DE102010037371A1

DE102010037371A1 - Achsrohr für ein Achsaggregat eines Nutzfahrzeugs und Achsaggregat für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102010037371A1
Application number: DE102010037371A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Jürgen (FH) Lamann; Prof. Dr.-Ing. Ebert Jörg
Original assignee: Schmitz Cargobull AG
Current assignee: Schmitz Cargobull AG
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-08
Also published as: WO2012031956A1; DE202010017892U1

Abstract

Die Erfindung stellt ein Achsrohr für ein Achsaggregat 14 eines Nutzfahrzeugs zur Verfügung, wobei das Achsrohr 1 einstückig aus einem zylindrischen Hohlprofil geformt ist und zwei zum Lagern jeweils eines Längslenkers 11, 12 bestimmte Lenkerrohrabschnitte 3, 7, von denen jeweils einer einem Ende 2, 8 des Achsrohrs 1 zugeordnet ist, sowie einen zwischen den Lenkerrohrabschnitten 3, 7 angeordneten Federabschnitt 5 aufweist, in dem das Achsrohr 1 eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform besitzt, um ein federnd elastisches Tordieren des Achsrohrs 1 zu ermöglichen. Bei einem solchen Achsrohr 1 lassen sich bei einer hohen Belastbarkeit und maximaler Lebenserwartung optimale Federeigenschaften erzielen, indem erfindungsgemäß der Federabschnitt 5 ausgehend von seinen den Lenkerrohrabschnitten 3, 7 zugeordneten Enden bis zur Mitte M seiner Länge LB stetig zunehmend verformt ist, so dass ein in Bezug auf die Länge LA des Achsrohrs 1 mittig ausgerichteter Mittenbereich 23 mit maximaler Verformung gebildet ist, dessen Länge LM kleiner ist als die Länge LB–LM der Bereiche, über die sich die stetig zunehmende Verformung des Federabschnitts 5 erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Achsrohr für ein Achsaggregat eines Nutzfahrzeugs und ein mit einem solchen Achsrohr ausgestattetes Achsaggregat. Das Achsrohr ist dabei einstückig aus einem zylindrischen Hohlprofil geformt und weist zwei zum Lagern jeweils eines Längslenkers bestimmte Lenkerrohrabschnitte auf, von denen jeweils einer einem Ende des Achsrohrs zugeordnet ist. Darüber hinaus ist an dem Achsrohr zwischen den Lenkerrohrabschnitten ein nach Art einer Torsionsfeder wirkender Federabschnitt ausgebildet, in dem das Achsrohr eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform besitzt, um ein federnd elastisches Tordieren des Achsrohrs zu ermöglichen. Der betreffende Federabschnitt wird hier als ”Federabschnitt” oder in deutscher Schreibweise ”Bösettabschnitt” bezeichnet, um ihn eindeutig und zweifelsfrei identifizieren zu können.
Achsrohre der voranstehend angegebenen Art und auf solchen Rohren basierende Achsaggregate sind beispielsweise aus der DE 10 2006 015 671 A1 oder der WO 2009/053491 A1 bekannt. Die dort beschriebenen, in der Praxis auch als ”Starrachsen” bezeichneten Achskonstruktionen umfassen üblicherweise Längslenker, die mit ihrem einen Ende über ein geeignetes Gelenk schwenkbar mit dem Fahrzeugrahmen verkoppelt und auf der anderen Seite über eine Feder-/Dämpfer-Kombination an dem Fahrzeug abgestützt sind. Auf diese Weise ist eine einfache federnde Lagerung einer Achse ermöglicht, die den beispielsweise bei Anhängern oder Aufliegern von Lastkraftwagen gestellten Anforderungen gerecht wird.
Verbessert werden kann das Fahrverhalten von solchen Achsaggregaten dadurch, dass die Achse zumindest abschnittsweise torsionsweich ausgelegt wird, so dass die Bewegungen der die Achse tragenden Längslenker stärker voneinander entkoppelt sind. Das aus der WO 2009/053491 A1 bekannte Achsaggregat umfasst zu diesem Zweck ein Achsrohr, das aus einem ursprünglich zylindrischen, aus Stahl bestehenden Rohrprofil mit einer Wandstärke von 8 mm hergestellt ist. Das Achsrohr weist dabei einen mittig zwischen ihren Endabschnitten angeordneten Torsionsfederabschnitt auf, dessen Länge etwa die Hälfte der Gesamtlänge des Achsrohrs einnimmt. Zur Herstellung des Torsionsfederabschnitts ist das ursprüngliche Rohrprofil in einer Presse zunächst so umgeformt worden, dass es im Bereich des Torsionsfederabschnitts einen rechtwinkligen, annähernd quadratischen Querschnitt aufwies, während die Endabschnitte unverändert zylindrisch geblieben sind. Anschließend ist in zwei gegenüberliegenden Längswänden des Torsionsabschnitts jeweils eine Nut eingedrückt worden. Die Tiefe der Nuten ist dabei jeweils so gewählt worden, dass die den Grund der Nuten bildenden Blechabschnitte eng benachbart zueinander achsparallel zur Längsachse des Torsionsabschnitts verlaufen.
