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Kraftfahrzeug mit einer Starrachse Die Erfindung bezieht sich auf
ein Kraftfahrzeug mit an einer Starrachse angeordneten angetriebenen oder nicht
angetriebenen Laufrädern.
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Seitliche Störkräfte, z. B. Wind-, Fliehkräfte, versuchen, das rollende
Fahrzeug aus seiner Fahrtrichtung herauszudrehen. Diesen seitlichen Störkräften
tnüssen entsprechende Radführungskräfte entgegenwirken, wenn vermieden werden soll,
daß das Fahrzeug ständig aus seiner Bewegungsrichtung abdreht und damit fahrtrichtungsunstabil
wird. Man muß daher versuchen, eine Abstimmung zwischen den seitlichen Störkräften,
die auf den Aufbau wirken, und den entgegenwirkenden Bodenkräften bzw. deren Momenten
zu erreichen. Da aber die übertragbare Seitenführungskraft eines Luftreifens abhängig
ist von der Größe und Art des Reifens, seines. Luftdruckes, der Belastung und im
wesentlichen auch vom sogenannten Schräglaufwinkel, geht daraus eindeutig hervor,
daß es erwünscht ist, auch die Räder an einer starren Hinterachse schräg und mit
einem Sturz laufen zu lassen, wie es bereits an geteilten Hinterachsen mit unabhängig
aufgehängten Rädern, seit langer Zeit der Fall ist. Auch bei Vorderachsen ist es
schon lange üblich, die Vorderräder etwas schräg nach innen laufen zu lassen (sogenannte
Verspur oder Einzug), da man erkannt hat, daß Seitenführungskräfte bzw. Bodenkraftmomente
nur dann, von der Fahrbahn über die Reifen in das Fahrzeug übertragen werden können,
wenn die Räder schräg zur Fahrbahn abrollen.
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Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, auch bei an einer Starrachse
angeordneten angetriebenen oder nicht angetriebenen nicht lenkbarem Laufrädern den
Radebenen der Laufräder eine auch bei Fahrt beibehaltene, durch Sturz und Einzug
bestimmte Schrägstellung zur senkrechten Fahrzeugmittellängsebene zu geben.
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Diese Stellung der Antriebsräder war bisher ebenfalls nur möglich
bei geteilten Achsen mit unabhängig aufgehängten Rädern und wird, wo immer möglich,
angewendet, um eine abstützende Wirkung bei auftretenden Querkräften (Wind-, Fliehkräfte)
zu erzielen.
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Durch die' hier beschriebene Erfindung ist es nun möglich, den gleichen
Effekt auch an Fahrzeugen mit starren Antriebsachsen zu erzielen, indem die schräg
zueinander laufenden Antriebsräder eine Neigung zur Fahrzeugmitte .erhalten.
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Es ist zwar bereits bekannt, bei einer Starrachse einen Sturz der
Laufräder vorzusehen. In einem besonderen Fall ist dieser Radsturz sogar positiv,
d. h., der Radabstand ist unterhalb der Radachse kleiner als oberhalb der Radachse.
Alle diese Achsausführungen weisen aber nicht zugleich auch eine Verspur bzw. einen
Einzug der Räder auf. Es ist ferner bereits bekannt, ein federndes Achsrohr gekrümmt
auszuführen, so daß die Räder eine gewisse Verspur erhalten. Abgesehen davon, daß
hierbei keine echte Starrachse vorliegt, ist bei einer solchen Achse ein konstanter
Radsturz nicht zu verwirklichen.
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Es ist weiterhin ein Zwillingaradsystem für Schwerlastkraftwagen bekannt,
bei dem die Laufräder zur gewölbten Fahrbahndecke im wesentlichen senkrecht stehen.
Hierbei sind die Antriebshalbachsen derart unterteilt, daß die eine der Radantriebsachsen
winkelig zur anderen Antriebsachse angerdnet ist und das Drehmoment durch kegelige
oder hyperbolische Ritzel übertragen wird. Auch diese Achse weist indessen keinen
zur Vergrößerung der übertragbaren Seitenführungskraft erfindungsgemäß vorgeschlagenen
negativen Radsturz, verbunden mit einem Einzug der Räder, auf.
