DE1945735A1

DE1945735A1 - Lenkachse

Info

Publication number: DE1945735A1
Application number: DE19691945735
Authority: DE
Inventors: Cumming James Charles
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-10-14
Filing date: 1969-09-10
Publication date: 1970-04-30
Also published as: JPS4823125B1; GB1263790A; US3542392A

Description

UORIH AMBRIOAH" ROOKWEII. CORPORATION
Uorth American Rockwell Building
Pittsburgh, Pennsylvania 15222/ V.St.A.

lenkachse

Die Erfindung bezieht sich auf Lenkachsen, üblicherweise Yorderachsen, von Fahrzeugen, bei denen die Räder
auf Zapfen an den äußeren Enden von Achsschenkeln angebracht sind, die an den gegenüberliegenden Enden des
Achsträgers angelenkt sind. Im Betrieb wird das sich
bewegende Fahrzeug durch einen Mechanismus gelenkt, der gleichzeitig beide Achsschenkel schwenkt, und es wurden beträchtliche Anstrengungen gemacht, die wirksame Verbindung zwischen dem Achszapfen und dem mit ihm verbundenen Achsschenkel zu verbessern, um maximale Sicherheit und wirksam gesteuerten Betrieb bei minimalem Verschleiß zu erzieleno

Bei bekannten Lenkachskonstruktionen wurde erwogen, im wesentlichen als praktisches und als Sioherheitsmerkmal, ein stabiles mechanisches Drucklager zwisohen dem Achszapfen und dem unteren Arm des Aohssohenkelbügels za
verwenden, um das Fahrzeuggewicht auareiohend abzustüt-

St.

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zen, und gleichzeitig wird das untere Ende des Achszapfens in dem unteren Achsschenkelarm gelagert,, Neben den Kosten für das Vorsehen und Anordnen des Lagers muß dieses von der lagerung getrennt geschmiert werden. Eine typische handelsübliche ältere Konstruktion ist in der USA-Patentschrift 2 665 957 gezeigt, bei der ein Kegelrollenlager zwischen dem Achsträger und dem Achsschenkel als Drucklager vorgesehen ist und der Achszapfen sich in einer geschmierten lagerhülse in dem unteren Achs- · schenkelarm dreht. Die USA-Patentschrift 1 371 594 zeigt eine lenkanOrdnung, bei der ein radial gelagerter Achszapfen auf einem unteren metallischen Drucklagei/sitzt, das durch Öl geschmiert wird, das von der lagerung nach unten gelangt, und das ist ein Beispiel einer anderen bekannten Ausführung.

Die Erfindung beabsichtigt die lagerung des Achsschenkels auf dem Achszapfen mittels einer neuartigen Konstruktion, bei der mechanische oder metallische Drucklager ausgeschaltet sind, und das Fahrzeuggewicht wird von einer Masse aus Jett oder fettartigem Schmiermittel getragen, die nicht nur als Drucklager wirkt sondern auoh durch das Fahrzeuggewicht verlagert wird, um einen radialen Schmiermittelfilm zwischen den Aohszapfen und den Achsschenkel nachzufüllen, und das ist ein Hauptziel der Erfindung.

Weitere Ziele der Erfindung schließen neuartige Diohtanordnungen für die Konstruktion mit einer Spezialdiohtung ein, um ein Herausdrücken des radialen Films zu besohränken, und die Schaffung einer Sicherheitsdruoklageranordnung in Form eines Körpers aus hartem Kunststofflagerma-

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terial, um den Achszapfen abzustützen, wenn die Fettmasse gelegentlich erschöpft ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Teilseitenansicht, teilweise weggebrochen und teilweise im Schnitt, die ein Ende einer Vor derachse darstellt, die die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform aufweist, und

einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, der die Schmiermitteldruckkammer am unteren Ende des Achszapfens zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Ende einer Torderachse 11 für ein Fahrzeug, bei der ein starrer Achsträger 12 mit entsprechender Gestalt an den entgegengesetzten Enden mit einem hohlen Ansatz 15 ausgebildet ist, der eine konische Bohrung 14· enthält, deren Achse 15 entweder vertikal oder unter einem kleinen Winkel zur Vertikalen geneigt verläuft, um den Sturz zu erzeugen. Der Achsträger 12 ist an beiden Enden von gleicher Gestalt, und in Figo 1 ist nur ein Ende zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.