Das aus der DE 10 2006 015 671 A1 bekannte Achsrohr ist zwar aus mehreren miteinander verschweißten Teilen zusammengesetzt, ist aber grundsätzlich in vergleichbarer Weise geformt. Auch dort besitzt das Achsrohr einen Längsabschnitt, der auf nicht näher erläuterte Weise so geformt ist, dass er einen torsionsnachgiebigen Querschnitt mit einem nach innen gewölbten Umfangsbereich besitzt. Dieser Längenabschnitt geht an seinen Enden über einen jeweils vergleichbar kurzen Endabschnitt in einen kreisrunden Querschnitt über und ist dort mit jeweils einem Lenkerrohrabschnitt verschweißt.
Praktische Versuche haben ergeben, dass die in der voranstehend beschriebenen Weise geformten Achsrohre zwar grundsätzlich in ihrem tordierbaren Abschnitt ein niedrigeres Torsionswiderstandsmoment als im Bereich seiner Lenkerrohrabschnitte besitzen und so nach Art einer Drehstabfeder zwischen den Längslenkern wirken können. Jedoch entstehen in Folge der beim Stand der Technik vorgesehenen Formgebung der Achsrohre bei Torsion unvermeidbar Wölbungskräfte. Diese können im praktischen Einsatz eine Größenordnung erreichen, durch die die Lebensdauer des Achsrohrs beeinträchtigt werden kann.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Achsrohr und ein entsprechend ausgestattetes Achsaggregat anzugeben, das bei einer hohen Belastbarkeit und maximaler Lebenserwartung optimale Federeigenschaften bietet.
In Bezug auf das Achsrohr ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass ein solches Achsrohr die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt.
In Bezug auf das Achsaggregat besteht die erfindungsgemäße Lösung der oben genannten Aufgabe in entsprechender Weise darin, dass ein solches Achsaggregat gemäß Anspruch 15 ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
Ein erfindungsgemäßes Achsrohr für ein Achsaggregat eines Nutzfahrzeugs ist einstückig aus einem zylindrischen Hohlprofil geformt und weist, wie der eingangs erläuterte Stand der Technik, zwei zum Lagern jeweils eines Längslenkers bestimmte Lenkerrohrabschnitte auf, von denen jeweils einer einem Ende des Achsrohrs zugeordnet ist. Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Achsrohr auch einen zwischen den Lenkerrohrabschnitten angeordneten Federabschnitt, in dem das Achsrohr eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist, um ein federnd elastisches Tordieren des Achsrohrs zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist nun der Federabschnitt ausgehend von seinen den Lenkerrohrabschnitten zugeordneten Enden bis zur Mitte seiner Länge stetig zunehmend verformt, so dass ein in Bezug auf die Länge des Achsrohrs mittig ausgerichteter Mittenbereich mit maximaler Verformung gebildet ist, dessen Länge kleiner ist als die Länge der Bereiche, über die sich die stetig zunehmende Verformung des Federabschnitts erstreckt.
Anders als beim Stand der Technik weist bei einem erfindungsgemäßen Achsrohr der nach Art einer Drehstabfeder wirkende Federabschnitt über den größten Teil seiner Länge einen sich stetig ändernden Querschnitt auf. Der Bereich maximaler Verformung, über dessen Länge ein konstanter Querschnitt vorhanden ist, ist dementsprechend auf einen kleinen Bruchteil der Länge des Federabschnitts beschränkt und deutlich kleiner als die Länge, über die sich der Querschnitt in Richtung des Bereichs maximaler Verformung stetig ändert. Auf diese Weise wird ein weicher Übergang von den unverformten Abschnitten zum maximal verformten Bereich des Achsrohrs erreicht.
