DE10210556B4

DE10210556B4 - Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE10210556B4
Application number: DE10210556A
Authority: DE
Inventors: Phillip John Britton
Original assignee: Boler Co
Current assignee: Boler Co
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2002-03-09
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2022-03-10
Also published as: US20020130477A1; MXPA02002597A; GB0106331D0; GB2373228B; CA2372621C; ITMI20020519A1; GB2373228A; CA2372621A1; FR2822123B1; FR2822123A1; DE10210556A1; US6776425B2; ITMI20020519A0; NZ517526A; GB0204049D0; TR200200661A2

Abstract

Fahrzeugachse, mit einer Achsschenkelbaueinheit, die mittels eines ersten Drehgelenkes (3) an eine Basis (4) angelenkt ist, wobei
– die Basis (4) ihrerseits mittels eines zweiten Drehgelenkes (7) an einen Achsträger (8) angeschlossen ist, wobei ferner
– Mittel vorgesehen sind, welche die Basis (4) zwischen wenigstens zwei Betriebspositionen verschwenken und in der betreffenden Position halten, wobei weiter
– das erste Drehgelenk (3) und das zweite Drehgelenk (7) einen Winkel zwischen sich einschließen, und wobei
– das erste Drehgelenk (3) unter Berücksichtigung eines ersten Nachlaufwinkels in der ersten Betriebsposition und unter Berücksichtigung eines zweiten Nachlaufwinkels in der zweiten Betriebsposition gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
– sich durch die beiden Drehgelenke (3, 7) definierte Verlängerungslinien (11, 12) unterhalb der Basis (4) schneiden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugachse nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und befasst sich insbesondere mit Lastkraftwagen sowie Anhängerfahrzeugen, welche mit einem ergänzenden Aufhängungs- und Achsensystem ausgerüstet sind, welches selbststeuernd ausgelegt ist bzw. einen sicheren Geradeauslauf gewährleistet.
Bei einer gattungsgemäßen Fahrzeugachse, wie sie durch die DE 16 55 636 B2 bekannt geworden ist, ist eine Achsschenkelbaueinheit realisiert, die über ein erstes Drehgelenk an eine Basis angelenkt ist. Die Basis ihrerseits ist mit Hilfe eines zweiten Drehgelenkes an einen Achsträger angeschlossen. Dabei lässt sich die Basis insgesamt zwischen wenigstens zwei Betriebspositionen verschwenken und in der betreffenden Position halten. Hierzu ist eine Zylinderkolbenanordnung vorgesehen. Dadurch lassen sich ein erster und zweiter Nachlaufwinkel realisieren.
Es ist allgemein bekannt, ein Fahrzeug mit einem selbststeuernden Achsensystem auszurüsten, bei welchem die Fahrzeugräder an einer gelenkig montierten Achse angeordnet sind, so dass die Fahrzeugräder frei geschwenkt werden können, um den gelenkten Fahrzeugrädern zu folgen, wenn diese beispielsweise eine Biegung oder Ecke auf der Straße beschreiben. Solche selbststeuernden Achsbaueinheiten sind mit erwähnenswerten Vorteilen gegenüber festen Achssystemen verbunden, weil hierdurch erhöhter Reifenverschleiß oder Beschädigungen an den Reifen durch Scherkräfte vermieden werden, die auf den Reifen bzw. das Fahrzeugrad im Sinne eines Rutschens einwirken, während es um die Ecke oder die Biegung läuft.
Bestehende Konstruktionen von selbststeuernden Achsen sind an alle Anforderungen angepasst (und sind sogar sicher bei großen Fahrzeuggeschwindigkeiten) während das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung fährt. Allerdings weisen die bekannten Ausgestaltungen erhebliche Probleme im Betrieb auf, wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung bewegt werden soll. Das kann so weit gehen, dass selbststeuernde Achsen teilweise mit Verschlussmitteln ausgerüstet sind, welche die Achse gegen Verschwenken blockieren, sobald eine Rückwärtsbewegung erforderlich ist. Das hat dann natürlich hiermit verbundenen Verschleiß an den Reifen der Fahrzeugräder bei der selbststeuernden Achse zur Folge.
