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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein starres Nutzfahrzeugfahrwerk für Anhänger. Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk, bei denen das linke und rechte Rad über einen quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordneten starren Achskörper miteinander verbunden sind und das Fahrwerk über zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende, drehbar gelagerte Längslenker geführt wird. Derartige Fahrwerke werden auch als auch Koppel- oder Verbundlenkerachsen bezeichnet, da sie bei Kurvenfahrt oder unebener Fahrbahn eine unterschiedliche Einfederung des linken und rechten Rades aufgrund der verwindungsweichen Verformung der Fahrwerkträger zulassen. Um den Kraftstoffverbrauch schwerer Nutzfahrzeugkombinationen zu reduzieren, wird erwogen, einzelne Achsen im Anhänger mit elektrischen Antriebseinheiten auszustatten, um überschüssige kinetische Energie elektrisch zu rekuperieren.
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Stand der Technik
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Die Patentschrift
DE 10110 495 B4 zeigt ein marktübliches Nutzfahrzeugfahrwerk. Der sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckende Achskörper besteht aus einem hohlen, strangförmigen Achskörperprofil. Das Vierkantprofil ist an seinen beiden Enden mit Achsschenkeln verbunden, die zur Lagerung der Räder dienen. Zwei sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckende Längslenker aus Federstahl sind mit den lateralen Enden des Achskörpers verschraubt. Im vorderen Bereich sind die Längslenker über Drehgelenke an mit dem Fahrzeugchassis verbundenen Haltekonsolen gelagert. Am hinteren Ende der Längslenker sind erste Federfußpunkte von Fahrwerkfedern in Form von Fahrwerkfederbälgen befestigt. Die anderen Federfußpunkte der Fahrwerkfederbälge sind an dem Fahrzeugchassis abgestützt. Zwischen den Längslenker und dem Fahrzeugchassis sind des Weiteren jeweils Stoßdämpfer angeordnet. Gemäß
DE 10110 495 B4 ist der dem Drehgelenk abgewandte Endbereich des Längslenker, an dem sich der erste Federfußpunkt des Fahrwerkfederbalges abstützt, nach unten gekröpft, womit ermöglicht wird, dass der Abstützpunkt des Federfußpunktes des Fahrwerkfederbalges relativ zu dem Achsschenkel niedriger angeordnet werden kann, wodurch sich eine kompakte Bauweise ergeben soll. An einer derartigen Anordnung ist es nicht möglich, eine elektrische Antriebseinheit anzuschließen. Es gibt zum einen keine Anschlussstelle und zum anderen hat der geschlossene Achskörper keinen Durchgang für eine Antriebswelle, so dass die Räder nicht mit einer elektrischen Maschine verbunden werden könnten.
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Die Patentschrift
EP 1 572 476 B1 zeigt ein Fahrwerk, bei dem die Längslenker nicht aus Federstahl, sondern als hohlkastenförmige Blechkonstruktion ausgeführt sind. Die Längslenker umschließen den Achskörper, wobei aber die Position der Fahrwerkfeder im Wesentlichen erhalten bleibt und sich gegen einen zusätzlichen Luftbalgträger abstützt. Bei dieser Konstruktion werden der Achskörper und die Führungslenker maßgeblich auf Biegung belastet. Insbesondere an den Verbindungsstellen zwischen Achskörper und Längslenker treten hohe Kerbspannungen auf. Um diese Spannungen auf ein zulässiges Maß zu reduzieren, wird die Wandstärke des Achskörpers so dimensioniert, dass er die Kerbspannungen in der Einspannstelle erträgt. Auch bei dieser Anordnung ist es nicht möglich, eine elektrische Antriebseinheit anzuschließen.