An den Rohrenden ist die Geometrie des erfindungsgemäßen Achsrohrs somit nach wie vor rund, während in der Mitte des Rohrs, die bei an dem jeweiligen Nutzfahrzeug montierter Achse der Mitte der quer zur Fahrrichtung gemessenen Fahrzeugbreite entspricht, ein erfindungsgemäßes Rohr eine Form hat, die unter Berücksichtigung der jeweiligen Materialeigenschaften und Abmessungen des Achsrohrs eine maximale Tordierbarkeit ermöglicht.
Die auch nach der erfindungsgemäßen Formgebung vorhandene im Querschnitt kreisrunde Form der unverformten Lenkerrohrabschnitte erlaubt es, die Längslenker beispielsweise in der in der WO 2009/053491 A1 beschriebenen Art und Weise an dem Achsrohr problemlos zu montieren.
Wesentlich ist dabei, dass der Übergang vom runden Rohrbereich an den Enden des Rohres bis zum maximal verformten Bereich in der Mitte des Rohres stetig verläuft. Auf diese Weise sind harte Sprünge beim Torsionsverhalten und der sich in Folge einer Torsion einstellenden Belastungen vermieden. Dabei folgt aus dem sich ausgehend von den Enden des Federabschnitts stetig ändernden Querschnitt ein sich ebenfalls in Richtung der Längenmitte stetig änderndes Widerstandsmoment. Das Widerstandsmoment des Achsrohres ist folglich über die Länge des Rohres nicht konstant.
Die erfindungsgemäße Formgebung führt so zu einem spannungs- und verformungsoptimierten Querschnitt. Wölbkrafteffekt und maximale Verformung bei Achstorsion sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass bei erfindungsgemäßer Formgebung eines Achsrohrs neben einer bestmöglichen Federwirkung eine maximale Lebensdauer gewährleistet ist. So ergibt sich bei erfindungsgemäßer Formgebung des Achsrohrs eine in Richtung des maximal verformten Bereichs kontinuierlich abnehmende Wölbkraft. Auf lokale Verstärkungsmaßnahmen kann deshalb verzichtet werden, so dass ein erfindungsgemäßes Achsrohr sich nicht nur aus einem Stück erzeugen lässt, sondern auch auf besonders einfache Weise hergestellt werden kann.
Optimale Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Achsrohrs ergeben sich dann, wenn das Verhältnis LB/LM der Länge LB des Federabschnitts zur Länge LM seines maximal verformten Mittenbereichs 40–90, insbesondere 42–87, beträgt. Die besonders guten Eigenschaften erfindungsgemäßer Achsrohre lassen sich dabei insbesondere dann betriebssicher gewährleisten, wenn das Verhältnis LB/LM im Bereich von 50–75, insbesondere 55–65, speziell 55–60, liegt.
Praktische und theoretische Überprüfungen haben ergeben, dass es zu einer praxisgerechten Kombination aus gutem Federverhalten und langer Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Achsrohrs zusätzlich beitragen kann, wenn für das Verhältnis LB/LA der Länge LB des Federabschnitts zur Länge LA des Achsrohrs gilt: 0,44 < LB/LA < 0,6
Bei heute gebräuchlichen Fahrzeugabmessungen lassen sich weiter optimierte Eigenschaften des erfindungsgemäßen Achsrohrs auch dadurch erzielen, dass das Verhältnis der Summe der Längen der unverformten Abschnitte des Achsrohrs zur Länge LB 0,83–0,96 beträgt.
Typischerweise wird zwischen dem Federabschnitt und jedem der Lenkerrohrabschnitte jeweils ein unverformter Übergangsabschnitt vorhanden sein, dessen Länge LU kleiner als die jeweilige Länge LR der Lenkerrohrabschnitte und kleiner als die Länge LB des Federabschnitts ist. Mit Hilfe der Übergangsabschnitte kann die Länge des Achsrohrs einerseits an die gegebenen geometrischen Bedingungen des jeweiligen Fahrzeugs angepasst und andererseits so eingerichtet werden, dass das Federverhalten des mit einem solchen Achsrohr ausgestatteten Achsaggregats den praktischen Anforderungen gerecht wird.
Im Hinblick auf die Lebensdauer und das Federverhalten besonders günstige. Bedingungen ergeben sich dann, wenn die Querschnittsform eines erfindungsgemäßen Achsrohrs über die Achsrohrlänge LA symmetrisch ausgebildet ist.
