DE102022000365B3 - Offset link axle for vehicles with a low loading area height and large wheel diameters - Google Patents

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Abstract

Die gekröpfte Koppellenkerachse ist eine Halbstarrachse bei der die Anordnung von Schwingen (1) und Koppellenkern (2) in Form eines tiefen U mit steilen Flanken ausgebildet ist, wodurch sich sehr tiefliegende Chassisböden zwischen den Schwingen (1) montieren lassen, bei sehr geringem Platzbedarf der sich nahezu waagerecht bewegenden Koppellenker (2) unterhalb des Chassis (4)The cranked coupling arm axle is a semi-rigid axle in which the arrangement of swingarms (1) and coupling arms (2) is designed in the form of a deep U with steep flanks, which means that very low-lying chassis floors can be mounted between the swingarms (1), with very little space being required for the almost horizontally moving coupling link (2) below the chassis (4)

Description

Die weit verbreiteten Fahrradanhänger, wie sie für Kinder- ,Lasten-, und Tiertransport Verwendung finden, gehören zu den Fahrzeugen, an denen am häufigsten Räder mit grossen Laufraddurchmessern im Verhältnis zu den Fahrzeugabmessungen Verwendung finden. Am verbreitesten sind Einachsanhänger mit zwei Rädern. Bei einfacher, ungefederter Ausführung befindet sich ein Achsrohr unter dem Chassis an dessen beiden Enden sich am häufigsten Aufnahmebuchsen für Steckachsen mit Druckknopfverriegelung befinden, wie sie zur einfachen Montage und Demontage der Laufräder üblich sind. Die Chassis-Unterseite befindet sich bei Verwendung eines Achsrohres mindestens im Abstand des Laufradradius über der Fahrbahn. Bei hinreichend masshaltiger und steifer Fertigung des Chassis werden die Aufnahmebuchsen bisweilen auch ohne Achsrohr direkt am Chassis befestigt, wodurch die Chassisunterseite etwas tiefer gelegt werden kann. Soll die Chassisunterseite noch tiefer gelegt und auch noch gefederte Radaufhängungen verwendet werden, ergeben sich erhöhte mechanische Anforderungen bezüglich Masshaltigkeit und Verwindungssteifheit an das Chassis, um das Eigenlenkverhalten der Radaufhängungen innerhalb des tolerierbaren Rahmens zu begrenzen.The widespread bicycle trailers used to transport children, loads and animals are among the vehicles on which wheels with large wheel diameters in relation to the vehicle dimensions are used most frequently. The most common are single-axle trailers with two wheels. In the case of a simple, unsprung version, there is an axle tube under the chassis at both ends of which are most often sockets for quick-release axles with push-button locking, as are customary for easy assembly and disassembly of the wheels. When using an axle tube, the underside of the chassis is at least at the distance of the wheel radius above the road. If the chassis is manufactured with sufficient dimensional accuracy and rigidity, the mounting bushes are sometimes attached directly to the chassis without the axle tube, which means that the underside of the chassis can be lowered somewhat. If the underside of the chassis is to be lowered even further and spring-loaded wheel suspensions are also to be used, there are increased mechanical demands on the chassis in terms of dimensional accuracy and torsional rigidity in order to limit the self-steering behavior of the wheel suspensions within the tolerable framework.

Um an solchen Achskonstruktionen möglichst unerwünschtes Eigenlenkverhalten zu vermeiden, welches durch Verwendung von Bremsen und Antriebsmotoren noch verstärkt wird, bedarf es präziser Lagerung der die Räder aufnehmenden Kurbellenker entweder am Chassis, am Achsrohr oder am Verbundlenker.In order to avoid undesirable self-steering behavior on such axle constructions, which is exacerbated by the use of brakes and drive motors, precise mounting of the crank links accommodating the wheels is required either on the chassis, on the axle tube or on the torsion beam.

