DE102014218316A1

DE102014218316A1 - Lenkereinheit

Info

Publication number: DE102014218316A1
Application number: DE102014218316.2A
Authority: DE
Inventors: Gregory Galazin
Original assignee: SAF Holland GmbH
Current assignee: SAF Holland GmbH
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-03-17
Also published as: US20160075202A1; US9630466B2

Abstract

Betrifft eine Lenkereinheit insbesondere zum Einsatz in Nutzfahrzeugen umfassend ein Armelement und ein Tragelement wobei das Armelement einen Halteabschnitt und das Tragelement einen Eingriffsabschnitt aufweist, wobei der Halteabschnitt und der Eingriffsabschnitt in formschlüssigen Eingriff bringbar sind, derart, dass das Tragelement gegen Verlagerung relativ zum Armelement in zumindest 3 in einer Halteebene liegenden Halterichtungen gesichert ist. Betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Lenkereinheit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkereinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Lenkereinheit.
Lenkereinheiten, insbesondere für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Dabei wird zumeist ein Längslenker quer zu einem Achsrohr angeordnet und an dem Achsrohr festgelegt, wobei der Längslenker an einem ersten distalen Ende schwenkbar am Rahmen des Fahrzeuges angeordnet ist und an seinem zweiten, dem ersten distalen Ende gegenüberliegenden Ende an einer Feder abgestützt ist. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt den Längslenker zweiteilig auszuführen, um zum einen die Handhabbarkeit der für die Montage vorgesehenen Halbzeuge zu verbessern und zum anderen eine variablere Ausgestaltung des Längslenkers zu ermöglichen. Dabei sind die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Verbindung der beiden Teile des Längslenkers mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. So ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bisher eine deutliche Gewichtszunahme des Verbindungsbereiches zwischen den Längslenkerteilen erforderlich, um die hohen Biegefestigkeiten für einen Längslenker erreichen zu können. Weiterhin ist die Herstellung der Verbindung zwischen den Lenkerelementen, insbesondere mit Blick auf deren Zeitaufwand, in den aus dem Stand der Technik bekannten Fällen zu aufwändig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lenkereinheit welche zum einen eine hohe Variabilität ihrer Einsatzbereiche ermöglicht und zum anderen auf einfache Weise herzustellen ist und eine Überdimensionierung des Fahrwerks eines Nutzfahrzeuges, insbesondere in Bezug auf dessen Gewicht und Bauraumbedarf, vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Lenkereinheit gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung einer Lenkereinheit gemäß Anspruch 9.
Erfindungsgemäß umfasst die Lenkereinheit ein Armelement und ein Tragelement, wobei das Armelement einen Halteabschnitt und das Tragelement einen Eingriffsabschnitt aufweist, wobei der Halteabschnitt und der Eingriffsabschnitt in formschlüssigen Eingriff bringbar sind, derart, dass das Tragelement gegen Verlagerung relativ zum Armelement in zumindest drei in einer Halteebene liegenden Halterichtungen gesichert ist. Das Armelement der Lenkereinheit ist vorzugsweise der längliche Abschnitt eines Längslenkers eines Nutzfahrzeuges und ist vorzugsweise an seinem ersten distalen Ende über eine schwenkbare Aufhängung schwenkbar am Rahmen des Nutzfahrzeuges angelagert. An seinem dem ersten distalen Ende gegenüberliegenden Ende ist das Armelement vorzugsweise an einem Achsrohr festlegbar. Das Tragelement ist vorzugsweise der Abschnitt des Längslenkers eines Nutzfahrzeuges an welchem eine Luftfeder festlegbar ist und dazu dient die Lenkereinheit gegenüber einem Rahmen des Nutzfahrzeuges zu dämpfen oder abzufedern. Das Armelement und das Tragelement werden insbesondere über einen Halteabschnitt und einen Eingriffsabschnitt miteinander in formschlüssige Verbindung gebracht, wobei ein Formschluss zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt hergestellt ist. Dieser Formschluss wirkt vorzugsweise in einer Halteebene und in dieser Ebene in zumindest drei Richtungen. Von diesen drei Richtungen sind vorzugsweise zwei Richtungen einander kollinear entgegenlaufend und eine dritte Halterichtung ist senkrecht zu den ersten beiden Halterichtungen ausgelegt. Vorzugsweise ist einer der beiden Abschnitte, Halteabschnitt oder Eingriffsabschnitt, als Vorsprung ausgebildet, während der jeweils andere Abschnitt, Eingriffsabschnitt oder Halteabschnitt, als Rücksprung ausgebildet ist. Insbesondere bevorzugt ist dabei die jeweilige Geometrie der Abschnitte aneinander angepasst, so dass der Formschluss zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem Halteabschnitt eine möglichst genaue Positionierung des Tragelements am Armelement ermöglicht. Das Vorsehen eines Halteabschnitts und eines Eingriffsabschnitts am Armelement und am Tragelement dient dabei insbesondere der Erleichterung der Herstellung der Lenkereinheit. So kann das Tragelement über den Eingriffsabschnitt am Armelement positioniert werden, um anschließend vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Armelement und dem Tragelement herzustellen.