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In einer Ausführungsform der Erfindung bilden die die Laufräder aufnehmenden
Achsrohrhälften der Starrachse zueinander einen vorbestimmten festen Winkel, wobei
gleichzeitig die Laufradachsen mit den ihnen zugeordneten Achsen der Achsrohrhälften
im wesentlichen fluchten.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, das sich insbesondere auf
Kraftfahrzeuge mit je auf zwei Lagern laufenden Rädern, bezieht, bilden die radseitigen
Achsrohrenden zu den einander im wesentlichen fluchtenden Achsrohrhälften einen
die Schrägstellung der mit ihren. Naben auf diesen Achsrohrenden angeordneten. Laufräder
bestimmenden Winkel. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden somit Sturz
und Einzug durch die winkelige Lage des Achsrohres selbst festgelegt. Weiter kann
erfindungsgemäß
die Starrachse den Radantrieb aufnehmen, wobei
jeweils ein Ende der Radantriebswellen mit bal-Ligen, in radialer und/oder Umfangsrichtung
der Welle gekrümmten und in Keilnuten od. dgl. ihres Wellenlagers geführten Mitnehmern
versehen ist. Die Mitnehmer können als in Schlitze geführte Zapfen und Gleitsteine
ausgeführt sein. Ferner kann das radseitige Ende der Radantriebswelle in einem mit
Keilnuten versehenen zylindrischen Wellenlager einer an der Felge oder Bremstrommel
festen Radnabe aufgenommen sein. Zur Gewährleistung einer guten Betriebscharakteristik
ist zwischen Mitnehmern und Wellenlager ein als Kupplung wirkendes elastisches Futter
aus Gummi oder Kunststoff vorhanden. Die kraftschlüssige Verbindung von der Radantriebswelle
zur Radnabe kann auch über eine gabelarmige, kraftschlüssige, mit der Radantriebswelle
verbundene Büchse erfolgen, deren Querbolzen kreuzgelenkartig mit einem weiteren
Bolzen eines im Zapfen des Lagerdeckels angeordneten Bolzens verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die kraftschlüssige Verbindung
von Radantriebswelle zur Radnabe durch eine auf dem grafikeiligen radseitigen Ende
der Radantriebswelle kraftschlüssig angeordnete, mit einem Flansch versehene Zwischenbüchse,
wobei dieser Flansch mit ba.llig ausgebildeten, in nicht ballige Zähne des Lagerdeckels
eingreifenden Mitnehmerkeilen am ganzen oder einem Umfangteil versehen ist. Die
Kraftübertragung zur Radnabe kann in vereinfachter Form auch dadurch geschehen,
daß das radseitige. Ende der Radantriebswelle mit einem sternförmig verzahnten,
in der Mitte durch einen Anschlag begrenzten und in die Gegenverzahnung einer angetriebenen
Radnabe eingreifenden, ballig keilverzahnten Flansch versehen ist.
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Die Erfindung möge an Hand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert
werden, die schematische Ausführungsbeispiele darstellen: Abb. 1 zeigt die Draufsicht
auf die Fahrzeugachsen und veranschaulicht den Einzug; Abb.2 ist die Ansicht von
hinten auf das Kraftfahrzeug mit der Darstellung des Radsturzes; Abb.3 zeigt eine
Form der Starrachse mit dem Radantrieb; Abb.4 ist eine detaillierte Darstellung
des differentialgetriebeseitigen Endes der Radantriebswelle; Abla.5 und 6 zeigen
in Seiten- bzw. Stirnansicht die Keilverzahnung eines Kegelrades; Abb. 7 und 8 zeigen
die Ausführungsform der Keilnuten der Radantriebswelle; Abb. 9 und 10 sind eine
weitere Form der Lagerung der Radantriebswelle im Kegelrad; Abb. 11 zeigt den Radantrieb
bei vollfliegender Achse mit doppelter Lagerung des Laufrades auf dem Achsrohr;
Abb. 12 bis 15 zeigen weitere Ausführungsformen der laufradseitigen Anordnung der
Radantriebswelle an der Radnabe; Abb. 16 und 17 zeigen die in Abb. 15 dargestellte
verzahnte Büchse; Abb. 18 und 19 zeigen Einzelheiten der Gegenverzahnung zu Abb.
16 und 17; Abb. 20 bis 24 zeigen eine weitere Form der laufradseitigen Befestigung
der Radantriebswelle.
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In Abb. 1 wird in schematischer Draufsicht eine Hinterachse 11 mit
Achsrohrhälften 8 und 9 dargestellt, die an ihren Enden die Laufräder 10 aufnehmen.
Die Lauf radebenen r1-4, B-B sind infolge der winkligen Anordnung der Acbsrohrhälften
8, 9 zur Fahrzeuglängsmittelebene X, I', Z um einen Winkel nach innen geneigt, da
Ebene D parallel zur Ebene X, Y, Z ist, und ergeben die Vorspur b-c. Die
Anordnung der Laufräder 10 auf den Achsrohren ist im wesentlichen derart ausgeführt,
daß die Laufradachse mit der Achse der Achsrohre 8, 9 fluchtet.