Letzteres lässt sich beispielsweise dadurch gewährleisten, wenn die Verformung des Federabschnitts durch auf gegenüberliegenden Seiten in den Federabschnitt eingeformte Einwölbungen und zwischen diesen Einwölbungen vorhandene Auswölbungen gebildet ist. Die Auswölbungen können dabei dadurch geformt werden, dass bei der Formgebung des Achsrohrs die Einwölbungen in den Bösettabschnitt eingeprägt werden und zugelassen wird, dass sich das außerhalb der Einwölbungen vorhandene Material selbsttätig nach außen wölbt.
Zur Vermeidung von Kerbwirkungen und lokal begrenzten Belastungsspitzen hat es sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Formgebung des erfindungsgemäßen Achsrohrs derart gewählt wird, dass die Einwölbungen und die Auswölbungen sprungfrei ineinander übergehen.
Unter Berücksichtigung der heute üblichen Abmessungen von für Nutzfahrzeug-Achsaggregate eingesetzten Achsrohren ergibt sich dabei eine besonders praxisgerechte Formgebung, wenn die im Rohrquerschnitt gemessene maximale Tiefe, um die die Einwölbungen gegenüber den unverformten Lenkerrohr eingewölbt sind, jeweils bis zu 35 mm, insbesondere maximal 25 mm, beträgt. So haben sich Eindrucktiefen, die 20–35 mm, insbesondere 23–30 mm, betragen, bei der praktischen Erprobung bewährt.
Die Gebrauchseigenschaften eines erfindungsgemäßen Achsrohrs lassen sich dadurch weiter verbessern, dass im Bereich des maximal verformten Mittenbereichs des Federabschnitts des Achsrohrs das Verhältnis Am/Ag des geringsten Abstands Am der Außenflächen des Achsrohrs zum größten Abstand Ag der Außenflächen des Achsrohrs 1,55–1,67 beträgt.
Um die gewünschte sprungfreie Form des Querschnitts zu gewährleisten, kann dabei das Verhältnis der Radien in der Taille der bei einem erfindungsgemäß gestalteten Achsrohr im Rohrquerschnitt des maximal verformten Bereichs vorhanden Einschnürung so eingestellt werden, dass es im Bereich von 0,9–0,95 liegt.
Erfindungsgemäße Achsrohre eignen sich besonders für die Herstellung von Achsaggregaten, die für Nutzfahrzeuge mit hohen Achslasten bestimmt sind. Die für solche Achsen vorgesehenen Wandstärken erfindungsgemäßer Rohre liegen typischerweise im Bereich von 7–12 mm.
Als hinsichtlich der Einfachheit seiner Herstellbarkeit besonders vorteilhaft erweist es sich, dass auch bei einem erfindungsgemäßen Achsrohr der Federabschnitt seine Form durch eine Kaltumformung erhalten kann.
Die für den Federabschnitt eines erfindungsgemäßen Achsrohrs vorzusehende Länge LB kann in Abhängigkeit vom auch als ”Federmitte” bezeichneten Abstand LF der Positionen, die den an den Lenkerrohrabschnitten zu montierenden Längslenkern zugewiesen sind, vom Abstand LI_1 zwischen der Position, die dem jeweiligen Längslenker auf dem ersten Lenkerrohrabschnitt zugewiesen ist, und dem diesem ersten Lenkerrohrabschnitt zugeordneten Ende des Federabschnitts sowie vom Abstand LI_2 zwischen der Position, die dem jeweiligen Längslenker auf dem zweiten Lenkerrohrabschnitt zugewiesen ist, und dem diesem Lenkerrohrabschnitt zugeordneten Ende des Federabschnitts wie folgt berechnet werden: LB = LF – LI_1 – LI_2 mit LF = 1200–1450 mm,
LI_1 = 100–450 mm, insbesondere 100–275 mm
LI_2 = 100–450 mm, insbesondere 100–275 mm,
wobei die Längen LI_1, LI_2 jeweils auch die Längen LU_1, LU_2 der optional vorhandenen unverformten Abschnitte des Federabschnitts umfassen. Bei einer symmetrischen Ausbildung des erfindungsgemäßen Achsrohrs ist das Maß LI_1 gleich dem Maß LI_2. Ebenso sind in diesem Fall die von LI_1 und LI_2 umfassten Längen LU_1 und LU_2 gleich. Bei einer unsymmetrischen Ausbildung des erfindungsgemäßen Achsrohrs ist dagegen das Maß LI_1 ungleich dem Maß LI_2 oder das gegebenenfalls von LI_1 umfasste Maß LU_1 ungleich dem von LI_1 umfassten Maß LU_2.
