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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsaufhängung mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1.
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Eine gattungsgemäße Achsaufhängung ist beispielsweise aus der
DE 199 46 802 C2 bekannt. Bei diesem Stand der Technik ist zwischen dem Achslenker und dem Achskörper ein Ausgleichsformstück vorgesehen, welches eine verbesserte Halterung des Achskörpers gegen den Achslenker im Bereich der Kröpfung erlauben soll. Das Ausgleichsformstück vergrößert den Abstand zwischen der Mittellängsachse des Achskörpers und einem Längsträger des Fahrzeuges, der bei der gattungsgemäßen Achsaufhängung vorgesehen ist. Grundsätzlich soll dieser Abstand, der auch als Fahrhöhe bezeichnet wird, möglichst gering ausgebildet sein, was vor allem durch die Kröpfung des Achslenkers bewirkt wird. Das Ausgleichsformstück erhöht darüber hinaus Setzbeträge zum Halten des Achskörpers. Des Weiteren ist dafür Sorge zu tragen, dass das Ausgleichsstück nicht verrutscht und so die gewünschte Lagegenauigkeit zwischen Achslenker und Achskörper beeinträchtigt wird. Ferner macht das Ausgleichsformstück die Montage aufwendig.
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Die vorbekannte Lösung ist aufwendig, da sie die Herstellung und Montage eines weiteren Bauteils im Anlagebereich zwischen dem Achslenker und dem Achskörper bedingt, welches die Verdrehfestigkeit der beiden Teile nicht wesentlich erhöht. Auch können bei metallischen Paarungen im Fügebereich zwischen dem Achskörper und dem Achslenker, wenn beide Teile unmittelbar gegeneinander anliegen, Abrieb und Korrosion auftreten.
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Bei der aus der
WO 2011/059312 A1 bekannten Lösung, die ebenfalls als gattungsgemäß angesehen werden kann, liegt der Achskörper unmittelbar in der Kröpfung des Achslenkers an. Diese Achsaufhängung hat eine sich in axialer Richtung des Achskörpers erstreckende und an einer Innenumfangsfläche der Kröpfung ausgebildete Längsrippe mit halbkreisförmigem Querschnitt, die in eine korrespondierend ausgeformte Nut eingreift, um die Verdrehfestigkeit der beiden Teile zu erhöhen. Allerdings ist auch diese Ausgestaltung aufwendig, da die Längsrippe und die Nut zunächst hergestellt und beim Fügen von Achslenker und Achskörper exakt relativ zueinander positioniert werden müssen, um die gewünschte Verdrehsicherung zu erreichen. Darüber hinaus schwächt jede Oberflächenbearbeitung des Achskörpers, insbesondere die Ausgestaltung einer Längsnut in dem Achskörper die Torsionssteifigkeit des Selben, auf die es bei den gattungsgemäßen Achsaufhängungen ganz maßgeblich ankommt.
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Eine ähnliche Lösung ist aus der
EP 1 334 848 B1 bekannt. Bei dieser ist in einem Stützteil, welcher zwischen dem Achslenker und dem Achskörper angeordnet ist und die Kröpfung im Sinne der vorliegenden Erfindung ausbildet, ein Sicherungskörper angeordnet, der das Stützteil durchsetzt und in einer kalt geformten Ausnehmung des Achskörpers einerseits und einer Aussparung des Achslenkers andererseits eingreift, um beide Teile verdrehsicher miteinander zu verbinden.
