ein nach vorn ragender, innen im Leiterrahmen verschraubter
Kragarm (33), der z.B. sichelförmig nach vorn unten gebogen
ausgeführt
ist, vgl. 2. Am entsprechenden Rahmenteil
ist er über
eine Befestigungszone (35) verschraubt. Am vorderen Ende
des Kragarms (33) befindet sich ein nach unten offener
u-förmig
gestalteter Bügel
(41), dessen seitliche Schenkel (43, 44)
parallel zu einer vertikalen Längsmittenebene
ausgerichtet sind, vgl. 3.
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Im
oberen Bereich des jeweiligen Bügels (41)
sind die vorderen, in Fahrtrichtung (9) vorn liegenden
Enden der obenliegenden Längslenker
(61, 62) gelenkig, z.B. in Elastomergelenken,
gelagert. Im unteren Bereich des jeweils äußeren Schenkels (43) ist
an deren Rückseite
eine Flanschplatte (45) angeschweißt. Letztere ragt vom jeweils äußeren Schenkel
(43) seitlich weg. Die seitlich überstehende Flanschplatte (45)
stützt
sich hierbei über
ein horizontal ausgerichtetes dreieckiges Blech (47) am äußeren Schenkel
(43) ab, vgl. 1 bis 3.
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Die
Flanschplatte (45), sie liegt z.B. in einer vertikalen
Fahrzeugquerebene, dient der Abstützung der Stütze (51).
Dazu ist dort eine untere Keilkonsole (52) befestigt. Das
obere Ende der Stütze
(51) endet an einer oberen Keilkonsole (53). Letztere
ist an einer z.B. rechteckigen Verschraubungsplatte (54)
angeschweißt.
Die Verschraubungsplatte (54) liegt an der Außenseite
des jeweiligen, den Lagerbock (31, 32) tragenden
Rahmenteils an. Im Ausführungsbeispiel nach 2 wird
das Rahmenteil mit vier Schrauben (49) zwischen der Befestigungszone
(35) und der Verschraubungsplatte (54) starr festgeklemmt.
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An
der Flanschplatte (45) des jeweiligen Lagerbocks (31, 32)
befindet sich unterhalb der unteren Keilkonsole (52) ein
Lagerschale (55, 56) zur gelenkigen Lagerung eines
Stabilisators (70) und eines v-förmigen Querkraftlenkers (81).
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Optional
befindet sich bei dieser Ausführungsvariante
an den unteren Enden der u-förmigen Bügel (41)
eine streifenförmige
Versteifungstraverse (57), vgl. 2, 3 und 4.
Die z.B. ebene Unterseite der Versteifungstraverse (57)
liegt in einer Horizontalebene. Die Versteifungstraverse (57) schützt die
Lagerböcke
(31, 32,) vor Verformungen, die durch große Seitenkräfte verursacht
werden.
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In
den Lagerschalen (55, 56) der Lagerböcke (31, 32)
ist der U-Stabilisator (70) gelagert. Letzterer besteht
aus einem Torsionsrohr (77) und zwei daran drehsteif befestigten
Stabilisatorarmen (71, 72). Die Stabilisatorarme
(71, 72) stehen senkrecht vom Torsionsrohr (77)
ab. Das Torsionsrohr (77) ragt jeweils seitlich über die
Stabilisatorarme (71, 72) über. Die überstehenden Enden sind in
den Lagerschalen (55, 56) schwenkbar gelagert
und in Axialrichtung des Torsionsrohres (77) fixiert. Die
Stabilisatorarme (71, 72) sind zwischen den an
den freien Enden liegenden Gelenkstellen als flache, torsions- und
biegeweiche Längslenker
gestaltet. Die Biegeweichheit erstreckt sich nur in Fahrzeugquerrichtung.
Im jeweiligen Gelenkbereich haben die Stabilisatorarme (71, 72)
mindestens eine dreifache Breite gegenüber dem biegeweichen, zwischen
den Gelenkstellen gelegenen Bereich.