Der Grund für dieses Hemmnis in Folge der Festsetzung des Gelenks der Achse unter Berücksichtigung eines bestimmten Nachlaufwinkels liegt darin, eine Bewegungslinie zur Verfügung zu stellen, welche sich von der Gelenkachse durch den Radmittelpunkt hin zu einem Punkt auf der Oberfläche des Reifens erstreckt, der mit der Straße in Kontakt ist. Indem die Achse mit einem bestimmten Nachlauf bzw. einem vorgegebenen Nachlaufwinkel ausgerüstet wird, lässt sich im Wesentlichen garantieren, dass die Fahrzeugräder der selbststeuernden Achse auf einer geraden Fahrtlinie gehalten werden, sobald das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung bewegt wird. Das heißt (nur) in Vorwärtsrichtung ist einwandfreier Geradeauslauf gewährleistet. Die selbststeuernde Achse folgt der gelenkten Achse sobald das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung um eine Ecke oder eine Biegung fährt. Dagegen bedingt die Blockade des Gelenks bei einer Fahrt in Rückwärtsrichtung Probleme mit dem Geradeauslauf sowie erhöhten Reifenverschleiß. Hier setzt die Erfindung ein.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Mittel zur Eliminierung der zuvor beschriebenen Bedienprobleme bei bekannten Anhänge- und Achsensystemen anzugeben, und zwar insbesondere wenn das zugehörige Fahrzeug in Rückwärtsrichtung bewegt wird.
Zur Lösung dieser Problemstellung ist eine gattungsgemäße Fahrzeugachse im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die beiden Drehgelenke definierte Verlängerungslinien unterhalb der Basis schneiden. Üblicherweise sind der erste und der zweite Nachlaufwinkel jeweils gleich bemessen und gegenüberliegend in Bezug zu einer Vertikalen angeordnet.
Bei dem Nachlaufwinkel handelt es sich bekanntermaßen um den Winkel, welchen die sogenannte Achsschenkelmittellinie mit der Vertikalen bildet, und zwar bezogen auf eine Ebene parallel zur Längsachse des Fahrzeugs. Normalerweise weist die Achsschenkelmittellinie eine Neigung nach hinten auf, was einen positiven Nachlaufwinkel nach sich zieht. Auf Grund dieser Neigung schneidet die Achsschenkelmittellinie die Fahrbahndecke nicht in der Mitte der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn, sondern davor. Der Abstand zwischen diesem Schnittpunkt und der Mitte der Kontaktfläche wird Nachlaufabstand oder kurz Nachlauf genannt (englisch: castor) und üblicherweise in Millimeter angegeben.
Das erste und das zweite Gelenk schließen zwischen sich in der Regel einen spitzen Winkel ein, welcher Werte zwischen 10° und 50°, vorzugsweise zwischen 15° und 30°, einnehmen mag.
Bei den besonderen Mitteln, welche die Basis verschwenken und in ihrer geforderten Betriebsposition halten, handelt es sich um auf dem Fahrzeugsektor unkritische Aggregate, die üblicherweise so ausgewählt sind, das sie von der oder von den Energiequellen an Bord des Fahrzeuges gespeist werden können. So empfiehlt die Erfindung bei einem Fahrzeug mit einem Druckluftsystem für beispielsweise Bremsen eins, zwei (oder auch mehr) Luftfedern an jeder Seite der Basis. Wenn eine Luftfeder von dem Druckluftsystem abgekoppelt also deaktiviert ist, kann die andere aktiviert werden und die Basis verschwenken sowie in der gewünschten Position halten bzw. verriegeln. Sollte das Fahrzeug demgegenüber mit einem hydraulischen System ausgerüstet sein, sind an dieser Stelle ein Hydraulikzylinder inklusive Kolben (oder mehrere solcher Baueinheiten) denkbar, und zwar solche, die in einer oder zwei Richtungen arbeiten, um die Basis zu verschwenken und in der gewünschten Position halten zu können. Grundsätzlich werden natürlich auch elektrisch arbeitende Stellmotoren oder Stellelemente umfasst.
Die Erfindung wird nun anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert, in welchen
1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse zeigt, und zwar in der Position für eine Vorwärtsfahrt;
2 entspricht der 1, allerdings mit der Maßgabe, dass die Achse für Rückwärtsfahrt eingerichtet ist;
3 und 4 zeigen Frontansichten der zugehörigen 1 und 2;
5 und 6 stellen Aufsichten auf die 3 und 4 dar;
7 ist eine rückwärtige Ansicht des Gegenstandes nach der 1 mit angebrachtem Fahrzeugrad und Fahrzeugreifen und
8 und 9 zeigen schematisch die Fahrzeugachse einmal für Vorwärts- und einmal für Rückwärtsfahrt.