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Die obigen Beispiele belegen, dass es an Vorschlägen nicht gefehlt hat, wie Achskörper und Achslenker möglichst gut und verdrehfest miteinander verbunden werden können. Soweit beide Teile unmittelbar oder unter Zwischenlage eines weiteren Bauteils, das – soweit insbesondere ein sich im Wesentlichen gerade erstreckender Achslenker zur Anwendung kommt – die Kröpfung im Sinne der vorliegenden Erfindung ausbilden kann, gegeneinander verschraubt werden, besteht ferner das Problem von Abrieb. Da die aneinander liegenden Teile üblicherweise aus Stahl gebildet sind – der Achslenker besteht üblicherweise aus einem Federstahl (beispielsweise 54CrMoV4), der Achskörper besteht beispielsweise aus St52-3, entsprechend S355 – ergibt sich das zusätzliche Problem von Reibkorrosion, so dass die beiden Teile im Fügebereich Korrosion aufweisen, wenngleich die eingesetzten Werkstoffe für sich eine relativ gute Korrosionsbeständigkeit haben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine positionsunabhängige Achsaufhängung zu schaffen, die in verbesserter Weise eine Verbindung zwischen dem Achskörper und dem Achslenker bei möglichst geringer Fahrhöhe erlaubt.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine Achsaufhängung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Diese zeichnet gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik dadurch aus, dass der Achslenker in dem Anlagebereich zu dem Achskörper einer Anlagefläche zur Anlage des Achskörpers ausbildet und dass an dem Achslenker eine Verzahnung angebracht ist, deren Festigkeit höher als die entsprechende Festigkeit des Achskörpers ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird auf ein Auslgeichsformstück oder ein anderes Bauteil verzichtet, welches zwischen dem Achskörper und dem Achslenker vorgesehen sein kann. Vielmehr bildet der Achslenker den Anlagebereich zu dem Achskörper unmittelbar aus. Der Achslenker liegt dabei im Bereich des Achskörpers an dem Achslenker an. Der Achslenker hat erfindungsgemäß eine Verzahnung, deren Festigkeit höher als die entsprechende Festigkeit des Achskörpers ist. Als Festigkeit in diesem Sinne wird insbesondere die Dehngrenze Rp0,2 angesehen.
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Die Verzahnung bewirkt eine Formschlussverbindung durch Verpressen von Achskörper und Achslenker gegeneinander. So kann auf eine gesonderte Herstellung von Formschlusselementen, die in definierter Weise ineinander greifen und aufeinander abgestimmt werden, auf Seiten des Achslenkers und des Achskörpers verzichtet werden. Es ist lediglich notwendig, die Verzahnung vorzusehen. Diese Verzahnung drückt sich beim Anlegen von Achskörper und Achslenker in die zunächst im Wesentlichen ebene Gegenfläche ein, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen den Zähnen der Verzahnung und der Gegenfläche bewirkt ist.
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Als Verzahnung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird bereits jede Rauhigkeit angesehen die geeignet ist, hinreichend tief in das Material des Achskörpers einzudringen, so dass die gewünschte Formschlussverbindung erzeugt wird. Eine Verzahnung ist bereits bei einem Rz > 10 μm, bevorzugt einem Rz > 30 μm und besonders bevorzugt einem Rz von 50 μm und mehr gegeben. Kleinere Rauhigkeiten die eine Verzahnung im Sinne der vorliegenden Erfindung ausbilden, können beispielsweise durch Plasmaspritzen an der Oberfläche des Achslenkers aufgebracht sein. Die Verzahnung ist üblicherweise nicht stoffidentisch zu dem Achslenker ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass die Ausgestaltung von Zähnen in dem Material des Achslenkers als Kerben wirken, die eine entsprechende Kerbwirkung an dem Achslenker zeigen, so dass dieser spontan versagen kann.