Vorzugsweise ist zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt eine Schweißfuge zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem Armelement und dem Tragelement gebildet. Vorzugsweise ist der Eingriffsbereich zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt derart ausgelegt dass eine Schweißfuge zwischen beiden Bauteilen verbleibt. Diese Schweißfuge ermöglicht das Einbringen eines Zusatzschweißwerkstoffs bei Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem Halteabschnitt. Besonders bevorzugt kann somit im Bereich des Halteabschnitts und des Eingriffsabschnitts eine erste Schweißverbindung zwischen dem Armelement und dem Tragelement hergestellt werden, um in einem weiteren oder nächsten Schritt beide Bauteile an einem Achsrohr festzulegen. Die Schweißfuge ist insbesondere bevorzugt von außen erreichbar d.h. dass die Schweißfuge insbesondere zwischen einem als Aussparung ausgebildeten Eingriffsabschnitt und einem als Vorsprung ausgebildeten Halteabschnitt vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist die Schweißfuge eine keilförmige Vertiefung welche auf diese Weise bereits mit Vorteil die Form einer besonders gleichmäßigen Schweißnaht zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt und somit zwischen dem Armelement und dem Tragelement vorgibt und auf diese Weise den Schweißvorgang erleichtert.
Vorzugsweise verlaufen zwei der Halterichtungen parallel zu einer Rohrachse eines am Armelement festlegbaren Achsrohrs. Das Armelement weist mit Vorteil einen ersten Schweißabschnitt auf, an welchem ein Achsrohr eines Nutzfahrzeuges festlegbar ist und vorzugsweise festgelegt ist. Das Achsrohr ist dabei mit Vorteil die Starrachse eines Nutzfahrzeuges und weist einen im Wesentlichen hohlkörperförmigen, länglichen Querschnitt auf. Weiterhin sind am Achsrohr vorzugsweise die Räder des Nutzfahrzeuges drehbar gelagert. Mit Vorteil ist der Halteabschnitt derart ausgerichtet, dass zwei der Halterichtungen, vorzugsweise die Halterichtungen welche kollinear und einander entgegenlaufend ausgebildet sind, parallel zu einer Rohrachse des Achsrohres verlaufen. Die Rohrachse ist dabei vorzugsweise die Symmetrieachse des Achsrohres und/oder die Drehachse der am Achsrohr festlegbaren Räder des Nutzfahrzeuges. Mit der vorteilhaften Ausrichtung der zwei Halterichtungen des Halteabschnitts parallel zur Rohrachse kann insbesondere bevorzugt eine besonders einfache Herstellung der Lenkereinheit erreicht werden da das Tragelement bereits in der richtigen Position relativ zum Armelement angeordnet werden kann, in welcher die Kraftübertragung und Biegemomentübertragung zwischen dem Armelement und dem Tragelement optimiert ist.
Besonders bevorzugt ist der Halteabschnitt als Vorsprung am Armelement ausgebildet, wobei der Eingriffsabschnitt als Aussparung am Tragelement ausgebildet ist, mit welcher der Halteabschnitt im Wesentlichen formschlüssig in Eingriff bringbar ist. Als im Wesentlichen formschlüssig in Eingriff bringbar wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein Formschluss bezeichnet, welcher in zumindest einer Richtung einen Bewegungsspielraum des Armelements relativ zum Tragelement ermöglicht. Insbesondere ist der Vorsprung gemeinsam mit dem als Aussparung ausgebildeten Eingriffsabschnitt dafür ausgelegt das Tragelement am Armelement einzuhängen, wobei zunächst keine weiteren Montageschritte erforderlich sind und das Tragelement am Armelement lediglich aufgrund der Schwerkraft und des Formschlusses zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt gehalten ist. Mit dieser Ausführungsform vereinfacht sich die Montage der Lenkereinheit durch einfaches Zusammenfügen des Tragelements und des Armelements erheblich.