Soll die Chassisunterseite deutlich unter das Radhalbmessermass über der Fahrbahn abgesenkt werden, böte sich an, das durch Verwendung längerer Kurbellenker nach Art und Weise von geschobenen oder gezogenen Schwingen zu bewirken. Werden diese drehbar am Chassis montiert, muss sichergestellt sein, dass durch Steifigkeit des Chassis, Masshaltigkeit der Kurbellenkermontage und Beherrschung der Kurbellenkertorsion das Eigenlenkverhalten die beabsichtigten Eigenschaften aufweist. Bei Serienfahrzeugen, bei denen z.B. aufgrund unverhältnismässig grossen Fertigungsaufwandes keine den Ansprüchen an die Fahrwerksgeometrie für Spur - und Sturzkonstanz gemässe Masshaltigkeit von einem Exemplar zum anderen gewährleistet ist, muss angestrebt werden, diese durch die am Chassis befestigte Achskonstruktion zu bewirken, um letztlich bei jedem Exemplar gleiches Fahr- und Eigenlenkverhalten zu erzielen. Das trifft auch für die vom Beladungszustand und z.B. von Bodenwellen oder Hindernissen bedingte Verformung des Chassis zu.If the underside of the chassis is to be lowered well below the wheel radius above the road, it would be possible to achieve this by using longer crank links in the manner of pushed or pulled swingarms. If these are mounted rotatably on the chassis, it must be ensured that the self-steering behavior has the intended properties through the rigidity of the chassis, dimensional accuracy of the crank link assembly and control of the crank link torsion. In the case of production vehicles where, e.g. due to disproportionately large production costs, no dimensional accuracy from one example to the next that meets the requirements of the chassis geometry for toe and camber consistency is guaranteed, it must be attempted to achieve this through the axle construction attached to the chassis, in order ultimately to ensure that every example is identical to achieve the same driving and self-steering behavior. This also applies to the deformation of the chassis caused by the loading condition and e.g. bumps or obstacles.

Es ist bekannt, gefederte Radaufhängungen als Kurbellenkerachsen, Verbundlenkerachsen sowie Torsionslenkerachsen, befestigt an einseitig am Chassis oder einem Hilfsträger eingespanntem Blattfederelement, anzuwenden. Der Stand der Technik dazu ist in folgenden Druckschriften beschrieben:

  • US 2009 / 0 302 567 A1
  • EP 0 061 944 A1
  • FR 2 612 460 A1
  • DE 22 20 119 A
  • US 2004 / 0 188 973 A1
  • DE 10 2005 056 878 A1
  • WO 2012 / 059 597 A1
  • DE 36 36 878 A1
  • DE 10 2015 226 124 A1
It is known to use spring-loaded wheel suspensions as crank link axles, twist link axles and torsion link axles, fastened to leaf spring elements clamped on one side to the chassis or an auxiliary support. The state of the art is described in the following publications:
  • U.S. 2009/0 302 567 A1
  • EP 0 061 944 A1
  • FR 2 612 460 A1
  • DE 22 20 119 A
  • U.S. 2004/0 188 973 A1
  • DE 10 2005 056 878 A1
  • WO 2012 / 059 597 A1
  • DE 36 36 878 A1
  • DE 10 2015 226 124 A1

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, oben genannte Funktionsmängel, bedingt wegen ungenügender Maßhaltigkeit bei der Chassis-Fertigung, durch Montage von in sich maßhaltigen Achskörpern an diesen Chassis zu beheben.Proceeding from the state of the art, the invention is based on the object of remedying the above-mentioned functional deficiencies caused by insufficient dimensional accuracy during chassis manufacture by installing dimensionally accurate axle bodies on this chassis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Koppellenkerachse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, um die gestellten Anforderungen mit gegenüber anderen Konstruktionen verhältnismässig geringem Aufwand für die Befestigung der Achse am Chassis zu erfüllen.This object is achieved according to the invention by a coupling arm axle with the features of patent claim 1 in order to meet the requirements with relatively little effort for fastening the axle to the chassis compared to other constructions.

Koppellenkerachsen gehören zu den Halbstarrachsen, bei denen die Kurbellenker für die Radaufnahme mit biegesteifen aber dreh-elastischen Rohren oder Profilen verbunden sind, weshalb solche Achskörper auch als Verbundlenkerachsen bezeichnet werden. Diese Verbindungsteile erfüllen bei solchen Achsen auch die Funktion eines Stabilisators. Serienmäßig wurden solche Achsen in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts von der Firma Volkswagen eingeführt. Solche Achsen sind preiswert mit Gummilagern am Fahrzeugchassis zu befestigen, mit geringen Anforderungen an die Präzision der Lagerstellen bei geringen Fertigungskosten, weshalb dieses Konstruktionsprinzip sehr verbreitete Anwendung findet.Coupling arm axles are semi-rigid axles in which the crank arms for the wheel mount are connected to rigid but torsionally elastic tubes or profiles, which is why such axle bodies are also referred to as torsion beam axles. In such axles, these connecting parts also fulfill the function of a stabilizer. Such axles were introduced in series by the Volkswagen company in the 1970s. Such axles can be fastened inexpensively to the vehicle chassis with rubber bearings, with low demands on the precision of the bearing points and low production costs, which is why this design principle is very widespread.