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Als Kröpfung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise jede Ausgestaltung angesehen werden, welche den im Wesentlichen zylindrischen Achskörper teilumfänglich umgibt. Die Kröpfung muss nicht zwingend durch Formgestaltung des Achskörper als solches ausgebildet sein. Die Kröpfung gewährleistet eine relativ geringe Fahrhöhe. Als Kröpfung wird aber insbesondere eine kurvenförmige Ausbiegung des länglichen Achslenkers als solches verstanden, in die der Achskörper über einen gewissen umfänglichen Bereich angelegt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag ist gegenüber dem aus der
DE 101 18 696 A1 bekannten Vorschlags verbessert. Dieser Stand der Technik schlägt eine zwischen dem Achslenker und dem Achskörper angeordnete Achsplatte mit einer Zahnstruktur vor, die in Eckbereichen vorgesehen ist um mit den Eckbereichen eines als Rechteckprofil ausgebildeten Achskörpers zusammenzuwirken. Die Verzahnung soll sich in den Achskörper eingraben. Die Achsplatte erhöht indessen die Fahrhöhe, was unerwünscht ist. Desweiteren ergeben sich auch durch die Achsplatte Setzbeträge. Schließlich ist die Achsplatte bei der Montage zu halten, bevor alle Teile gegeneinander verspannt und miteinander befestigt sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen befindet sich die Verzahnung im Anlagebereich zwischen dem Achskörper und dem Achslenker. Dort ist zwischen dem Achslenker und dem Achskörper im Wesentlichen kein, die Fahrhöhe vergrößernder, gesonderter Körper vorgesehen. Lediglich die Verzahnung trägt geringfügig auf und überragt die Oberfläche des Achslenkers.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Achslappen vorgesehen, der ebenfalls eine Verzahnung im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweist. Dieser Achslappen ist gegenüberliegend zu dem Achslenker angeordnet und liegt an dem Achskörper an. Regelmäßig wird der Achslappen unter Einschluss von Briden an dem Achslenker befestigt. Die zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung für die Verzahnung an dem Achslenker gemachten Anmerkungen und Weiterbildungen gelten auch für die Verzahnung an dem Achslappen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Verzahnung an einem Verzahnungselement ausgebildet.
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Das Verzahnungselement kann mit dem Achslenker verschweißt, verklebt, verschraubt, verklemmt oder verlötet sein. Das Verzahnungselement ist vorzugsweise aus einem Hartstoff gebildet, beispielsweise aus TiN oder WC. Dabei wird beispielsweise eine Hartstoffplatte mit dem jeweils anderen Teil in der zuvor beschriebenen Weise vorzugsweise verbunden. Alternativ kann Hartstoff zur Ausbildung der Verzahnung auch auf den Achslenker und/oder den Achskörper aufgetragen werden, um die Verzahnung im Sinne der vorliegenden Erfindung auszubilden. Dabei eignet sich insbesondere das Plasmasprayen für das Ausbilden einer solchen Verzahnung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat die Verzahnung indes üblicherweise mehrere Reihen von parallel zueinander angeordneten Zähnen. Diese Zähne erstrecken sich vorzugsweise parallel zu dem Achskörper, d. h. in dessen axialer Erstreckung und rechtwinklig zu der Umfangsrichtung des Achskörpers, um eine möglichst gute Verdrehsicherung zu erreichen. Da solche Zähne mit definierter Geometrie an einem separaten Verzahnungselement angeordnet sind, welches über eine Anlagefläche an dem Achslenker anliegt, können die Zähne nicht als Kerben zu dem Achslenker wirken und Ausgangspunkt von Rissen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Verzahnungselement in einer durch Warmumformung des Achslenkers ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen. Diese warmumgeformte Ausnehmung ist dabei allerhöchstens teilweise spanend bearbeitet. Insbesondere ist der Grund der Ausnehmung üblicherweise nicht spanend verarbeitet, sondern durch das Warmumformen für sich gebildet, beispielsweise über einen in den Achslenker beim Schmieden eindrückenden Stempel. Die Ausnehmung kann beispielsweise eine rotationssymmetrische Grundform haben. Durch Nachbearbeitung der Umfangsfläche dieser Ausnehmung wird eine Anlagefläche zu dem Verzahnungselement gebildet, welches dementsprechend nicht auf dem Grund der Ausnehmung anliegt, sondern an den Umfangs- bzw. Flankenflächen. Im Falle einer rechteckigen Ausnehmung werden üblicherweise lediglich gegenüberliegende Flankenflächen bearbeitet, um eine definierte Anlagefläche für das Verzahnungselement auszubilden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat die Ausnehmung als Ergebnis einer spanenden Bearbeitung zumindest eine konische Flankenfläche, an welcher das Verzahnungselement abgestützt ist. Im Falle eines Verzahnungselementes mit der wesentlichen kreisförmigen Grundfläche ist die konische Flankenfläche nach Art eines Kegelstumpfes ausgeformt und stützt das Verzahnungselement umfänglich ab. Das Verzahnungselement ist bei dieser bevorzugten Weiterbildung insbesondere in die Ausnehmung eingepresst. Im Falle einer rechteckigen Ausnehmung reicht es, gegenüberliegende Flankenflächen konisch auszubilden und hier gegen das Verzahnungselement anzulegen. Die zuvor diskutierten Ausgestaltungen mit einer warmumgeformten Ausnehmung, die lediglich an ihrem Umfang spanend bearbeitet ist, begegnet dem Problem der Kerbwirkung in dem durch Schmieden hergestellten Achslenkers. Die Ausgestaltung vermeidet Kerben, welche den Achslenker mechanisch schwächen können.