Mit Vorteil weist der Halteabschnitt eine erste Haltefläche auf, an welcher der Eingriffsabschnitt zur Anlage bringbar ist, wobei sich die Haltefläche quer zur Halteebene erstreckt. Bevorzugt ist die Halteebene bei der Montage der Lenkereinheit leicht schräg im Raum ausgerichtet. D.h. mit anderen Worten, dass die Halteebene um einen Winkel verschwenkt zur Horizontalen ausgerichtet ist. Insbesondere bevorzugt ist die Halteebene schräg zur einer durch den Bereich der schwenkbaren Lagerung des Armelements und den Aufnahmebereich für ein Achsrohr verlaufenden Gerade oder Ebene ausgerichtet. Bei dieser Ausrichtung der Halteebene erreicht die Schwerkraft, dass sich das Tragelement über seinen Eingriffsabschnitt an einer Haltefläche des Halteabschnitts abstützt. Insbesondere bevorzugt erstreckt sich dabei die Haltefläche quer, vorzugsweise senkrecht zur Halteebene und bildet somit eine gegen Verlagerung längs oder parallel der Halteebene wirkende Hinterschneidung mit dem Eingriffsabschnitt des Tragelements.
Besonders bevorzugt ist zwischen der Haltefläche und der Halteebene ein Haltewinkel gebildet welcher kleiner als 91°, vorzugsweise 45°–90° und besonders bevorzugt ca. 75°–85° ist. Der Haltewinkel wird dabei vorzugsweise zwischen der nach außen weisenden Seite der Haltefläche und der Halteebene gebildet. In einem weiteren vorzugsweise möglichen Fall indem die Haltefläche eine leichte Krümmung aufweist wird der Haltewinkel besonders bevorzugt zwischen einer mittleren, ebenen Erstreckung der Haltefläche und der Halteebene gebildet. Indem der Haltewinkel kleiner 91° und somit maximal 90° ist, kann auf besonders einfache Weise eine effektive Hinterschneidung zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem Halteabschnitt gebildet werden. Vorzugsweise ist der Winkel in einem Bereich zwischen 45° bis 90° vorgesehen, wodurch eine als Widerhaken wirkende Eingriffsgeometrie zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt gebildet ist, welche eine besonders zuverlässige Fixierung oder Positionierung des Tragelements am Halteelement ermöglicht. In dem besonders bevorzugten Winkelbereich von 75° bis 85° ist ein guter Kompromiss aus einer einfachen Herstellbarkeit des Halteabschnitts und einer zumindest in gewissem Maße als Widerhaken wirkenden Eingriffsgeometrie zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt vorgesehen. Auf diese Weise kann das Tragelement auch einfacher quer, oder vorzugsweise senkrecht zur Halteebene an das Armelement herangeführt werden und an diesem eingehängt werden. Bei einem Haltewinkel von ca. 75° bis 85° ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine besonders gute Fixierung des Tragelements am Armelement möglich.
Besonders bevorzugt bildet die Haltefläche mit dem Eingriffsabschnitt eine quer zur Halteebene wirkende Hinterschneidung. Insbesondere bevorzugt kann die Haltefläche dabei auch gestuft ausgeführt sein, wobei das Tragelement zunächst quer oder senkrecht zur Halteebene in Richtung des Armelements verlagert wird und anschließend durch eine kleine Bewegung parallel bzw. längs zur Halteebene in den formschlüssigen Eingriff mit der als gestufte Haltefläche ausgebildeten Eingriffsgeometrie des Halteabschnitts bringbar ist. In dieser Ausführungsform ist der formschlüssige Eingriff zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt insbesondere bevorzugt in der Lage, auch Transportbewegungen der Lenkereinheit während des Herstellungsvorgangs auszuhalten und das Armelement zuverlässig am Tragelement zu fixieren.
Besonders bevorzugt ist die Erstreckung des Halteabschnitts parallel zu einer Rohrachse größer als quer zur Rohrachse. Besonders bevorzugt ist der Halteabschnitt an einem Bereich des Armelements vorgesehen, welcher sich in der Nähe der Festlegung des Armelements an einem Achsrohr befindet. Besonders bevorzugt ist in diesem Bereich das Armelement stegartig ausgebildet, wobei sich der Halteabschnitt vorzugsweise entlang dieses Steges erstreckt. Um ausreichend hohe Kräfte zur Festlegung des Tragelements am Armelement bereitstellen zu können und eine ausreichend lange Schweißnaht zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt zu ermöglichen ist es bevorzugt, dass die Erstreckung des Halteabschnitts in einer Richtung längs oder parallel zur Halteebene größer ist als in den anderen Erstreckungsrichtung des Halteabschnitts. Die Rohrachse ist dabei vorzugsweise die Rotation oder Drehachse eines am Armelement festlegbaren Achsrohres oder eine Symmetrieachse des Festlegungsbereiches oder vorzugsweise Schweißabschnittes des Armelements zur Festlegung eines Achsrohres.