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Die
EP 3 257 691 B1 zeigt ein Nutzfahrzeugfahrwerk in Tragwerkbauweise, mit dem die Masse des Fahrwerkes reduziert werden kann. In dem Nutzfahrzeugfahrwerks-Tragwerk werden der Achskörper und die Längslenker skelettartig mit mehreren Streben gebildet. In einem derartigen Tragwerk sind nicht einzelne Träger mechanisch in Reihenschaltung hintereinandergeschaltet, sondern die Streben des Tragwerks sind fachwerkartig verzweigt oder ringartig ausgebildet, sodass mehrere Streben eine räumliche Struktur aufspannen. Das Nutzfahrzeugfahrwerks-Tragwerk weist eine untere Querstrebe sowie eine obere Achsquerstrebe auf, die die Fahrwerkfedern ringförmig umschlingt. Die obere Achsquerstrebe ist mit der unteren Querstrebe über mindestens eine Diagonalstrebe verbunden. Die Längslenker sind als dreieckförmige Streben ausgebildet und mit der unteren Querstrebe verbunden sind. In dieser Schrift wird ausgeführt, dass das Tragwerk in seinem Inneren Raum für eine elektrische Antriebseinheit bietet. Es wird aber nicht ausgeführt, wo genau eine solche elektrische Maschine positioniert werden kann. Die Luftfederbälge versperren den Weg zu den Achszapfen. Ungelöst bleibt das Problem, wie eine steife elektrische Maschine in ein verwindungsweiches Fahrwerk integriert werden soll. Dabei ist davon auszugehen, dass ein derartiges Fahrwerk im realen Betrieb mehr als 100 mm verwindet. Der Luftspalt zwischen Rotor und Stator in einem Elektromotor hingegen ist kleiner als 1mm. Eine Deformation des Elektromotors von mehr als 1mm würde diesen zerstören.
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Die
DE 10 2019 107 673 zeigt eine starre Achse mit einer sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden und fahrzeugaußen mit einer Radnabenlagerung versehenen Fahrzeugachse, die sich in ihrer Achslängsrichtung aus einzelnen, starr miteinander verbundenen Achsabschnitten zusammensetzt, und mit einem an der Fahrzeugachse befestigten, mindestens eine Fahrwerkskomponente des Fahrwerks tragenden Anschlusselement. Es soll ein Fahrwerk geschaffen werden, dessen Fahrzeugachse besonders variabel hinsichtlich der mechanischen Ankopplung verschiedener Fahrwerkskomponenten ist. Der Achskörper dieser Anordnung ist erheblich verwindungs- und biegesteifer als bei den zuvor gezeigten Fahrwerken und eignet sich nicht als Koppellenkerachse. Die Elektromotoren übertragen die durch die Achslast verursachten Biege- und Torsionskräfte im Achskörper. Damit die Elektromotoren keinen Schaden nehmen, ist die Konstruktion sehr steif ausgelegt.
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Die
DE10 2027 006 403 zeigt eine Antriebsvorrichtung mit besonders kompakter Anordnung. Sie ist bestimmt für Achsaufhängungskonzepte wie beispielsweise Verbundlenkerachsen und Schräglenkerachsen. Es wird vorgeschlagen, dass in axialer Richtung der ersten elektrischen Maschine die zweite elektrische Maschine zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Rad angeordnet ist. Ferner ist in axialer Richtung der zweiten elektrischen Maschine die erste elektrische Maschine zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem zweiten Rad angeordnet. Die jeweilige axiale Richtung verläuft beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung beziehungsweise parallel dazu oder fällt mit der Fahrzeugquerrichtung zusammen. Bei der Anordnung der zweiten elektrischen Maschine in axialer Richtung der ersten elektrischen Maschine zwischen dieser und dem ersten Rad ist nicht notwendigerweise vorgesehen, dass das erste Rad in Fahrzeugquerrichtung nach innen beziehungsweise zur ersten elektrischen Maschine hin durch die zweite elektrische Maschine überdeckt ist beziehungsweise dass die erste elektrische Maschine in Fahrzeugquerrichtung zum ersten Rad hin durch die zweite elektrische Maschine überdeckt ist. Diese Anordnung erhöht die Kosten und das Eigengewicht der gesamten Konstruktion, da die Elektromotoren über lange Gelenkwellen mit den Radnaben verbunden sein müssen, um bei einer Verwindung des Fahrwerkes keinen Schaden zu nehmen.