Typische Abmessungen des Abstands LF liegen im Bereich von 1200–1450 mm. Die Länge LR der Lenkerrohrabschnitte liegt bei erfindungsgemäßen Achsrohren ebenso typischerweise im Bereich von 200–350 mm. Die Längen LI_1 und LI_2 betragen typischerweise 100–450 mm, insbesondere 100–275 mm. Sofern vorhanden, kann die Länge LU der Übergangsabschnitte eines erfindungsgemäßen Achsrohrs typischerweise jeweils bis zu 100 mm betragen.
Den voranstehenden Erläuterungen entsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Achsaggregat für ein Nutzfahrzeug dadurch aus, dass es ein erfindungsgemäß ausgebildetes Achsrohr und zwei Längslenker umfasst, von denen jeweils einer auf einem der Lenkerrohrabschnitte des Achsrohrs an einer in einem Abstand LF von der Position des jeweils anderen Längslenkers angeordneten Position drehfest befestigt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Achsrohr in einer Ansicht von oben;
2 das Achsrohr in einem Schnitt entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie X-X;
3 das Achsrohr in einer stirnseitigen Ansicht;
4 ein Achsaggregat in einer perspektivischen Ansicht.
Das aus einem hohlzylindrischen Rohrprofil mit kreisrundem Querschnitt und einer Wandstärke S von 10 mm durch eine Kaltumformung geformte, spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine durch die Mitte M seiner Gesamtlänge LA und normal seiner Längsachse ausgerichtete Normalebene ausgebildete Achsrohr 1 weist in seiner Längsrichtung L stufenlos aufeinander folgend an seinem einen Ende 2 einen ersten unverformten Lenkerrohrabschnitt 3, einen weitestgehend unverformten Übergangsabschnitt 4, einen Federabschnitt 5, einen zweiten weitestgehend unverformten Übergangsabschnitt 6 sowie einen zweiten ebenfalls unverformten Längsrohrabschnitt 7 auf, der dem anderen Ende 8 des Achsrohrs 1 zugeordnet ist. An die Lenkerrohrabschnitte 3, 7 schließt sich in Richtung der Enden 2, 8 jeweils noch ein Endabschnitt 9, 10 an, der bei fertig montiertem Achsaggregat nach außen frei über den auf dem jeweiligen Lenkerrohrabschnitt 3, 7 montierten Längslenker 11, 12 hinaussteht.
Die Längslenker 11, 12 können auf den ihnen jeweils zugeordneten Lenkerrohrabschnitten 3, 7 in der in der WO 2009/053491 A1 beschriebenen Art und Weise montiert werden, deren Inhalt in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen ist. Die jeweilige Länge LR der Lenkerrohrabschnitte 3, 7 entspricht der in Längsrichtung L gemessenen Breite B der Lenkerrohröffnung 13, in der bei fertig montiertem Achsaggregat 14 der jeweilige Lenkerrohrabschnitt 3, 7 des Achsrohrs 1 steckt.
Die identischen Längen LU_1 und LU_2 der Übergangsabschnitte 4, 6 entsprechen dementsprechend der Länge, um die der jeweils endseitige unverformte Bereich 15, 16 des Achsrohrs 1 bei fertig montiertem Achsaggregat 14 in Richtung des Federabschnitts 5 über den jeweiligen Längslenker 11, 12 hinaussteht.
Die beispielsweise gießtechnisch einstückig hergestellten Längslenker 11, 12 weisen an ihrem einen freien Ende jeweils ein Lagerauge 17, 18 auf, dessen Lagerachse achsparallel zum Achsrohr 1 ausgerichtet ist und über das die Längslenker 11, 12 gelenkig mit dem hier nicht dargestellten Chassis eines hier ebenfalls nicht gezeigten Nutzfahrzeugs verkoppelt werden können. Am anderen freien Ende der Längslenker 11, 12 ist dagegen jeweils ein Lagerbock 19, 20 ausgebildet, über den der jeweilige Längslenker 11, 12 bei fertig an dem jeweiligen Nutzfahrzeug montiertem Achsaggregat 14 an einem Luftfederbalg einer Luftfederung abgestützt ist, von dem hier der Übersichtlichkeit halber nur die jeweilige Wirklinie W1, W2 angedeutet ist.
Der für die Drehfederwirkung des Achsrohres 1 maßgebliche Abstand LF der durch die Lage der auf das Achsrohr 1 projizierten Wirklinien W1, W2 festgelegten Längslenkerpositionen P1, P2 auf dem jeweils zugeordneten Lenkerrohrabschnitt 3, 7 liegt bei heute üblichen Nutzfahrzeugen zwischen 1200–1450 mm.