Besonders bevorzugt ist die Erstreckung des Halteabschnitts quer zur Rohrachse ein 0,1- bis 0,85-faches, vorzugsweise ein 0,15- bis 0,4-faches und besonders bevorzugt ein 0,2- bis 0,3-faches der Erstreckung des Halteabschnitts längs oder parallel der Rohrachse. Durch Auslegung des Halteabschnitts mit einem bestimmten Breiten- zu Längserstreckungsverhältnis von 0,1 bis 0,85 ist die Geometrie des Halteabschnitts vorzugsweise an alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Einsatzszenarien anpassbar. Die Untergrenze des Verhältnisses von 0,1 gewährleistet dabei, dass eine ausreichende Höhe des Halteabschnitts bzw. ein ausreichendes Abstehen des Halteabschnitts es aus der Halteebene vorliegt, welche für die Bildung einer Hinterschneidung bzw. eines Formschlusses mit dem Eingriffsabschnitt zur Verfügung steht. Die Obergrenze des bevorzugten Verhältnisses von 0,85 verhindert vorzugsweise eine Überdimensionierung des Halteabschnitts. Im besonders bevorzugten Verhältnisbereich von 0,15–0,4 bis der Halteabschnitt optimal dafür ausgelegt, Tragelement verschiedener Größe an einem Armelement festzulegen und gleichzeitig das Gewicht der Lenkereinheit nicht übermäßig zu erhöhen. Der besonders bevorzugte Bereich von 0,2–0,3 des Verhältnisses der Erstreckung des Halteabschnitts quer zur Rohrachse zur Erstreckung des Halteabschnitts längs der Rohrachse hat sich in Tests der Anmelderin als besonders vorteilhaft im Bezug auf die Kraftübertragung zwischen Halteabschnitt und Eingriffsabschnitt sowie auf die Gewichts optimierte Auslegung des Armelements herausgestellt.
Besonders bevorzugt ist das Armelement im Bereich seiner schwenkbaren Aufhängung ebenensymmetrisch zu einer Lenkermittenebene ausgebildet, wobei der Halteabschnitt ebenensymmetrisch zu einer Haltemittenebene ausgebildet ist, welche vorzugsweise parallel zur Lenkermittenebene steht, wobei die Haltemittenebene und die Lenkermittenebene um einen Versatz voneinander beabstandet sind. Bevorzugt weist das Armelement an seinem ersten distalen Ende ein Lagerauge auf, an welchem es schwenkbar bzw. drehbar am Rahmen eines Nutzfahrzeuges festlegbar ist. Zumindest im Bereich dieser schwenkbaren Festlegung am Rahmen des Nutzfahrzeuges ist das Armelement ebenensymmetrisch zu einer Lenkermittenebene ausgebildet. Der Halteabschnitt ist vorzugsweise ebenensymmetrisch zu einer Haltemittenebene ausgebildet, welche mit anderen Worten durch die Mitte der größten Erstreckung des Halteabschnitts verläuft. Durch die Beanstandung der Haltemittenebene von der Lenkermittenebene kann insbesondere der Versatz des Aufnahmebereiches für eine Luftfeder, welcher eine optimierte Ausnutzung des Bauraumes im Bereich der Radaufhängung des Nutzfahrzeuges erreicht, eingestellt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform steht der Versatz zur Erstreckung des Armelements quer zur Lenkermittenebene in einem Bereich der schwenkbaren Aufhängung des Armelements in einem Verhältnis von 0,05–0,6, vorzugsweise 0,1–0,5 und besonders bevorzugt von ca. 0,25–0,35. Die Erstreckung des Armelements quer zur Lenkermittenebene im Bereich der schwenkbaren Aufhängung ist mit anderen Worten somit die Breite des Armelements im Bereich der Aufhängung, bzw. des vorzugsweise vorgesehenen Lagerauges. Die Breite des Armelements in diesem Bereich ist vorzugsweise eine Referenz für die Breite des Armelements im weiteren Verlauf entlang der Lenkermittenebene. Besonders bevorzugt definiert die Lenkermittenebene des Armelements dessen Lage relativ zum Fahrwerkssystem eines Nutzfahrzeuges und es ist somit der Versatz zwischen der Haltemittenebene und der Lenkermittenebene gleichzeitig ein Ausdruck für die Lage des Befestigungsbereiches des Tragelements bezogen auf das Fahrwerkssystemen. Der besonders bevorzugte Bereich von 0,05–0,6 des Verhältnisses des Versatzes zur Breite des Armelements hat sich dabei in sämtlichen der von der Anmelderin getesteten Varianten für eine Lenkereinheit, insbesondere für eine Vielzahl verschiedene Nutzfahrzeugfahrwerke, als geeignet erwiesen. Im Rahmen eines Verhältnisses von 0,1–0,5 ist es vorzugsweise möglich, Luftfedern verschiedener Größe an den Tragelementen gleicher Bauart vorzusehen indem auf einfache Weise der Halteabschnitt im Bezug auf die Lenkermittenebene Achse in jeweils optimale Position verschoben wird. Der besonders bevorzugte Bereich von 0,25–0,35 hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als gängige Variante für den größten Anteil der auf dem Markt befindlichen Nutzfahrzeuge erwiesen und ermöglicht somit die Lenkereinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung auch in diesen Nutzfahrzeugen nachrüsten zu können. Bevorzugt ist ein Versatz von 30mm, oder alternativ bevorzugt 60mm vorgesehen, wobei eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für die Lenkereinheit in bereits vorhandenen Nutzfahrzeugen geschaffen wird, ohne weitere konstruktive Änderungen an der sonstigen Fahrwerksgeometrie vornehmen zu müssen.