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Problemstellung
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Nach dem Stand derTechnik sind herkömmliche Anhängerachsen in Koppellenkerbauart nicht dafür ausgelegt, um daran eine elektrische Antriebseinheit zur Rekuperation überschüssiger Energie anzubinden. Dafür gibt es unterschiedliche Gründe: Zum einen fehlt eine mechanische Schnittstelle zur Montage einer elektrischen Antriebseinheit. Weiterhin gibt es keine Öffnung im Achskörper, die einen Korridor freigibt, um eine elektrische Antriebseinheit über Antriebswellen mit den Radnaben zu verbinden. Elektrifizierte Antriebsachsen sind dagegen aufwändig konzipiert, steifer, schwerer und mit erhöhten Kosten verbunden.
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In dreiachsigen Sattelanhängern wird erwogen, eine der drei Achsen mit einer elektrischen Antriebseinheit auszustatten, um den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeugkombination durch Rekuperation überschüssiger Energie zu reduzieren. Die Kombination einer elektrischen Antriebsache nach dem Stand der Technik mit relativ verwindungsweichen Verbundlenkerachsen führt zu einer unausgewogenen Lastverteilung bei Kurvenfahrt. Der Fahrzeugaufbau wankt bei Kurvenfahrt und stützt sich dabei gegen die Fahrwerke ab. Sofern die Fahrwerke eine unterschiedliche Wanksteifigkeit haben, wird das Wankmoment des Aufbaus unterschiedlich auf die Fahrwerke verteilt. In der Folge kommt es zu einer unausgewogenen und übermäßigen Belastung des Fahrzeugchassis sowie des steiferen Anhängerfahrwerkes.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein starres und zugleich verwindungsweiches Anhängerfahrwerk vorzuschlagen, dass sich durch ein geringes Eigengewicht auszeichnet, kostengünstig herzustellen ist und über eine Anschlussstelle für eine elektrische Antriebseinheit verfügt, so dass diese im Bedarfsfall mit dem Fahrwerk verbunden werden kann.
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Dabei soll die Verwindungseigenschaft des Fahrwerkes insbesondere die Torsionssteifigkeit zwischen linkem und rechtem Rad unabhängig davon sein, ob die Achse mit oder ohne elektrischer Antriebseinheit ausgerüstet wird.
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Weiterhin soll die Anordnung so beschaffen sein, dass die elektrische Antriebseinheit nicht durch die am Rad angreifenden vertikalen Achslasten verformt wird beziehungsweise durch die Verformungen des Fahrwerkes Schaden nimmt.
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Die Erfindung soll insbesondere in dreiachsigen Sattelanhängern eingesetzt werden, um unabhängig von der Anzahl der tatsächlich elektrifizierten Achsen eine gleichmäßige Belastung aller Fahrwerke sowie des Fahrzeugrahmens sicherzustellen und die elektrische Antriebseinheit vor einer durch das Fahrwerk hervorgerufenen Verwindung zu schützen.