In den Figuren ist ein Achsschenkel 1 beispielsweise für ein ergänzendes Aufhänge- und Achsensystem dargestellt. Dieser Achsschenkel 1 ist mit einer Befestigungsplatte 2 ausgerüstet, an welcher ein (lediglich in 7 dargestelltes) Fahrzeugrad direkt oder indirekt festgelegt wird. Der Achsschenkel 1 wird in Lagern an einer Basis 4 unter Bildung eines ersten Drehgelenkes 3 gehalten, so dass die Achse bzw. der Achsschenkel 1 frei gegenüber der Basis 4 schwenken kann. Die Basis 4 kann einstückig ausgeführt sein, besteht üblicherweise jedoch aus zwei maschinentechnisch hergestellten Komponenten 5, 6 die gegossen, geschmiedet oder sonstwie maschinell hergestellt worden sind und auf geeignete Art und Weise eine gegenseitige Sicherung und Festlegung eingehen. Die Komponente 6 verfügt über Lagerstellen zur Darstellung eines zweiten Drehgelenkes 7, welches die Basis 4 mit einem Fahrzeugrahmen oder einem Achsträger 8 verbindet.
Die ersten und zweiten Drehgelenke 3, 7 liegen in einer durch den Verlauf der Basis 4 festgelegten übereinstimmenden Ebene und schließen einen Winkel zwischen sich ein. Der Winkel ist spitz und nach unten hin zusammenlaufend ausgebildet (vgl. 7). Das heißt, durch die Drehgelenke 3, 7 hindurchgehende Verlängerungen 11, 12 schneiden sich in spitzem Winkel unterhalb der Basis 4 (vergleiche Bezugszeichen 11 und 12 in 7).
Anhand der 7 wird ferner deutlich, dass die jeweiligen Verlängerungen 11 und 12 durch die jeweiligen Drehgelenke 3 und 7 so verlaufen, dass sie (in der gezeigten Seitenansicht) möglichst zusammenfallen und im Übrigen einem Kontaktpunkt 13 eines Reifens 14 von einem am Achsschenkel 1 befestigten Fahrzeugrad so nah wie möglich kommen. Hierdurch lassen sich auf die Fahrzeugachse bzw. die zugehörige Achsschenkelbaueinheit wirkende betätigende und haltende Kräfte minimieren, welche auf die betreffenden Elemente durch den Reifen 14 einwirken.
An jeder Seite der Basis 4 findet sich ein Ausleger 9 zur Aufnahme eines Federelementes 10. Die Basis 4 und die beiden Ausleger 9 sind also in Aufsicht T-förmig mit in der Mitte des oberen T-Schenkels angeordneten zweitem Drehgelenk 7 ausgebildet. Bei dem Federelement 10 handelt es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um eine Luftfeder 10. Das Federelement bzw. die Luftfeder 10 verschwenkt die Basis 4 von ihrer Position gemäß den 1, 3, 5 und 8 in die Stellung nach den 2, 4, 6 und 9. Gleichzeitig sorgt das Federelement bzw. die Luftfeder 10 dafür, dass die Basis 4 in der einen oder anderen dieser Betriebspositionen gehalten bzw. in dieser Stellung verriegelt wird. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist an jedem Ausleger 9 jeweils ein Federelement 10 angeordnet.
Wie man anhand der 8 erkennt, verfügt das erste Drehgelenk 3 der Achse über einen positiven Nachlaufwinkel, wenn sich die Basis 4 in ihrer Position für eine Vorwärtsbewegung befindet. Hierdurch verläuft eine gestrichelt angedeutete Achsschenkelmittellinie durch den Mittelpunkt des Fahrzeugrades in Richtung auf einen Punkt im Radmantel, welcher vom Kontaktpunkt zwischen Reifen und Fahrbahn in Vorwärtsrichtung beabstandet ist. Es stellt sich also der bereits beschriebene Nachlaufabstand und der positive Nachlauf ein. Als Konsequenz hiervon kann im Wesentlichen garantiert werden, dass die mit der selbststeuernden Achse ausgerüsteten Räder der gelenkten Achse während einer normalen Vorwärtsfahrt folgen, und zwar entlang einer geraden Linie und auch dann, wenn das Fahrzeug um eine Ecke oder Biegung fährt.
Durch den eingestellten Nachlauf bzw. den hiermit verbundenen positiven Nachlaufwinkel läuft das Rad – ähnlich wie beim Fahrrad – „hinter der Gabel bzw. Achsschenkelmittellinie her” und bleibt dadurch in der Spur. Dieser Effekt kommt bekanntermaßen durch ein Rückstellmoment in Folge von Querkräften zustande, die an der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahndecke angreifen.