Besonders bevorzugt weist das Tragelement eine Stützfläche auf, welche ausgelegt ist, sich an einem Achsrohr abzustützen, wobei das Tragelement über den formschlüssigen Eingriff an dem Halteelement und die Abstützung der Stützfläche an dem Achsrohr gehalten ist. Neben dem Armelement weist vorzugsweise auch das Tragelement eine Fläche auf, mit welcher es an einem Achsrohr abstützbar oder vorzugsweise festlegbar ist. Die Stützfläche des Tragelements ist dabei mit Vorteil an die Außengeometrie des Achsrohres derart angepasst, dass sie sich möglichst flächig an das Achsrohr anlegen lässt. Im Zusammenspiel mit dem Eingriff zwischen dem Halteabschnitt und dem am Tragelement festgelegten Eingriffsabschnitt kann somit vorzugsweise das Achsrohr bereichsweise zwischen dem Armelement und dem Tragelement angeordnet und bereits vor der Herstellung einer Schweißverbindung zwischen den jeweiligen Elementen positioniert werden. Auf diese Weise lässt sich die Herstellung der Lenkereinheit deutlich vereinfachen, da die drei beteiligten Bauteile Armelement, Tragelement und Achsrohr bereits vor Herstellung der Schweißverbindung formschlüssig in ihrer endgültigen Position gehalten sind, wobei im Anschluss sämtliche Verschweißung zwischen den einzelnen Elementen der Lenkereinheit hergestellt werden können.
Vorzugsweise sind am Armelement ein erster Schweißabschnitt und ein zweiter Schweißabschnitt vorgesehen, wobei im ersten Schweißabschnitt und im zweiten Schweißabschnitt eine Schweißverbindung zwischen dem Armelement und dem Achsrohr herstellbar ist, oder vorzugsweise hergestellt ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, am Armelement zwei im Wesentlichen voneinander räumlich getrennte Schweißabschnitte, d.h. erster und zweiter Schweißabschnitt, und somit zwei vorzugsweise voneinander getrennte Schweißnahtbereiche vorzusehen, an welchen das Armelement an dem Achsrohr festlegbar ist, oder vorzugsweise festgelegt ist. Durch die räumliche Trennung der beiden Schweißabschnitte lässt sich insbesondere eine Spannungskonzentration im Bereich der Seitennähte bei Belastung der Verbindung zwischen Armelement und Achsrohr vermeiden und es können somit eine höhere Lebensdauer und auch höhere Maximalkräfte erreicht werden, welche vom Armelement auf das Achsrohr und umgekehrt übertragen werden können. Gleichzeitig ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, den Verlauf oder mit anderen Worten die Geometrie des ersten und des zweiten Schweißabschnittes derart zu optimieren, dass diese an einen optimalen Kraftfluss zwischen Armelement und Achsrohr angepasst werden. So können insbesondere gerundete Seitennahtgeometrien vorgesehen sein, bei welchen der Effekt der Materialverhärtung im Bereich einer Seitennaht ausgenutzt werden kann, um die Festigkeit der Verbindung zwischen Armelement und Achsrohr zu steigern und gleichzeitig die Gefahr eines Sprödbruches zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Lenkereinheit vorgesehen umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Armelements und eines Tragelements, wobei das Armelement einen Halteabschnitt aufweist, und wobei das Tragelement einen Eingriffsabschnitt aufweist; Herstellen eines formschlüssigen Eingriffs zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt; Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Armelement und dem Tragelement im Bereich des Halteabschnitts und des Eingriffsabschnitts und/oder zwischen dem Armelement und einem Achsrohr. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der formschlüssige Eingriff zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt vor der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Tragelement und dem Armelement hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus das der formschlüssige Eingriff zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt und somit zwischen dem Armelement und dem Tragelement auf besonders einfache Weise, durch einfaches Einrasten des Eingriffsabschnitts im Halteabschnitt herstellbar ist. Auf diese Weise kann zur Herstellung der Lenkereinheit zunächst der formschlüssige Eingriff durch einen Monteur ohne weiteres Zusatz Werkzeug hergestellt werden, wobei das Armelement und das Tragelement nach Herstellen des formschlüssigen Eingriffs vorzugsweise bereits in der Position fixiert sind, in welcher anschließend eine stoffschlüssige Verbindung zwischen beiden Elementen oder zwischen dem Armelement und einem Achsrohr hergestellt wird. Der Halteabschnitt und der Eingriffsabschnitt fungieren somit als Positionierungshilfe zur Festlegung der beiden Elemente der Lenkereinheit. Vorzugsweise ist zwischen dem Armelement und dem Tragelement weiterhin ein Achsrohr angeordnet welches durch Herstellung des formschlüssigen Eingriffs ebenfalls relativ zum Armelement und zum Tragelement fixiert ist. Vorzugsweise können somit in einem ersten Verfahrensschritt sämtliche Baueinheiten der Lenkereinheit durch formschlüssigen Eingriff zueinander in einer Position gehalten werden in welcher anschließend mit einem einzigen zweiten Verfahrens Schritt sämtliche Schweißnähte zwischen dem Armelement und dem Tragelement, sowie zwischen dem Achsrohr, dem Armelement und dem Tragelement hergestellt werden können.
Besonders bevorzugt wirkt der formschlüssige Eingriff längs einer Halteebene und wird durch Verlagerung des Tragelements quer zur Halteebene relativ zum Armelement hergestellt. Besonders bevorzugt ist dabei der Halteabschnitt ein aus der Halteebene herausragender Vorsprung, an welchem das Tragelement mit seinem Eingriffsabschnitt durch Verlagerung des Tragelements quer zur Halteebene in Eingriff bringbar ist. Insbesondere bevorzugt sind keinerlei zusätzliches Werkzeug oder zusätzliche Fixierungshilfen nötig, um das Tragelement am Armelement formschlüssig festzulegen. Insbesondere bevorzugt wird das Tragelement am Armelement dabei durch die Wirkung der Schwerkraft daran gehindert, sich quer zur Halteebene wieder außer Eingriff mit dem Halteabschnitt zu bringen.
Besonders bevorzugt wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Tragelement und dem Armelement durch ein thermisches Schweißverfahren hergestellt. Hierbei hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders ein Schutzgasschweißverfahren bewährt, da es die höchsten Schweißnahtgüte und eine besonders gleichmäßige Erhitzung im Bereich der Schweißnähte ermöglicht, wodurch Thermospannungen im Material der Lenkereinheit vermindert werden können.
Besonders bevorzugt wird nach Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung im Bereich des Halteabschnitts und des Eingriffsabschnitts ein Achsrohr an einem ersten Schweißabschnitt und/oder an einem zweiten Schweißabschnitt des Armelements festgelegt. Insbesondere bevorzugt sind dabei die drei Bauteile Armelement, Tragelement und Achsrohr bereits zueinander in Position gebracht, wobei jedoch zunächst die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt, insbesondere bevorzugt mittels eines Schweißverfahrens, hergestellt ist und wobei anschließend das Armelement mit dem Achsrohr verschweißt wird. Besonders bevorzugt ist dabei der erste Schweißabschnitt und/oder der zweite Schweißabschnitt des Armelements als Aussparung ausgebildet, wobei entlang dessen Innenkante eine Schweißnaht zwischen dem Achsrohr und dem Armelement herstellbar ist.