Solche Achsen in bislang üblicher Bauweise gestatten jedoch keine tiefreichenden Chassiskonstruktionen und damit niedrige Flurhöhe des Fahrzeugs zwischen den Lagern des Achskörpers, weil sich dort gewöhnlich der Verbund- oder Koppellenker befindet. Dieser Einschränkung hilft die gekröpfte Koppellenkerachse ab, indem sie es gestattet, auch bei grossen Raddurchmessern zwischen den Schwingenarmen unterhalb der Schwingenlager und der Achsaufnahme der Räder niedrige Flurhöhe des Chassisbodens zu erzielen.However, such axles in the hitherto customary construction do not permit deep-reaching chassis constructions and thus low floor heights of the vehicle between the bearings of the axle body, because that is where the torsion or coupling link is usually located. The cranked link axle helps to overcome this limitation by allowing it to be placed between the swing arm arms below the swing arm bearings, even with large wheel diameters and the axle mounting of the wheels to achieve a low floor height of the chassis floor.

1 und 2 zeigen schematisch den Aufbau der Achse und deren Montage am Chassis (4) des Fahrzeugs. Zwischen mindestens zwei senkrecht am Chassis (4) mittels jeweils einem Schwingenlager (5) befestigten Schwingen (1), versehen mit jeweils einer Achsaufnahme für die Räder (6) befinden sich ein oder mehrere biegesteife aber drehelastische Koppellenker (2), kraftschlüssig mit den Schwingen (1) verbunden, als Verbindungsglieder zwischen den Schwingen (1). Koppellenker (2) und Schwingen (1) bilden ein aufrecht stehendes, oben offenes „U“, wie in 2 dargestellt. In betriebsbereiter Ruhelage des Fahrzeugs befinden sich die Koppellenker (2) nahezu senkrecht so weit unterhalb der Schwingenlager (5) wie es die beabsichtigte Flurhöhe des Chassis (4) in Abhängigkeit vom angestrebten Federweg erforderlich macht. 1 and 2 show schematically the structure of the axle and its assembly on the chassis (4) of the vehicle. One or more rigid but torsionally flexible coupling links (2) are located between at least two swingarms (1) which are attached vertically to the chassis (4) by means of a swingarm bearing (5) and are each provided with an axle mount for the wheels (6). (1) connected as connecting links between the wings (1). Coupling link (2) and swingarm (1) form an upright “U” open at the top, as in 2 shown. When the vehicle is in the operational resting position, the coupling links (2) are located almost vertically below the swingarm bearing (5) as far as the intended floor height of the chassis (4) requires, depending on the desired spring deflection.

Schwingen (1) und Koppellenker (2) können aus Metall, Kunststoff oder Holzverbundwerkstoffen gefertigt sein. Die Koppellenker (2) können als Rohre, Stabmaterial oder als Profile ausgebildet sein. Die Verbindung kann durch Schweissen, Schmieden, Pressung, Klebung, Laminieren oder Schraubmontage hergestellt werden. Ein Beispiel für Schraubmontage ist in 4 dargestellt. Zwischen unterer Lagerschale (10) und Schwinge (1) sind die Koppellenker (2), beispielhaft Quadrahtrohre, mittels Schrauben (12) eingespannt. Um bei dünnen Wandstärken der Koppellenker (2) unerwünschte Verformung unter Last zu vermeiden und ausreichend Einspannkraft durch die Klemmvorrichtung sicherzustellen, sind im eingespannten Bereich Füllstücke (11) mit Press-Sitz vorgesehen.Swingarm (1) and coupling link (2) can be made of metal, plastic or wood composite materials. The coupling links (2) can be designed as tubes, rod material or as profiles. The connection can be made by welding, forging, pressing, gluing, laminating or screw assembly. An example of screw mounting is in 4 shown. Between the lower bearing shell (10) and the swing arm (1), the coupling links (2), for example square wire tubes, are clamped by means of screws (12). In order to avoid unwanted deformation under load with thin wall thicknesses of the coupling link (2) and to ensure sufficient clamping force through the clamping device, filler pieces (11) with a press fit are provided in the clamped area.