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Lösung
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Figurenliste
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben in den 1 bis 5. Die Erfindung wird im Folgenden beschreiben.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 Perspektivische Gesamtdarstellung des starren Anhängerfahrwerkes mit Anbauteilen auf der in Fahrrichtung rechten Fahrzeugseite
- 2 Seitenansicht von rechts auf das Anhängerfahrwerk ohne Halteböcke, Fahrwerkfedern, Bremsen und Radnaben, geschnitten in einer parallel zu der vertikalen Fahrzeugmittelebene verlaufenen Lenkermittelebene
- 3 Draufsicht auf das Anhängerfahrwerk
- 4 Vorderansicht auf die Anhängerachse in der Achsmittelebene geschnitten
- 5 Perspektive Ansicht auf das linke Achsendstück
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Das erfindungsgemäße Anhängerfahrwerk ist in 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die beidseitigen Achsendstücke (1,2) haben an ihren äußeren Enden Lagersitze zur Lagerung der Radnaben. In 1 ist lediglich auf der rechten Fahrzeugseite die Radnabe und Bremse dargestellt. Die Achsendstücke sind über eine obere und eine untere Achsquerstrebe (7,8) miteinander verbunden. Die Achsquerstreben sind aus strangförmigen Hohlprofilen. In einer bevorzugten Ausführung sind die Achsquerstreben gerade und haben einen runden Querschnitt. Die obere und untere Achsquerstrebe (7,8) sind über mindestens ein Schubelement (9) miteinander verbunden. Das Schubelement besteht aus einem dünnen Blech, so dass es einerseits den Widerstand gegen Durchbiegung der Achse erhöht und andererseits der Verwindung der beiden Endstücke zueinander wenig Widerstand entgegensetzt. Der in vertikaler Richtung gesehenen Abstand der oberen und unteren Querstrebe erhöht in vorteilhafter Weise das Widerstandsmoment, so dass weniger Material eingesetzt werden muss als bei Achskörpern, die lediglich aus einem einzigen Profil hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Fahrwerk ist daher verhältnismäßig leichter als der Stand der Technik. Mit der Reduktion von Material sinken auch die Herstellkosten, da weniger Fertigungsmaterial erforderlich ist. Die Querstreben können mit den Achsendstücken (1,2) beispielsweise verschweißt oder verpresst werden.
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Die Querstreben und die Achsendstücke sind an ihren Enden etwa unter einem Winkel von 45 Grad zur Horizontalen abgelängt, so dass die Achsquerstreben stirnseitig einen ovalen Außenschnitt aufweisen. Die beiden Achsquerstreben sind in durchgehenden Aufnahmeöffnungen (17) der Achsendstücke (1,2) geführt. In einer bevorzugten Ausführung werden die Querstreben an ihren äußeren Enden mit den Endstücken verschweißt. Durch den ovalen Profilschnitt wird die Länge beziehungsweise der Umfang der zur Kraftübertragung erforderlichen Schweißnaht gegenüber einem kreisrunden Querschnitt vorteilhaft vergrößert.
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Die Achsendstücke bilden an ihrer zur Fahrzeugmittelebene gewandten Innenseite zwischen oberer und unterer Achsquerstrebe eine Stirnseite aus. Sofern das erfindungsgemäße Fahrwerk im Bedarfsfall mit einer elektrischen Antriebseinheit ausgerüstet werden soll, wird diese Stirnseite als Anschlussstelle (18) für eine elektrische Antriebseinheit (13) genutzt. Die Anschlussstelle dient zur Positionierung und Fixierung der elektrischen Antriebseinheit. Die elektrische Antriebseinheit wird mit Schrauben fest mit dem jeweiligen Achsendstück verbunden, so dass beide eine relativ verwindungssteife Einheit ausbilden. Aus Kostengründen kann auf die Ausbildung einer Anschlussstelle für den Fall verzichtet werden, dass die betreffende Achse nicht elektrifiziert ist. Dies ist beispielsweise in dreiachsigen Sattelanhängern sinnvoll, bei denen nicht alle Achsen elektrifiziert sind.
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Der Abstand zwischen oberer und unterer Achsquerstrebe (7,8) ist so bemessen, dass dazwischen auf jeder Fahrzeugseite eine elektrische Antriebseinheit (13) Platz findet. Als elektrische Antriebeinheit wird eine elektrische Maschine wahlweise mit oder ohne integriertem Übersetzungsgetriebe definiert. Das Übersetzungsgetriebe kann wahlweise auch in den Radnaben als Außenplanetengetriebe ausgebildet sein.