Alternativ bevorzugt wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen Armelement und dem Tragelement im Bereich des Halteabschnitts und des Eingriffsabschnitts erst hergestellt nachdem das Armelement und/oder das Tragelement an dem Achsrohr stoffschlüssig festgelegt sind. Auf diese Weise wird der Formschluss zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt nicht durch Aufweichen während eines Schweißvorganges gestört. Besonders bevorzugt kann, während der Formschluss zwischen dem Halteabschnitt und dem Eingriffsabschnitt die genaue Position zwischen Tragelement und Armelement sichert, die Schweißverbindung zwischen dem Achsrohr und dem Armelement und zwischen dem Achsrohr und dem Tragelement hergestellt werden. Abschließend kann dann auch zwischen dem Armelement und dem Tragelement im Bereich des Halteabschnitts und des Eingriffsabschnitts eine Schweißverbindung hergestellt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es versteht sich, dass einzelne Merkmale welche nur in eine der gezeigten Ausführungsformen verwirklicht sind auch in anderen Ausführungsformen zum Einsatz gelangen können, sofern dies nicht explizit oder aufgrund technischer Gegebenheiten ausgeschlossen ist.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Armelements,
2 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkereinheit, und
3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkereinheit.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Armelements 42. Das Armelement weist vorzugsweise einen Fügebereich zur Aufnahme eines Achsrohres 2 (nicht gezeigt) auf. Dieser Fügebereich erstreckt sich zumindest bereichsweise gleichmäßig um eine Rohrachse A gekrümmt. Der Fügebereich ist dabei insbesondere dafür ausgelegt, möglichst vollflächig an einem Achsrohr 2 zur Anlage zu gelangen. Benachbart zum Fügebereich weist das Armelement 42 einen Halteabschnitt 6 auf, welcher sich vorzugsweise im Wesentlichen längs oder parallel zur Rohrachse A erstreckt. Der Halteabschnitt 6 steht vorzugsweise von einer Halteebene H ab, wobei die Halteebene H im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Armelements 42 im Bereich des Halteabschnitts 6 ausgerichtet ist. Besonders bevorzugt ist die Halteebene H dabei verschwenkt zur Horizontalen ausgerichtet, so dass ein am Halteabschnitt 6 eingreifendes Tragelement 44 (nicht gezeigt) durch die Wirkung der Schwerkraft und einen formschlüssigen Eingriff mit dem Halteabschnitt 6 an dem Armelement 42 gehalten ist. Der Halteabschnitt 6 sichert ein an ihm eingreifendes Tragelement 44 (nicht gezeigt) vorzugsweise gegen Verlagerung längs oder parallel der Halteebene H in zumindest 3 Halterichtungen R_H. Zwei der Halterichtungen R_H verlaufen dabei vorzugsweise kollinear zueinander und einander entgegenlaufend. Insbesondere bevorzugt verlaufen die beiden Halterichtungen R_H dabei parallel zur Rohrachse A. Insbesondere bevorzugt weist der Halteabschnitt 6 eine längliche Querschnittsgeometrie auf, welche bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ersichtlich ist.
2 zeigt eine Schnittansicht der bereits in 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkereinheit. Dabei sind neben dem Armelement 42 auch das Tragelement 44, sowie das Achsrohr 2 dargestellt. 2 zeigt dabei insbesondere die Position der drei Bauteile der Lenkereinheit zueinander in welcher eine Schweißverbindung zwischen den Bauelementen hergestellt werden kann. Zu erkennen ist der in der Schnittansicht im Wesentlichen keilförmige Querschnitt des Halteabschnitts 6. Weiterhin ist die Haltefläche 62 des Halteabschnitts 6 offenbart, welche mit einem Winkel α relativ zur Halteebene H verschwenkt angeordnet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Winkel α ca. 85–90°. Das Tragelement 44 ist dabei derart relativ zum Halteabschnitt 6 angeordnet, dass es noch nicht vollständig in Eingriff mit dem Halteabschnitt 6 steht, sondern ein Spalt zwischen der entsprechenden Anlagefläche des Eingriffsabschnitts 7 und der Haltefläche 62 vorhanden ist. Besonders bevorzugt stützen sich dabei das Armelement 42 und das Tragelement 44 jeweils an dem Achsrohr 2 ab, wobei nach Herstellen des Formschlusses zwischen Eingriffsabschnitt 7 und Halteabschnitt 6 eine Schweißverbindung zwischen dem Achsrohr 2, dem Armelement 42 und dem Tragelement 44 hergestellt werden kann. Weiterhin bevorzugt weist der Bereich zwischen dem formschlüssigen Eingriff des Halteabschnitts 6 und des Eingriffsabschnitts 7 eine Schweißfuge 8 auf, wobei die Schweißfuge 8 insbesondere dafür ausgelegt ist, eine gleichmäßige Verteilung von Schweißgut bei der Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem Armelement 42 und dem Tragelement 44 zu erreichen. Das Tragelement 44 stützt sich vorzugsweise mit einer Stützfläche 45 am Achsrohr 2 ab und ist insbesondere bevorzugt entlang dieser Stützfläche 45 mit dem Achsrohr 2 verschweißbar.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform des Armelements 42. Dabei ist an der linken Seite des Armelements 42 vorzugsweise der Bereich der schwenkbaren Aufhängung des Armelements am Rahmen eines Nutzfahrzeuges vorgesehen. In diesem Bereich erstreckt sich das Armelement 42 vorzugsweise ebenensymmetrisch zu einer Lenkermittenebene L. Weiterhin ist verdeutlicht, dass der Halteabschnitt 6 sich im Wesentlichen ebenensymmetrisch zu einer Haltemittenebene M erstreckt, wobei die Haltemittenebene M von der Lenkermittenebene L beabstandet ist. Insbesondere bevorzugt ist die Haltemittenebene parallel zur Lenkermittenebene L ausgerichtet. Der Versatz V zwischen der Haltemittenebene M und der Lenkermittenebene L steht dabei in einem besonders bevorzugten Verhältnis von 0,2–0,3 zur Breite des Armelements 42 im Bereich seiner schwenkbaren Lagerung. Weiterhin ist in 3 der zweite Schweißabschnitt 54 des Armelements 42 dargestellt, welcher vorzugsweise als Aussparung ausgebildet ist und entlang dessen Innenkante eine Schweißverbindung mit einem Achsrohr 2 (nicht gezeigt) herstellbar ist.