In 3 sind die Mittelachsen der Koppellenker (2) in räumlicher Anordnung,geometrisch einen dreidimensionalen Körper umfassend, statt in einer Ebene flächig liegend dargestellt. Auf diese Weise lässt sich die Biegesteifigkeit der Konstruktion erhöhen ohne die Tordierbarkeit einzuschränken. Der gestrichelte Kreisabschnitt (9) zeigt die nahezu waagerecht verlaufende Bewegung des obersten Koppellenkers (2), der sich in Ruhelage nahezu senkrecht unter den Schwingenlagern (5) befindet, während die Achsaufnahme der Räder (6) am waagerechten Schwingenende auf und ab federn kann. Durch diese Anordnung wird bei geringem Abstand der Koppellenker (2) von der Chassisunterseite grösser Federweg der Achsaufnahme der Räder (6) erzielt. Ausserdem werden Anordnungen von geschobener Feder-/Dämpferkombination (7) und gezogener Feder-/Dämpferkombination (8) unterhalb der Chassisunterseite gezeigt. Damit lassen sich Schwingen (1) und Laufräder sehr eng an das Chassis (4) bauen und sich auch enge Radkästen verwirklichen.In 3 the central axes of the coupling links (2) are shown in a spatial arrangement, geometrically comprising a three-dimensional body, instead of lying flat in one plane. In this way, the flexural rigidity of the construction can be increased without restricting the torsion capability. The dotted circle section (9) shows the almost horizontal movement of the uppermost coupling link (2), which at rest is located almost vertically under the swing arm bearings (5), while the axle mount of the wheels (6) can bounce up and down on the horizontal end of the swing arm. With this arrangement, greater spring deflection of the axle mount of the wheels (6) is achieved with a small distance between the coupling link (2) and the underside of the chassis. In addition, arrangements of pushed spring/damper combination (7) and pulled spring/damper combination (8) are shown below the underside of the chassis. This means that swingarms (1) and wheels can be built very close to the chassis (4) and narrow wheel housings can also be realized.

Durch die biegesteife Ausführung der Koppellenkerachse lässt sich diese problemlos mit elastischen Schwingenlagern (5) oder mit Gelenklagern, wie sie z.B. in der DIN ISO 12240-1 aufgeführt sind, am Chassis (4) befestigen, ohne dass dessen Verformung oder Fluchtungsfehler der Lager Spur und Sturz der Koppellenkerachse beeinflussen. Im Falle einer elastischen Lagerung lässt sich die axiale Führung der Achse einfach und preiswert mit einem Panhardstab (3), wie in 2 dargestellt, bewirken. Bei Verwendung von Gelenklagern empfiehlt sich eine Anordnung mit Fest- und Loslager, dann ist der Panhardstab verzichtbar. Der verständlicheren Darstellung wegen sind in 2 Koppellenker (2) und Panhardstab (3) übereinander dargestellt, statt hintereinander. Durch Verstellung der Feder-/Dämpferelemente oder deren Widerlager lässt sich die optimale Position der Koppellenker (2) entsprechend der Zuladung gemäß Anspruch 1 erzielen. Damit ist die gekröpfte Koppellenkerachse auch besonders für kleine Transport-Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb als Hinterachse geeignet weil durch den Fortfall der Auspuffanlage und die schmalen Radkästen sich eine sehr tiefe, durchgehende Ladefläche mit maximaler Breite erzielen lässt, was dem gewerbetreibenden Fahrzeugnutzer sehr nützlich erscheinen dürfte.Due to the rigid design of the coupling arm axle, it can be easily attached to the chassis (4) with elastic swingarm bearings (5) or with spherical plain bearings, such as those listed in DIN ISO 12240-1, without the chassis (4) being deformed or misaligned influence the camber of the coupling link axle. In the case of an elastic bearing, the axis can be easily and inexpensively guided axially with a Panhard rod (3), as shown in 2 shown, effect. When using spherical bearings, an arrangement with a fixed and floating bearing is recommended, then the Panhard rod is not necessary. For the sake of clarity, in 2 Coupling link (2) and Panhard rod (3) shown one above the other instead of one behind the other. By adjusting the spring/damper elements or their abutments, the optimal position of the coupling link (2) can be achieved according to the load according to claim 1. This means that the cranked link axle is also particularly suitable for small transport vehicles with electric drive as the rear axle, because the elimination of the exhaust system and the narrow wheel housings allow a very deep, continuous loading area with maximum width to be achieved, which should appear very useful to commercial vehicle users.

BezugszeichenlisteReference List

1)1)
Schwingeswingarm
2)2)
Koppellenkercoupling link
3)3)
Panhardstabpanhard staff
4)4)
Chassischassis
5)5)
Schwingenlagerswing arm bearing
6)6)
Achsaufnahme der RäderAxle mount of the wheels
7)7)
geschobene Feder-Dämpfer-Kombinationpushed spring-damper combination
8)8th)
gezogene Feder-Dämpfer-Kombinationdrawn spring-damper combination
9)9)
Kreisabschnittcircle section
10)10)
untere Lagerschalelower bearing shell
11)11)
Füllstückefiller pieces
12)12)
Schraubescrew

Claims (8)