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Verzahnung jeweils an gegenüberliegenden Wangenflächen der Kröpfung vorgesehen. Bei dieser bevorzugten Weiterbildung wird davon ausgegangen, dass die Kröpfung Wangenflächen ausbildet, die in einem Winkel von etwa 60° zueinander ausgerichtet sind und insbesondere bei einem Achskörper mit rotationssymmetrischem Querschnitt jeweils über einen Winkelbereich von zwischen 5 und 15° flächig an der jeweiligen Außenumfangsfläche des Achskörpers anliegen. In diesem Anlagebereich ist jeweils eine Verzahnung vorgesehen, vorzugsweise mit dem Achslenker im Bereich der Kröpfung verbunden, um die gewünschte gute Verdrehsicherung zu schaffen, ohne dass die Gefahr besteht, dass Reibmartensit entsteht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Verzahnung durch einen, vorzugsweise mehrere Hartstoffkörper gebildet. Diese Hartstoffkörper können für sich mehrere Zähne oder aber jeweils einen einzigen Zahn ausbilden. Die Hartstoffkörper – wie im Übrigen bevorzugt sämtliche, die Verzahnung ausbildenden Elemente – haben bevorzugt eine Festigkeit RP02, die größer ist als die entsprechende Festigkeit des Achslenkers und des Achskörpers. Der Hartstoffkörper ist in einer Gummimatrix eingebettet, die ein Formstück bildet. Dieses Gummiformstück ist gegen den Achskörper angelegt. Das Gummiformstück ist üblicherweise in einer Ausnehmung aufgenommen, die genau auf die Abmessung des Gummiformstücks angepasst ist, so dass das Gummiformstück für sich keine erhebliche Ausgleichsbewegung innerhalb der sie aufnehmenden Ausnehmung durchführen kann. Bei der Montage legt sich der Achskörper gegen die Zähne an. Diese werden mit zunehmenden Anpressdruck nicht nur in den Achskörper, sondern auch tiefer in das Gummiformstück eingedrückt, bis schließlich entweder aufgrund der Inkompressibilität des Gummikörpers oder aufgrund von weiteren, die Bewegung der Hartstoffkörper einschränkende Anschläge diese relativ zu dem Achslenker lagepositioniert sind und lediglich tiefer in den Achskörper eindringen. Auch durch diese bevorzugte Ausgestaltung lässt sich eine solide formschlüssige und lageunabhängige Verbindung zwischen dem Achskörper und dem Achslenker sicherstellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Achslenker einen Anlagevorsprung zur Halterung des Achskörpers auf. Dieser Anlagevorsprung ist üblicherweise beidseitig des Achslenkers vorgesehen und überragt dessen länglichen Grundkörper in Richtung der Achserstreckung des Achskörpers. Jeder Anlagevorsprung dient der Halterung des Achskörpers, üblicherweise über Briden, die auch den Achskörper umgreifen. Der Anlagevorsprung kann einteilig an dem Achslenker ausgeformt sein. Alternativ kann der Anlagevorsprung auch durch Schweißen oder Kaltfügetechniken daran befestigt sein.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
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1: eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Achsaufhängung;
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2: eine perspektivische unterseitige Ansicht eines Details des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ohne Achskörper;
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3: eine perspektivische Ansicht in etwa entsprechend 2 ohne den Achskörper für ein zweites Ausführungsbeispiel von Verzahnung und Achslenker und
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4: die Längsschnittdarstellung entlang der Linie IV-IV gemäß 3.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Achsaufhängung mit einem rohrförmigen Achskörper 2 mit rotationssymmetrischen Querschnitt und einem Achslenker 4, der mit seinem einem Ende verschwenkbar an einer Stütze 6 gelagert ist, die einen Stoßdämpfer (8) endseitig abstützt, dessen anderes Ende im Bereich einer Kröpfung 10 mit dem Achslenker 4 verbunden ist. Hierzu liegt im Bereich der Kröpfung 10 auf dem Achslenker 4 eine Federplatte 12 auf, an welcher der Stoßdämpfer 8 befestigt ist. Die Federplatte 12 weist beiderseits des Achslenkers 4, d. h. in Achsrichtung des Achskörpers 2 vor und hinter dem eigentlich Achslenker Anlagevorsprünge 14 auf, die von Briden 16 umgriffen sind, welche gegen einen unterseitig den Achskörper 4 umgreifenden Achslappen 18 widergelagert und dagegen verspannt sind. Dadurch ist der Achskörper 2 an dem Achslenker 4 gehalten.