Bezugszeichenliste

6: Halteabschnitt
7: Eingriffsabschnitt
8: Schweißfuge
42: Armelement
44: Tragelement
45: Stützfläche
52: erster Schweißabschnitt
54: zweiter Schweißabschnitt
62: Haltefläche
α: Haltewinkel
H: Halteebene
L: Lenkermittenebene
M: Haltemittenebene
R_H: Halterichtung
V: Versatz

Claims

Lenkereinheit, insbesondere zum Einsatz in Nutzfahrzeugen, umfassend ein Armelement (42) und ein Tragelement (44), wobei das Armelement (42) einen Halteabschnitt (6) und das Tragelement (44) einen Eingriffsabschnitt (7) aufweist, wobei der Halteabschnitt (6) und der Eingriffsabschnitt (7) in formschlüssigen Eingriff bringbar sind, derart, dass das Tragelement (44) gegen Verlagerung relativ zum Armelement (42) in zumindest drei in einer Halteebene (H) liegenden Halterichtungen (R_H) gesichert ist.
Lenkereinheit nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Halteabschnitt (6) und dem Eingriffsabschnitt (7) eine Schweißfuge (8) zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem Armelement (42) und dem Tragelement (44) gebildet ist.
Lenkereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halteabschnitt (6) eine erste Haltefläche (62) aufweist, an welcher der Eingriffsabschnitt (7) zur Anlage bringbar ist, wobei sich die Haltefläche (62) quer zur Halteebene (H) erstreckt.
Lenkereinheit nach Anspruch 3, wobei zwischen der Haltefläche (62) und der Halteebene (H) ein Haltewinkel (α) gebildet ist, welcher kleiner als 91°, vorzugsweise 45° bis 90° und besonders bevorzugt ca. 75°–85° ist.
Lenkereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erstreckung des Halteabschnitts (6) parallel zu einer Rohrachse (A) größer ist als quer zur Rohrachse (A).
Lenkereinheit nach Anspruch 5, wobei die Erstreckung des Halteabschnitts (6) quer zur Rohrachse (A) ein 0,1- bis 0,85-faches, vorzugsweise ein 0,15- bis 0,4-faches und besonders bevorzugt ein 0,2- bis 0,3-faches der Erstreckung des Halteabschnitts (6) längs der Rohrachse (A) ist.
Lenkereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Armelement (42) im Bereich seiner schwenkbaren Aufhängung ebenensymmetrisch zu einer Lenkermittenebene (L) ausgebildet ist, wobei der Halteabschnitt (6) ebenensymmetrisch zu einer Haltemittenebene (M) ausgebildet ist, welche vorzugsweise parallel zur Lenkermittenebene (L) steht, wobei die Haltemittenebene (M) und die Lenkermittenebene (L) um einen Versatz (V) voneinander beabstandet sind.
Lenkereinheit nach Anspruch 7, wobei der Versatz (V) zur Erstreckung des Armelements (42) quer zur Lenkermittenebene (L) im Bereich der schwenkbaren Aufhängung des Armelements in einem Verhältnis von 0,05 bis 0,6, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 und besonders bevorzugt von ca. 0,25 bis 0,35 steht.
Verfahren zur Herstellung einer Lenkereinheit, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Armelements (42) und eines Tragelements (44), wobei das Armelement (42) einen Halteabschnitt (6) aufweist, und wobei das Tragelement (44) einen Eingriffsabschnitt (7) aufweist, b) Herstellen eines formschlüssigen Eingriffs zwischen dem Halteabschnitt (6) und dem Eingriffsabschnitt (7), c) Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung c.1) zwischen dem Armelement (42) und dem Tragelement (44) im Bereich des Halteabschnitts (6) und des Eingriffsabschnitts (7), und/oder c.2) zwischen dem Armelement (42) und einem Achsrohr (2).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung im Bereich des Halteabschnitts (6) und des Eingriffsabschnitts (7) ein Achsrohr (2) an einem ersten Schweißabschnitt (52) und/oder an einem zweiten Schweißabschnitt (54) des Armelements (42) festgelegt wird.