Koppellenkerachse in gekröpfter Ausführung für ein Fahrzeug mit mindestens einer Achse mit mindestens zwei Laufrädern mit grossem Durchmesser und niedriger Ladeflächenhöhe zwischen den Lagern des Achskörpers, bestehend aus mindestens zwei senkrecht am Chassis) (4) mittels jeweils einem Schwingenlager (5) befestigten Schwingen (1) und jeweils einer Achsaufnahme der Räder (6) sowie aus einem oder mehreren kraftschlüssig die Schwingen (1) verbindenden biegesteifen aber drehelastischen Koppellenkern (2), zusammen ein aufrecht stehendes, oben offenes „U“ bildend, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Chassis (4) zwischen den Schwingen (1) sich unterhalb der Schwingenlager (5) und der Achsaufnahme der Räder (6) befindet und dass die Koppellenker (2) in betriebsbereiter Ruhelage des Fahrzeugs sich nahezu senkrecht soweit unterhalb der Schwingenlager (5) befinden, wie es die Flurhöhe des Chassis (4) in Abhängigkeit vom angestrebten Federweg erforderlich macht.Coupling arm axle in a cranked design for a vehicle with at least one axle with at least two wheels with a large diameter and low loading area height between the bearings of the axle body, consisting of at least two swingarms (1) attached vertically to the chassis (4) by means of a swingarm bearing (5) each and one axle mount each of the wheels (6) and one or more rigid but torsionally flexible coupling links (2) connecting the rockers (1) in a non-positive manner, together forming an upright "U" open at the top, characterized in that the bottom of the chassis (4) between the Swingarms (1) are below the swingarm bearing (5) and the axle mount of the wheels (6) and that the coupling links (2) are located almost vertically below the swingarm bearing (5) when the vehicle is in the operational rest position, as is the floor height of the chassis (4) requires depending on the desired spring deflection. Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei nahezu senkrechter Federbewegung der Achsaufname der Räder (6) die Koppellenker (2) sich nahezu waagerecht unterhalb des Chassisbodens bewegen.Offset coupling arm axle after claim 1 characterized in that with an almost vertical spring movement of the axle mount of the wheels (6), the coupling links (2) move almost horizontally below the chassis floor. Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei elastischer Ausführung der Schwingenlager (5) die axiale Führung der Koppellenkerachse mittels Panhardstab (3) erfolgt.Offset coupling arm axle after claim 1 and 2 characterized in that in the case of an elastic design of the rocker bearing (5), the axial guidance of the coupling link axle is effected by means of a Panhard rod (3). Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass durch demontierbare untere Lagerschalen (10) an den Schwingen (1) sich einzelne oder mehrere Koppellenker (2) auswechseln lassenOffset coupling arm axle after claim 1 until 3 characterized in that one or more coupling links (2) can be replaced by removable lower bearing shells (10) on the rockers (1). Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Rohren oder Hohlprofilen für die Koppellenker (2) Füllstücke (11) mit Press - Sitz in die Koppellenker (2) im Bereich der Einspann-Stelle eingebracht werden.Offset coupling arm axle after claim 1 until 4 characterized in that when using tubes or hollow profiles for the coupling link (2) filler pieces (11) with a press - fit into the coupling link (2) in the area of the clamping point are introduced. Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Biegesteifigkeit der Koppellenkerachse die Koppellenker (2) in rämlicher Anordnung statt in einer Ebene flächig liegend an den Schwingen befestigt werden.Offset coupling arm axle after claim 1 until 5 characterized in that in order to increase the flexural rigidity of the coupling link axis, the coupling links (2) are fastened to the rockers in a spatial arrangement instead of lying flat in one plane. Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Chassisbodens waagerecht verlaufende Feder-Dämpfer-Kombinationen (7; 8) zwischen den Schwingen (1) und dem Chassis (4) montiert werden, entweder geschobene Feder-Dämpfer-Kombinationen (7) oder gezogene Feder-Dämpfer-Kombinationen (8).Offset coupling arm axle after claim 1 until 6 characterized in that below the chassis floor horizontally running spring-damper combinations (7; 8) are mounted between the rockers (1) and the chassis (4), either pushed spring-damper combinations (7) or pulled spring-damper combinations (8). Gekröpfte Koppellenkerachse nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass durch Verstellung der Feder-/Dämpferelemente (7 ; 8) oder deren Widerlager sich die optimale Position der Koppellenker (2) entsprechend der Zuladung gemäß Anspruch 1 erzielen lässt.Offset coupling arm axle after claim 1 until 7 characterized in that by adjusting the spring/damper elements (7 ; 8) or their abutments, the optimal position of the coupling link (2) is determined according to the load claim 1 can be achieved.
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