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Bei
nahezu konstanter Breite des jeweiligen Stabilisatorarms (71, 72)
verringert sich beispielsweise dessen Profilhöhe linear von vorn nach hinten,
vgl. 2. Die Profilober- und unterkanten schließen hierbei
einen Winkel von ca. 3 Winkelgraden ein. Die mittlere Profilhöhe entspricht
z.B. der 7,6-fachen
Profilbreite.
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Die
hinteren, in Fahrtrichtung (9) hinten liegenden Elastomergelenke
(78) der Stabilisatorarme (71, 72) sind
jeweils an Vorsprüngen
(13) des Starrachskörpers
(10) verschraubt. In der Konstruktionslage liegen die gedachten
Mittellinien der Stabilisatorarme (71, 72) beispielsweise
in einer Horizontalebene, in der auch – zumindest annähernd – die gedachte
Mittellinie des mittleren Bereichs (11) des Starrachskörper (10)
liegt.
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Auf
dem Torsionsrohr (77) ist zwischen den Stabilisatorarmen
(71, 72) der im Wesentlichen v-förmige Querkraftlenker
(81) schwenkbar gelagert. Der Querkraftlenker (81)
besteht z.B. aus drei Gelenkaugen (83, 82, 85),
und zwei gebogenen Rohren (87, 88). Die Rohre
(87, 88) sind an ihren hinteren Enden so umgeformt,
dass sie dort einen kreuzförmigen Querschnitt
aufweisen. In ihrem in Fahrtrichtung vorn gelegenen Bereich sind
sie um ca. 50 Winkelgrade nach innen gebogen, so dass die vorderen
Rohrenden in Fahrrichtung (9) weisend die vorderen Gelenkaugen
(83, 84) treffen. Die hinteren Enden sind an einem
hinteren Gelenkauge (85) angeschweißt. Die Rohre (87, 88)
schließen
dort – im
Ausführungsbeispiel
nach 4 – einen
Winkel von 100 Winkelgraden ein. Im Bereich des hinteren Gelenkauges
(85) sind sie durch ein Dreiecksblech (89) zusätzlich ausgesteift.
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Die
jeweils außenliegenden
Stirnseiten der vorderen Gelenkaugen (83, 84)
liegen mit geringem Spiel, ggf. über
Distanzscheiben, an den jeweiligen torsionsrohrnahen Bereichen der
Stabilisatorarme (71, 72) an. Die Mittellinien
der auf dem Torsionsrohr (77) gelagerten Gelenkaugen (83, 84)
sind zumindest annähernd
deckungsgleich mit der Mittellinie des Torsionsrohres (77).
Durch die Lagerung des Querkraftlenkers (81) auf oder am
U-Stabilisator (70) werden zwei fahrzeugaufbauseitige Gelenke
an den Lagerböcken
(31, 32) eingespart.
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Das
hintere Gelenkauge (85) ist über einen Elastomerkörper an
einer Abstützbrücke (91)
gelenkig gelagert. Die Abstützbrücke (91)
ist mit dem Starrachskörper
(10) verschraubt. Dazu hat der Starrachskörper (10)
im mittleren Bereich (11) an seinem vertikal ausgerichteten
Profilsteg seines I-förmigen Querschnitts
eine Aussteifungsrippe (19), die über fast ein Drittel der Achskörperlänge erstrecht,
vgl. 4. Die Aussteifungsrippe (19) ist so
breit, dass sie über
den dortigen Profilquerschnitt nach vorn – in Fahrtrichtung (9) – übersteht.
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Die
Abstützbrücke (91)
verjüngt
sich zu ihren freien Enden hin. Die geometrische Form der Aussteifungsrippe
(19) und der Abstützbrücke (91)
sind in der dargestellten Form gestaltet, um den Starrachskörper (10),
besonders beim Auftreten von Seitenkräften, so wenig wie möglich zu
verformen.
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Die
Mittellinien aller Gelenke bzw. Gelenkaugen der Stabilisatorarme
(71, 72) und des Querkraftlenkers (81)
liegen – in
der Konstruktionslage – in
einer Ebene, die den in der Achsmitte liegenden Querschnitt des
Starrachskörpers
(10) auf halber Höhe des
I-förmigen Querschnitts
schneidet. Das hintere Gelenkauge (85) des Querkraftlenkers
(81) ist gegenüber
den hinteren Gelenken der Stabilisatorarme (71, 72)
z.B. um wenige Zentimeter nach vorn versetzt.