Der Abstand LI_1 zwischen der Längslenkerposition P1 und dem der Längslenkerposition 21 zugeordneten Ende des Federabschnitts 5 umfasst die Länge LU_1 und liegt in der heute üblichen Praxis im Bereich von beispielsweise 200–275 mm. Aufgrund der symmetrischen Gestaltung des Achsrohrs 1 ist der die Länge LU_2 umfassende Abstand LI_2 zwischen der Längslenkerposition P2 und der dieser Längslenkerposition P2 zugeordneten Ende des Federabschnitts 5 gleich der Länge LI_1.
Die für den Federabschnitt 5 zur Verfügung stehende Länge LB berechnet sich somit wie folgt: LB = LF – (LI_1 + LU_1 + LI_2 + LU_2)
Ausgehend von der im Querschnitt gleichmäßig runden Form des zylindrischen Hohlprofils, aus dem das Achsrohr 1 geformt ist, sind in den Federabschnitt 5 durch Kaltumformung zwei gegenüberliegend zueinander angeordnete Einwölbungen 21, 22 eingeformt. Die Einwölbtiefe T der Einwölbungen 21, 22 nimmt dabei beginnend mit dem dem jeweiligen Übergangsabschnitt 4, 6 zugeordneten Ende des Federabschnitts 5 in Richtung von dessen in Längsrichtung gemessenen Mitte M stetig zu, bis ein bezogen auf die Länge LB des Federabschnitts 5 mittig angeordneter Mittenbereich 23 erreicht ist, in dem die Tiefe T ein Maximum hat. Die Länge LM des Mittenbereichs 23 der maximalen Verformung, d. h. des Bereichs 23, über die die Einwölbtiefe T ihr Maximum behält, beträgt vorliegend 1,67 der Länge LB des Federabschnitts 5. Die Einwölbungen 21, 22 können gleichzeitig in einem Arbeitsschritt in den Federabschnitt 5 eingeformt werden oder in ein oder mehreren zeitlich nacheinander durchgeführten Umformschritten erzeugt werden.
Im Zuge der Einformung der Einwölbungen 21, 22 werden die zwischen den Einwölbungen 21, 22 vorhandenen Wandbereiche des Federabschnitts 5 nach außen gewölbt, so dass nach Abschluss der Kaltformgebung zwischen den Einwölbungen 21, 22 Auswölbungen 24, 25 vorhanden sind. Das zum Einprägen der Einwölbungen 21, 22 verwendete, hier nicht dargestellte Werkzeug ist dabei so ausgelegt, dass die Übergänge U von der Einwölbung 21 zur Auswölbung 24, von der Auswölbung 24 zu der Einwölbung 22, von der Einwölbung 22 zur Auswölbung 25 und von der Auswölbung 25 zur Einwölbung 21 jeweils sprungfrei ausgerundet sind.
Der Mittenbereich 23 der maximalen Verformung geht in Längsrichtung L in einem Übergangsradius RL in die benachbarten, in Richtung der Enden 2, 8 stetig weniger verformten Abschnitte des Federabschnitts 5 über, während er quer zur Längsrichtung L mit einem Taillenradius RQ eingewölbt ist. Der Übergangsradius RL und der Taillenradius RQ sind dabei so gewählt, dass ihr Verhältnis RL/RQ gleich 0,9375 ist.
Das Verhältnis Am/Ag des geringsten Abstands Am der Außenflächen des Achsrohrs 1 zum größten Abstand Ag der Außenflächen des Achsrohrs 1 beträgt im Mittenbereich 23 der maximalen Verformung 1,67.
Das Verhältnis der Summen 2 × LU + 2 × 0,5 × LR + 2 × LE (LE = jeweilige Länge der Endabschnitte 9, 10) der unverformten Abschnitte 3, 4, 6, 7 9, 10 des Achsrohrs 1 zur Länge LB beträgt vorliegend 0,951 und liegt damit zwischen 0,96 und 0,83.
Es versteht sich von selbst, dass die in der voranstehend erläuterten Weise jeweils mathematisch ermittelten Werte in der Praxis Toleranzen unterworfen sind. Diese können bis zu 2% des jeweils errechneten Maßes betragen. Für die betriebliche Praxis werden Abweichungen akzeptiert, die, abhängig von der absoluten Größe des jeweiligen Werts, im Bereich von bis zu 0,5% bzw. bis zu 1% liegen.