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Abb. 2 veranschaulicht den Radsturz bei der Ansicht auf das Kraftfahrzeug
von hinten, indem hier die Laufradebene A-A bzw. B-B um einen Winkel a
zur
senkrechten Fahrzeuglängsmittelebene X, I', Z geneigt ist. Die Größe des Radsturzes
kann auch durch den Winkel y ausgedrückt werden, wobei a = y ist.
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Abb. 3 zeigt das Ausgleichsgetriebe 12, welches in bekannter Weise
über ein Tellerrad 13 die Kegelräder 14, 15 mitnimmt. Das Kegelrad 15 dient gleichzeitig
als Lager für das keilverzahnte Ende 17 der Radantriebswelle 16. Die Radantriebswelle
ist rnit ihrem flansehartigen Ende 18 in einem Wälzlager 19 aufgenommen und in bekannter
Weise entweder im Ende der Achsrohre gelagert und trägt das Laufrad 10 über Bolzen
od. dgl. in üblicher Weise oder ist an der Bremstrommel 20 befestigt. In diesem
Ausführungsbeispiel der sogenannten halbfliegenden Achse, wo die Radantriebswelle
16 auch auf Biegung beansprucht wird und zusammen mit dem Achsrohr 8 zur Fahrzeuglängsrichtung
einen Winkel bildet, erfolgt die Kraftübertragung vom Kegelrad 15 auf ballig, d.
h. gekrümmt ausgeführte Keilnuten 17a des Wellenlagers 17. Diese ballige Ausführung
ist erforderlich, um das Nichtfluchten der Radantriebswelle bezüglich der Achse
des Kegelrades 15 auszugleichen. Diese Ausführungsform wird in den Abb. 4 bis 8
eingehend dargestellt. Hierbei ist weniger wesentlich, welche Form die Mitnehmerkeile
am Ende der Radantriebswelle im einzelnen aufweisen, sondern vielmehr ihre ballige
Ausführungsform. Gegenüber den gekrümmten Mitnehmerkeilen 17a sind die Keilnuten
21 des Kegelrades 15 nach Abb. 5 und 6 gerade ausgeführt. Das wechselseitige Spiel
von balliger und geradliniger Verzahnung, bei der die in maximaler Weise die Kraftübertragung
vornehmende Kontaktfläche um ein geringfügiges in bezug auf die Achse der Radantriebswelle
wandert, stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.
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Abb.9 und 10 zeigen eine Ausführungsform der kraftschlüssigen Verbindung
von Kegelrad 15 und dem Ende der Radantriebswelle 16 mit einer kardanischen Zapfenverbindung.
Hierbei durchdringt ein radial außen'mit balliger Oberfläche 22a ausgeführter Zapfen
22 spielfrei das Wellenende und gewährleistet ebenfalls in einfacher Weise eine
sichere kraftschlüssige Übertragung beim Nichtfluchten der Antriebs- und Abtriebsachsen.
In ähnlicher Form können in ballige Ausnehmungen des ein Lager darstellenden Kegelrades
15 eingreifende, ebenfalls ballige, mit Spiel eingesetzte Gleitsteine zur Kraftübertragung
angewendet werden.
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Abb.11 zeigt eineAusführungsform bei soggenannten vollfliegenden Achsen.
Die Schräge der Laufräder zur senkrechten Fahrzeuglängsmittelebene entsteht hier
dadurch, daß die äußeren Enden 7 der untereinander fluchtenden Achsrohre abgewinkelt
sind. In der Abbildung ist die Sturzneigung mit 8 angegeben, jedoch stellt das für
die Erfindung keine Einschränkung dar. Auch hier wird die zweckmäßigste Schrägstellung
der Laufradebene als eine Kombination von Sturz und Einzug sich ergeben. Die Radantriebswelle
16 fluchtet hier mit dem Achslager des Kegelrades, und der Radantrieb wird durch
die ballige Ausführung des laufradseitigen Endes 30 der Radantriebswelle ermöglicht.