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Die
oberhalb der Stabilisatorarme (71, 72) gelegenen
Längslenker
(61, 62) enden gelenkig gelagert achskörperseitig
an einem nicht dargestellten Konsolenadapter. Letzterer ist am Starrachskörper (10)
auf den Konsolen (17, 18) fixiert. Die Längslenker
(61, 62) sind gegenüber den Stabilisatorarmen (71, 72)
beispielsweise einige Zentimeter länger und zudem ca. ein Zwanzigstel
ihrer Länge
nach vorn versetzt. Zugleich sind sie gegenüber den Stabilisatorarmen (71, 72)
geringfügig
zur Fahrzeugmitte hin versetzt angeordnet.
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Die
Längslenker
(61, 62) liegen bezügliche ihres Niveaus ca. mittig
zwischen den Rahmenteilen (5) und dem Stabilisator (70).
Wie 3 zeigt, sind sie zudem nahezu direkt unterhalb
der Rahmenteile (5) angeordnet.
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Die
Befestigungszone (35) des Lagerbocks (31, 32), über die
der einzelne Lagerbock (31, 32) am jeweiligen
vorderen Rahmenteil (5) fest angeordnet ist, wird gebildet
durch ein Fünfeck,
das durch das Lochbild aller Schrauben beschrieben wird. In 2 ist
die Befestigungszone (35) gestrichelt umrandet und schraffiert
dargestellt. Sie hat einen Flächenschwer- Punkt (37),
der im mittleren Bereich oberhalb der Lenker (61, 62, 71, 72)
liegt.
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Die
in Fahrtrichtung (9) längste
Lenkerausdehnung ist durch den Maßpfeil (58) dargestellt.
Von dessen halber Länge
weicht im Ausführungsbeispiel der
Flächenschwerpunkt
(37) ca. 16% der Länge
des Maßpfeiles
(58) nach hinten ab.
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Die 5 und 7 zeigen
eine Variante zu 1. Bei dieser Variante werden
zwei Querkraftlenker (81, 82) benutzt. Beide z.B.
aus Rohren gefertigte Querkraftlenker (81, 82)
sind spiegelsymmetrisch zur Fahrzeuglängsachse (8) angeordnet.
Die vordere Lagerung der Querkraftlenker (81, 82)
entspricht der in den 1 bis 4 gezeigten
Lagerung. Für
die hintere Lagerung hat eine geänderte
Abstützbrücke (91) zwei
Aufnahmen (93) für
die Befestigung üblicher Elastomerkörpergelenke.
Die Aufnahmen (93) sitzen an den jeweiligen Enden der Achsbrücke (91).
Die einzelnen Querkraftlenker (81, 82) schließen mit
der Fahrzeuglängsrichtung
(8) z.B. einen Winkel von 24 ± 20 Winkelgraden ein.
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Die 6 und 8 zeigen
eine Variante zu 5. Bei dieser Variante werden
die beiden einzelnen Querkraftlenker (81, 82)
an ihren benachbarten Stabilisatorarmen (71, 72)
gelenkig gelagert. Dazu ist im vorderen, z.B. verbreiterten Bereich
(73) des jeweiligen Stabilisatorarms (71, 72)
ein Gabelblock (75) angeschweißt oder angeformt. An dem einzelnen
Gabelblock (75) ist jeweils ein Elastomerkörpergelenk
befestigt. Auf letzterem sitzt das entsprechende Gelenkauge (83, 84)
des jeweiligen Querkraftlenkers (81, 82). Die
rohrförmigen
Quer kraftlenker (81, 82) schließen mit
der Fahrzeuglängsachse
(8) einen Winkel von 26 ± 20 Winkelgraden ein.