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In Fahrtrichtung vor der Achsmittelachse (16) erstrecken sich die Längslenker (3,4). Im vorderen Bereich der Längslenker sind Drehgelenke angeordnet, die über Halteböcke (15) mit dem Fahrzeugrahmen verbunden sind. Beim Ein- und Ausfedern schwenkt das Fahrwerk um die Drehachse der Drehgelenke. Die Längslenker (3,4) haben im hinteren Abschnitt vorzugsweise einen im Wesentlichen runden, rohrförmigen Querschnitt. Die Längslenker (3,4) sind an ihrem jeweiligen hinteren Abschnitt mit den Achsendstücken (1,2) verbunden.
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In Fahrtrichtung gesehen erstrecken sich hinter der Achsmittelachse die Federträger (5,6) von den jeweiligen Achsendstücken (1,2) bis zu den jeweiligen Fahrwerkfedern. Am hinteren Ende der Federträger (5,6) befinden sich Aufnahmen für die Fahrwerkfedern (14), die sich gegen den Fahrzeugrahmen abstützen. Als Fahrwerkfedern werden in schweren Nutzfahrzeuganhängern zumeist Rollbalgfedern eingesetzt. Die Federträger (5,6) haben im vorderen Abschnitt einen im Wesentlichen runden Querschnitt.
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Das erfindungsgemäße Anhängerfahrwerk wird in 2 in der Fahrzeugseitenansicht von rechts dargestellt. Das Fahrwerk ist in einer parallel zu der vertikalen Fahrzeugmittelebene verlaufenen Lenkermittelebene geschnitten dargestellt. Die Achsendstücke haben einen Durchgang (19), in dem Längslenker (3,4) und Federträger (5,6) gehalten und geführt werden. Die Längslenker (3,4) und die Federträger (5,6) durchstoßen die jeweiligen Achsendstücke (1,2) und werden von diesen vorzugsweise vollständig umschlossen. Die Längslenker (3,4) und die Federträger (5,6) durchdringen die Achsendstücke (1,2) unter einem Winkel von etwa 30° zu einer horizontalen Ebene. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Bremsen (11) mitsamt der Bremszylinder weiter nach oben gedreht werden können und somit die Bodenfreiheit des Fahrwerkes vergrößert wird.
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In einer vorteilhaften Ausführung werden die Längslenker spielfrei von den jeweiligen Achsendstücken umfasst, wobei der Durchgang (19) im Achsendstück und der dazugehörige Längslenker eine definierte Passung aufweisen. Die vorderen Enden der Federträger (5,6) werden in die hinteren Enden der Lenker geschoben. Wahlweise ist es auch möglich, dass die Federträger die Lenkerenden außen umfassen. Längslenker (3,4) und Federträger (5,6) werden miteinander verbunden, wobei sie miteinander verschraubt, verschweißt oder verklemmt sein können.
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Wahlweise ist es auch vorstellbar, dass Längslenker und Federträger einteilig ausgebildet sind. Prinzipiell ist es möglich, dass Längslenker (3,4) und Federträger (5,6) auch aus einem einzigen Integralbauteil bestehen. Wegen der Vielfalt unterschiedlicher Nutzfahrzeuge beziehungsweise aus Bauraumgründen sind aber eine Vielzahl unterschiedlicher Federträger (5,6) erforderlich. Somit hat es logistische Vorteile, Federträger (5,6) und Längslenker (3,4) zu trennen, um die geforderte Varianz flexibler abbilden zu können.