Die Laufradnabe 35 mit dem Laufrad 10 stützt sich
über zwei in axialem
Abstand voneinander angeordneten Kegellagern 31, 32 od. dgl. auf dem Achsrohrende
7 ab und hat ein deckelartiges, in der Mitte mit einem zylindrischen Wellenlager
34 versehenes Teil 33. Die Keilverzahnung am inneren Umfang dieses zylindrischen,
vorsprungartigen Wellenlagers 34 ist geradlinig ausgeführt. Somit beeinträchtigt
die L?nflucht zwischen Radantriebswelle 16 und der Achse des Laufrades in keiner
Weise den kraftschlüssigen Radantrieb, der über die Balligen Mitnehmer 38 des Wellenendes
30 erfolgt. Im Gegensatz zum vorerwähnten Beispiel der halbfliegenden Achse nach
Abb. 3 liegt hier also eine Unflucht zwischen Laufradachse! und Achse des Achsrohres
vor.
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Abb. 12 und 13 zeigen eine weitere Befestigungsform bei starren Achsen
zwischen radseitigem Ende der Radantriebswelle und der Radnabe, die eine besonders
betriebssichere und ausgleichende Kraftübertragung gewährleistet. In diesem Ausführungsbeispiel
ist zwischen dem zylindrischen Wellenlager 34 der Radnabe 35 und den Mitnehmern
38 der Radantriebswelle, ein elastisches Futter 36 aus Gummi oder Kunststoff eingeschaltet.
Es können hier z. B. Polyamide zur Anwendung kommen. Das elastische Futter wirkt
hierbei etwa als eine Kupplung zwischen Mitnehmern 38 und der im Wellenlager 34
vorhandenen Gegenverzahnung. Sie sorgt für eine ruhige, gleichmäßige und ausgleichende
Kraftübertragung. Das mit dem Wellenlager 34 verbundene stirnseitige Ende 33 ist
mit der eigentlichen Radnabe 35 starr verbunden. Zwischen Radnabe und dem Ende des
Achsrohres 8 sind in bekannter Weise im Abstand Wälzlager 31, 32 angeordnet, die
sich entweder an Schultern der Radnabe abstützen oder durch Ringspannelemente 37
gegen axiale Verschiebung gesichert sind.
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Die radseitige Kraftübertragung von Radantriebswelle zur Radnabe 35
kann ebenfalls durch eine- gegabelte Büchse 44 erfolgen (Abb. 14), deren innere
Keilverzahnung der geradlinigen Keilverzahnung 38 der Radantriebswelle entspricht.
Die Büchse 44 wird über zueinander querliegende, drehbare Bolzen 42, 41 mit einem
zapfenartigen Vorsprung 40 des stirnseitigen Endes 43 der Radnabe 35 derart verbunden,
daß die Unflucht von Laufradachse zur Achse der Radantriebswelle die Kraftübertragung
keinesfalls beeinträchtigt. Es ist dies ein bekanntes Kardangelenk.
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Abb. 15 bis 19 zeigen eine besonders einfache Kraftübertragung zwischen
dem einfach keilverzahnten Ende 58 der Radantriebswelle mit der Radnabe vor, indem
eine ebenfalls einfach geradlinig keilverzahnte Büchse 54 eine kraftschlüssige Verbindung
mit der Radantriebswelle bildet, jedoch mit einem stirnseitig mit balliger Keilverzahnung
versehenen Flansch 50 in die geradlinige Gegenverzahnung 51 eingreift, welche direkt
am stirnseitigen Teil 53 der Radnabe vorhanden ist. Zweckmäßigerweise ist die in
Abb. 18 und 19 dargestellte Gegenverzahnung nur kreisringförmig ausgeführt und bezüglich
ihrer radialen Durchmesser kleiner als die ebenfalls kreisringförmig ausgeführte
ballige Verzahnung 52 der Flanschbüchse 54. Die Büchse 54 ist durch ein Ringspannelement
45 in ihrer axialen Bewegung beschränkt. Diese Ausführungsform sieht bei sicherer
kraftschlüssiger übertragung das Mindestmaß von Einzelteilen vor.
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Es ist ferner erfindungsgemäß möglich, nach Abb. 20 bis 24 bei der
Kraftübertragung von der Radantriebswelle auf die Radnabe überhaupt auf Zwischenteile
zu verzichten. Die Radantriebswelle 16 läuft am Ende in einen T-förmigen Flansch
61 aus, der am Umfang mit einer Balligen Keilverzahnung versehen ist. Die Verzahnung
62 greift in die direkt an einem Innenteil der Radnabe 65 vorhandene geradlinige
Gegenver7ahnung 64 ein. Die Möglichkeit einer axialen Verschiebung der Radantriebswelle
16 nach außen wird zweckmäßig durch einen am Gehäuseteil 63 fest angeordneten
Anschlag 60 begrenzt bzw. verhindert.