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An seinem der Stütze 6 gegenüberliegenden Ende ist der Achslenker 4 mit einem Federbalg 20 verbunden und über diesen gegenüber einem nicht gezeigten Träger eines Fahrzeuges abgestützt.
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Die 2 erlaubt einen Blick auf Wangenflächen 22 die in einem Winkel von etwa 60° zueinander ausgerichtet sind und die Anlageflächen zur Anlage des Achskörpers 2 ausbilden. Eine zu dem Achskörper 2 gerichtete Oberfläche 24 des Achslenkers 4 ist jeweils im Bereich der Wangenflächen 22 von einer Verzahnung 26 überragt. Diese Verzahnung 26 ist an einen in 4 verdeutlichten Verzahnungselement 28 mit rechteckiger Grundfläche ausgebildet, welches in eine an dem Achslenker 4 ausgebildete Ausnehmung 30 eingesetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 hat das Verzahnungselement 28 mehrere Reihen von identisch ausgebildeten Zähnen. Die Reihen sind parallel zu der axialen Erstreckung des Achskörpers ausgerichtet.
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Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die Verzahnungselemente 28 jeweils mit runder Grundfläche ausgebildet und haben gleichfalls Zahnreihen, die sich parallel zu der Achserstreckung des Achskörpers 2 erstrecken. Der Anlagevorsprung 14 wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig durch den Achslenker 4 ausgebildet, so dass jedenfalls zur Befestigung der Briden 16 keine Federplatte 14 notwendig ist. Eine solche Federplatte wird aber üblicherweise zumindest vorgesehen und mit den Briden gesichert, um den Stoßdämpfer 8 an dem Achslenker 4 zu befestigen.
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Die 4 verdeutlicht die Befestigung der jeweiligen Verzahnungselemente 28 gegenüber dem Achslenker 4. Die Ausnehmung 30 hat konische spanend bearbeitete Flankenflächen 32, die korrespondierend zu gegenüberliegenden Randflächen 34 des Verzahnungselementes 28 ausgebildet sind. Der Neigungswinkel der Flanken- bzw. Randflächen kann so gewählt werden, dass das Verzahnungselement 28 in den Achslenker 4 reibschlüssig eingepresst werden kann, so dass ein gesonderter Schritt zum Aufbringen eines Haftvermittlers entbehrlich ist. Der Grund der Ausnehmung 30 bleibt unbearbeitet und kann somit nicht Ausgangspunkt von Rissen sein, die von durch die mechanische Bearbeitung erzeugten Kerben begründet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Achskörper
- 4
- Achslenker
- 6
- Stütze
- 8
- Stoßdämpfer
- 10
- Kröpfung
- 12
- Federplatte
- 14
- Anlagevorsprung
- 16
- Briden
- 18
- Achslappen
- 20
- Luftbalg
- 22
- Wangenfläche
- 24
- Oberfläche
- 26
- Verzahnung
- 28
- Verzahnungselement
- 30
- Ausnehmung
- 32
- Flankenfläche
- 34
- Randfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19946802 C2 [0002]
- WO 2011/059312 A1 [0004]
- EP 1334848 B1 [0005]
- DE 10118696 A1 [0014]