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Das erfindungsgemäße Fahrwerk ist in 3 in der Draufsicht dargestellt. Auf der rechten Fahrzeugseite sind der Haltebock (15), Fahrwerkfeder (14), Bremse (11) und Radnabe (10) dargestellt. Auf der linken Fahrzeugseite sind diese Bauteile nicht dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Fahrwerk ist in 4 in einer geschnittenen Vorderansicht dargestellt. Der Schnitt verläuft durch die Achsmittelachse, wobei die elektrische Antriebseinheite vom Schnitt ausgenommen ist. Die der Fahrzeugmittelebene zugewandten Stirnseiten der Achsendstücke (1,2) sind zwischen oberer und unterer Achsquerstrebe frei zugänglich. Sie verfügen über eine Anschlussstelle (18), um daran eine elektrische Antriebseinheit (13) anzubinden. Das Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit wird mit Schrauben mit dem jeweiligen Achsenstück befestigt. Die Achsendstücke (1,2) bilden einen zylinderförmigen hohlen Innenraum aus, durch den starre Antriebswellen (12) durchgeführt werden können. Über eine verhältnismäßig kurze Antriebswelle (12) ist die jeweilige elektrische Antriebseinheit mit der jeweiligen Radnabe (10) verbunden. Längslenker (3,4) und Federträger (5,6) haben um die Achsmittelachse (16) jeweils eine Öffnung, um Freiraum zur Durchführung einer Antriebswelle (12) zu schaffen.
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Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die verhältnismäßig torsionsweichen Achsquerstreben bei Kurvenfahrt oder beim Befahren einer unebenen Fahrbahn eine Verwindung der beiden Räder zueinander ermöglichen. Trotzdass die Achsendstücke (1,2) zueinander verwinden können, werden die Antriebswellen (12) nicht verformt, da die an den Rädern vertikal angreifenden Achslasten nicht durch die elektrische Antriebseinheit (13) geleitet werden. Aus diesem Grund kann als Verbindung zwischen elektrischer Antriebeinheit und Radnabe eine kostengünstige starre Antriebswelle montiert werden, ohne dass beispielsweise ein Kreuzgelenk erforderlich wäre. Die Antriebswelle (12) ist in einer vorteilhaften Ausführung über eine Keilwellenverzahnung mit der elektrischen Antriebseinheit (13) verbunden.
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5 zeigt das erfindungsgemäße linke Achsendstück (1) ohne weitere Fahrwerkbauteile. Das Achsendstück (1) verfügt an der zur Fahrzeugmittelebene gewandten Innenseite über eine Anschlussstelle (18), um daran im Bedarfsfall eine elektrische Antriebseinheit (13) anzuschließen. In Fahrzeuglängsrichtung ist im Achsendstück (1) ein Durchgang (19) zur Aufnahme der Längslenker und der Federträger ausgebildet, der Längslenker und Federträger vorzugsweise vollständig umschließt. Aus Bauraumgründen beziehungsweise um Kollisionen beispielsweise mit der Bremse oder dem Rad zu vermeiden, ist die Mittelachse dieses Durchganges gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung leicht verdreht. Parallel zur Achsmittelachse (16) versetzt sind eine obere und eine untere durchgehende Aufnahmeöffnung (17), die zur Aufnahme der Achsquerstreben bestimmt sind. Die Achsendstücke (1,2) können geschmiedet oder gegossen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsendstück linke Fahrzeugseite
- 2
- Achsendstück rechte Fahrzeugseite
- 3
- Längslenker rechts
- 4
- Längslenker links
- 5
- Federträger rechts
- 6
- Federträger links
- 7
- oberen Achsquerstrebe
- 8
- unteren Achsquerstrebe
- 9
- Schubelement
- 10
- Radnabe
- 11
- Bremse
- 12
- Antriebswelle
- 13
- elektrische Antriebseinheit
- 14
- Fahrwerkfeder
- 15
- Haltebock
- 16
- Achsmittelachse
- 17
- Aufnahmeöffnung Achsquerstreben
- 18
- Anschlussstelle für elektrische Antriebseinheit
- 19
- Durchgang für Längslenker und Federträger
- 20
- Keilwellenverzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10110495 B4 [0002]
- EP 1572476 B1 [0003]
- EP 3257691 B1 [0004]
- DE 102019107673 [0005]
- DE 102027006403 [0006]