Sobald das Fahrzeug seine Fahrtrichtung (von Vorwärts- zu Rückwärtsfahrt) ändert, lassen sich die Federelemente bzw. Luftfedern 10 betätigen und verschwenken die Basis 4 um das zweite Drehgelenk 7 in die Position gemäß den 2, 4, 6 und 9. In dieser Stellung wird die Basis 4 wiederum festgehalten bzw. verriegelt. Wie in 9 angedeutet ist, verfügt das erste Drehgelenk 3 für die Achse bzw. den Achsschenkel 1 nun über einen negativen Nachlaufwinkel. Dabei erstreckt sich wiederum die Achsschenkelmittellinie durch den Mittelpunkt des Fahrzeugrades in Richtung auf einen Punkt des Reifenumfangs, welcher vom Berührungspunkt des Reifens mit der Fahrbahn beabstandet ist, und zwar nun in der Rückwärtsrichtung. Wenn man so will ist also in gleicher Weise ein (positiver) Nachlauf realisiert. Als Konsequenz hiervon ist wiederum sichergestellt, dass die selbststeuernde Achse der gesteuerten bzw. gelenkten Achse während der normalen Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges problemlos folgen kann.
Die jeweiligen (positiven und negativen) Nachlaufwinkel sollten größer als 3° eingestellt werden und vorzugsweise Werte von ca. 6° im Vergleich zur Vertikalen einnehmen. Dabei wird die Vertikale definiert durch den Achsmittelpunkt und den Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit der Fahrbahn. In Bezug auf diese Vertikale liegen sich die beiden betreffenden Nachlaufwinkel gegenüber.
Obwohl es nicht dargestellt ist, mag es sich empfehlen, zusätzliche Verriegelungsmittel vorzusehen, welche den Achsschenkel 1 gegen Verschwenken in Bezug auf die Basis 4 festlegen, wenn beispielsweise große Geschwindigkeiten (vorwärts oder rückwärts) beabsichtigt sind.

Claims

Fahrzeugachse, mit einer Achsschenkelbaueinheit, die mittels eines ersten Drehgelenkes (3) an eine Basis (4) angelenkt ist, wobei – die Basis (4) ihrerseits mittels eines zweiten Drehgelenkes (7) an einen Achsträger (8) angeschlossen ist, wobei ferner – Mittel vorgesehen sind, welche die Basis (4) zwischen wenigstens zwei Betriebspositionen verschwenken und in der betreffenden Position halten, wobei weiter – das erste Drehgelenk (3) und das zweite Drehgelenk (7) einen Winkel zwischen sich einschließen, und wobei – das erste Drehgelenk (3) unter Berücksichtigung eines ersten Nachlaufwinkels in der ersten Betriebsposition und unter Berücksichtigung eines zweiten Nachlaufwinkels in der zweiten Betriebsposition gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass – sich durch die beiden Drehgelenke (3, 7) definierte Verlängerungslinien (11, 12) unterhalb der Basis (4) schneiden.
Fahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Nachlaufwinkel in Bezug auf eine Vertikale gegenüberliegen und vorzugsweise gleich groß ausgebildet sind.
Fahrzeugachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verschwenken der Basis (4) und zu ihrem Halten in der gewünschten Betriebsposition von einer Energiequelle an Bord des Fahrzeuges gespeist werden.
Fahrzeugachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mitteln um zwei (oder mehr) Luftfedern (10) handelt, welche auf jeder Seite der Basis (4) angeordnet sind.
Fahrzeugachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftfeder (10) deaktiviert werden kann, während die andere Luftfeder (10) das Verschwenken der Basis (4) und ihr Halten in der gewünschten Betriebsposition bewirkt.
Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mitteln um wenigstens einen hydraulischen Kolben inklusive Zylinder handelt, welcher die Basis (4) verschwenkt und in ihrer gewünschten Position hält.
Fahrzeugachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei (oder mehr) jeweils in einer Richtung arbeitende Kolben und Zylinder vorgesehen sind, wobei sich ein Kolben deaktivieren lässt und der andere Kolben das Verschwenken der Basis (4) und ihr Halten bzw. Verriegeln in der gewünschten Betriebsposition bewirkt.
Fahrzeugachse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige hydraulische Kolben und Zylinder doppelt wirkend ausgebildet ist, um die Basis zu verschwenken und in der gewünschten Position zu halten.
Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten Drehgelenk (3) und dem zweiten Drehgelenk (7) in der Gegenrichtung jeweils definierten Winkel gegenüber der Vertikalen im Wesentlichen zusammenfallen und sich mit dem Berührungspunkt zwischen dem Fahrzeugrad an der Achsschenkelbaueinheit und der Fahrbahn decken.