In Tabelle 1 sind für ein für die Praxis typisches Achsrohr 1 mit einer Nennlänge LA, einem Achsrohrduchmesser DA im unverformten Zustand und einer Wandstärke S die errechneten Nennmaße und die den jeweiligen Toleranzbereich begrenzenden Minimal- und Maximalwerte des jeweiligen Maßes angegeben.

Mit der voranstehend im Einzelnen erläuterten Geometrie ist das Achsrohr 1 derart gestaltet, dass sich bei ihr ein Wölbkrafteffekt, der sich negativ in Bezug auf die Lebensdauer der Achse auswirkt, nur unwesentlichen auswirkt und sie eine optimal reduzierte Torsionssteifigkeit und damit beste Federeigenschaften für die hier interessierende Anwendung in einer Starrachse eines Nutzfahrzeugs aufweist.

	Nennmaß	Min	Max
Länge LA des Achsrohrs 1	1756	1754	1758
Wandstärke S des Achsrohrs 1	10	9,5	11,5
Außendurchmesser DA des unverformten Achsrohrs 1	146	145	147
Länge LB des Federabschnitts 5	900	890	905
Abstand LF der Positionen P1, P2 der Längslenker 11, 12 auf dem jeweils zugeordneten Lenkerrohrabschnitt 3, 7 (”Federmitte”)	1300	1298	1302
Länge LR der Lenkerrohrabschnitte 3, 7	300	299	301
Einwölbtiefe T	24	23,5	30
Taillenradius RQ	160	159	161
Übergangsradius RL	150	143	151
Länge LM des Mittenbereichs 23 der maximalen Verformung Bösetteindrücktiefe	15	14	16
Verhältnis LB/LM	60	63	56

Tabelle 1

Bezugszeichenliste

1: Achsrohr
2: ein Ende des Achsrohrs 1
3: erster unverformter Lenkerrohrabschnitt
4: erster unverformter Übergangsabschnitt
5: Federabschnitt
6: zweiter unverformter Übergangsabschnitt 6
7: zweiter Längsrohrabschnitt
8: anderes Ende des Achsrohrs 1
9, 10: Endabschnitte
11, 12: Längslenker
13: Lenkerrohröffnung
14: Achsaggregat
15, 16: jeweiliger unverformter Bereich des Achsrohrs 1
17, 18: Lageraugen der Längslenker 11, 12
19, 20: Lagerbock der Längslenker 11, 12
21, 22: Einwölbungen
23: Bereich der maximalen Verformung des Federabschnitts 5
24, 25: Auswölbungen
Ag: max. Abstand zwischen den Außenflächen des Achsrohrs 1
Am: min. Abstand zwischen den Außenflächen des Achsrohrs 1
B: Breite der Lenkerrohröffnung 13
DA: Außendurchmesser des unverformten Achsrohrs 1
L: Längsrichtung des Achsrohrs 1
LA: Länge des Achsrohrs 1
LB: Länge des Federabschnitts 5 (LB = LF – 2 × LR – 2 × LU)
LE: jeweilige Länge der Endabschnitte 9, 10
LF: Abstand der Längslenkerpositionen P1, P2 (”Federmitte”)
LI_1: Länge des Abstands zwischen der Position P1 und dem der Position P1 zugeordneten Ende des Federabschnitts 5
LI_2: Länge des Abstands zwischen der Position P2 und dem der Position P2 zugeordneten Ende des Federabschnitts 5
LR: Länge der Lenkerrohrabschnitte 3, 7
LU_1: Länge des Übergangsabschnitts 4
LU_2: Länge des Übergangsabschnitts 6
M: in Längsrichtung L gemessene Mitte des Federabschnitts 5
P1, P2: Längslenkerpositionen auf den Lenkerrohrabschnitten 3, 7
RL: Übergangsradius
RQ: Taillenradius
S: Wandstärke des Achsrohrs 1
T: Einwölbtiefe der Einwölbungen 21, 22
U: Übergänge von den Einwölbungen 21, 22 zu den Auswölbungen 24, 25
W1, W2: Wirklinien

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006015671 A1 [0002, 0004]
WO 2009/053491 A1 [0002, 0003, 0014, 0038]

Claims

Achsrohr für ein Achsaggregat (14) eines Nutzfahrzeugs, wobei das Achsrohr (1) einstückig aus einem zylindrischen Hohlprofil geformt ist und – zwei zum Lagern jeweils eines Längslenkers (11, 12) bestimmte Lenkerrohrabschnitte (3, 7), von denen jeweils einer einem Ende (2, 8) des Achsrohrs (1) zugeordnet ist, sowie – einen zwischen den Lenkerrohrabschnitten (3, 7) angeordneten Federabschnitt (5) aufweist, in dem das Achsrohr (1) eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform besitzt, um ein federnd elastisches Tordieren des Achsrohrs (1) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (5) ausgehend von seinen den Lenkerrohrabschnitten (3, 7) zugeordneten Enden bis zur Mitte (M) seiner Länge (LB) stetig zunehmend verformt ist, so dass ein in Bezug auf die Länge (LA) des Achsrohrs (1) mittig ausgerichteter Mittenbereich (23) mit maximaler Verformung gebildet ist, dessen Länge (LM) kleiner ist als die Länge (LB–LM) der Bereiche, über die sich die stetig zunehmende Verformung des Federabschnitts (5) erstreckt.
Achsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis LB/LM der Länge LB des Federabschnitts (5) zur Länge LM seines maximal verformten Mittenbereichs (23) 40–90 beträgt.
Achsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis LB/LM 50–75 beträgt.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis LB/LA der Länge LB des Federabschnitts (5) zur Länge LA des Achsrohrs (1) gilt: 0,44 < LB/LA < 0,6
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe der Längen (LE, LR, LU) der unverformten Abschnitte (9, 3, 4, 6, 7, 10) des Achsrohrs (1) zur Länge LB 0,83–0,96 beträgt.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Federabschnitt (5) und jedem der Lenkerrohrabschnitte (3, 7) jeweils ein unverformter Übergangsabschnitt (4, 6) vorhanden ist, dessen Länge LU kleiner als die Länge LR der Lenkerrohrabschnitte (3, 7) und kleiner als die Länge LB des Federabschnitts (5) ist.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Querschnittsform über die Achsrohrlänge LA jeweils symmetrisch ausgebildet ist.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Federabschnitts (5) durch auf gegenüberliegenden Seiten in den Federabschnitt (5) eingeformte Einwölbungen (21,22) und zwischen diesen Einwölbungen (21, 22) vorhandene Auswölbungen (24, 25) gebildet ist.
Achsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwölbungen (21, 22) und die Auswölbungen (24, 25) sprungfrei ineinander übergehen.
Achsrohr nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rohrquerschnitt gemessene maximale Tiefe (T), um die die Einwölbungen (21, 22) gegenüber dem unverformten Lenkerrohrabschnitt (3, 7) eingewölbt sind, 35 mm beträgt.
Achsrohr nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des maximal verformten Mittenbereichs (23) des Federabschnitts (5) das Verhältnis Am/Ag des geringsten Abstands Am der Außenflächen des Achsrohrs (1) zum größten Abstand Ag der Außenflächen des Achsrohrs (1) 1,55–1,67 beträgt.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Wandstärke (S) mindestens 7 mm beträgt.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (5) seine Form durch eine Kaltumformung erhalten hat.
Achsrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge LB des Federabschnitts (5) in Abhängigkeit – vom Abstand LF der Positionen (P1, P2), die den an den Lenkerrohrabschnitten (3, 7) zu montierenden Längslenkern (11, 12) zugewiesen sind, – vom Abstand LI_1 zwischen der Position (P1), die dem jeweiligen Längslenker auf dem ersten Lenkerrohrabschnitt (3) zugewiesen ist, und dem diesem Lenkerrohrabschnitt (3) zugeordneten Ende des Federabschnitts (5) sowie – vom Abstand LI_2 zwischen der Position (P2), die dem jeweiligen Längslenker auf dem zweiten Lenkerrohrabschnitt (7) zugewiesen ist, und dem diesem Lenkerrohrabschnitt (7) zugeordneten Ende des Federabschnitts (5) wie folgt berechnet werden: LB = LF – LI_1 – LI_2 mit LF = 1200–1450 mm, LI_1 = 100–450 mm, LI_2 = 100–450 mm.
Achsaggregat für ein Nutzfahrzeug, mit einem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildeten Achsrohr (1) und zwei Längslenkern (11, 12), von denen jeweils einer auf einem der Lenkerrohrabschnitte (3, 7) des Achsrohrs (1) an einer in einem Abstand LF von der Position (P1, 22), des jeweils anderen Längslenkers (12, 11) angeordneten Position (P2, P1) drehfest befestigt ist.