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Durch
diese besondere Anlenkung ist hier zum einen der einzelne Querkraftlenker
(81, 82) kürzer
als in der Variante nach 5. Zum anderen hat der Stabilisator
(70) einen anderen Aufbau. Nach den 6 und 8 sind
die Stabilisatorarme (71, 72) an den Stirnseiten
des Torsionsrohres (77) befestigt. Ferner sitzen die den
Stabilisator (70) lagernden Lagerschalen (55, 56)
auf dem Torsionsrohr (77) zwischen den Stabilisatorarmen
(71, 72).
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Im Übrigen verfügt diese
Variante beispielsweise nicht über
eine Versteifungstraverse (57).
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Bei
einem Betrieb eines Nutzfahrzeuges mit einer derartigen Starrachsaufhängung wird
die Starrachse bei einer Geradeausfahrt im Wesentlichen über die
oberen Längslenker
(61, 62) und die unteren Stabilisatorarme (71, 72)
geführt.
Die beim Beschleunigen, hier federn die Räder der Starrachse parallel ein
und aus, auftretenden Längskräfte werden
an den Lagerböcken
(31, 32) abgestützt bzw. über diese in den Fahrzeugaufbau
eingeleitet. Durch die parallele Lenkerführung wird beim Ein- und Ausfedervorgang eine
Nachlaufänderung
der Achse verhindert.
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Beim
wechselweisen Einfedern, z.B. bedingt durch eine Kurvenfahrt, versucht
die Achse um die hinteren Querkraftlenkergelenke (85, 86)
zu schwenken. Die auftretenden Seitenkräfte werden über die Querkraftlenker (81, 82)
in das Torsionsrohr (77) eingeleitet und von den Lagerböcken (31, 32)
abgefangen. Bei dem ein- oder wechselseitige Einfedern tordieren die
Stabilisatorarme (71, 72) das Torsionsrohr (77),
wodurch ein stabilisierendes Rückstellmoment erzeugt
wird. Der Stabilisator (70) stützt sich über die ihn lagernden Lagerschalen
(55, 56) an den Lagerböcken (31, 32)
und somit am Fahrzeugaufbau ab.
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Ggf.
können
die dargestellten Starrachsaufhängungen
auch um 180 Winkelgrade geschwenkt am Fahrzeugaufbau befestigt werden.
In diesem Fall wird der entsprechende Starrachskörper (10) geschoben.
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- 5
- Rahmenteil
- 8
- Fahrzeuglängsachse
- 9
- Fahrtrichtung
- 10
- Starrachskörper
- 11
- mittlerer
Abschnitt von (10)
- 12
- Oberkante,
Kantenbereiche, oben
- 13
- Vorsprünge
- 15,
16
- Faust,
angeschmiedet
- 17,
18
- Konsolen
- 19
- Aussteifungsrippe
- 31,
32
- Lagerbock
- 33
- Kragarm,
Platte
- 35
- Befestigungszone
- 37
- Flächenschwerpunkt
- 41
- Bügel, Adapterbereich
- 43,
44
- Schenkel,
Platten
- 45
- Flanschplatte
- 47
- Blech,
dreieckig
- 49
- Schrauben
- 51
- Stütze
- 52
- Keilkonsole,
unten; Adapterbereich
- 53
- Keilkonsole,
oben
- 54
- Verschraubungsplatte
- 55,
56
- Lagerschalen,
Schwenkgelenke
- 57
- Versteifungstraverse
- 58
- Maßpfeil
- 59
- Mittenabweichung
- 61,
62
- Längslenker,
oben
- 69
- Mitte
des vorderen Lenkergelenks
- 70
- Stabilisator
- 71,
72
- Stabilisatorarme,
Längslenker
- 73
- Bereich,
vorn, verbreitert
- 75
- Gabelblock
- 77
- Torsionsrohr,
Torsionsstab
- 78
- Elastomergelenke,
hinten
- 79
- Mitte
der hinteren Lenkergelenke
- 81,
82
- Querkraftlenker,
Querkraftstrebe
- 83,
84
- Gelenkaugen,
vorn
- 85,
86
- Gelenkaugen,
hinten
- 87,
88
- Rohre
- 89
- Dreiecksblech
- 91
- Abstützbrücke
- 93
- Aufnahmen
- 95
- Kantenbereiche,
oben