Ein Achszapfen 1'6 hat einen konischen mittleren Abschnitt 17, der fest und undrehbar in die Bohrung H eingesetzt ist, so daß er mit dem Achsträger starr und im wesentlichen fest verbunden ist. Ein Achssohenkel 18 ist zur Schwenkbewegung um die" Achse des Aohszapfens angeordnet, die mit der Achse 15 zusammenfällt.

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Der Achssohenkel 18 weist einen nach außen gerichteten Radlagerzapfen 19 auf, auf dem ein übliches Laufrad (nicht gezeigt) drehbar angeordnet ist. Der Achsschenkel 18 umfaßt einen fest angeformten oberen Bügel 21 mit einer durchgehenden zylindrischen Bohrung 22 und einen unteren fest angeformten Bügel 23 mit einer nach oben offenen zylindrischen Bohrung 24, die mit einer geschlossenen, im wesentlichen kegelförmigen unteren Endwand 25 versehen ist.

Bin herkömmlicher Lenkhebel 26 ist mit dem Achsschenkel 18 über ein Gelenk 27 verbunden, und eine Spurstange 28 ist mit dem Achsschenkel über ein Gelenk 29 verbunden. Der Lenkhebel 26 ist auf geeignete Weise mit dem üblichen" Fahrzeuglenksystem verbunden, und die Spurstange verbindet die Achssohenkel an gegenüberliegenden Enden der Achse, und zwar in üblicher Weise.

Das obere Ende des Aohszapfens 16 ragt in die Bohrung hinein und ist dort mit einem konischen Endabsohnitt 31 ausgebildet, der drehbar in eine Lagerhülse 32 eingesetzt ist, die eine zylindrische Außenfläche 33 hat, die mit der Bohrung 22 in drehbarer Lagerberührung steht_o Eine ringförmige biegsame Dichtung 34» die in einer Nut 35 auf der Hülse 32 angeordnet ist, ist mit ihrem oberen Ende 36 mit der Bohrung 22 in dichtende Berührung gedrüokt und ist an ihrem unteren Ende 37 naoh innen gebogen, um den Achszapfen 16 federnd zu erfassen. Die Dichtung 34 verhindert somit den Eintritt von Staub und Feuchtigkeit in das untere Ende der Bohrung 22, um die Lagefläche zu schützen.

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Am oberen Ende der Bohrung 22 verschließt eine Dichtsoheibe 38 die Bohrung dicht oberhalb eines Federringes 39, der in einer Nut 41 in der Bohrungswand angeordnet ist. Zwischen der Dichtscheibe 38 und dem oberen Ende des Achszapfens 16 ist eine Bohrungskammer 42 vorgesehen, die eine zusammengedrückte Schraubenfeder 43 enthält, die sich zwischen der Hülse 32 und einer runden Halteplatte 44 erstreckt, die in der Bohrung 22 verschiebbar ist und an der Unterseite des Federringes 39 anstößt. Ein Schmiernippel 45 ermöglicht das Einführen von Schmiermittel in die Kammer 42 zum Schmieren der Lagerflächen zwischen der Hülse 32, dem Endabschnitt 31 des Achszapfens und der Bohrung 22. Die Feder 43 belastet die Hülse 32 axial, um Herstellungstoleranzen und Verschleiß aufzufangen.

Das untere Ende des Achszapfens 16 ist ein zylindrischer Abschnitt 46, der sich vom unteren Rand der Achsträgerbohrung 14 drehbar in die Bohrung 24 erstreckt und kurz vor dem unteren Ende der Bohrung in einer ebenen Endfläche 47 endet, so daß die Bohrung 24 unterhalb des Aohszapfenendes eine zylindrische Kammer 48 und einen Raum 49 darunter enthält, der von der kegeligen Wand 25 begrenzt wird.

Ein Schmiernippel 51 mit Rückschlagventil am äußeren Ende eines radialen Kanales 52 ist zum Einführen von flüssigem Kunststoffschmiermittel unter Druck in die Kammer 4β vor_r gesehen*

Eine äußere zylindrische Pläche 53 des unteren Achszapfenabschnitts ist glatt und feinbearbeitet und so bemessen, daß sie einen Drehsitz in der glatten feinbearbeiteten Bohrung 24 bildet.

In der Hähe des oberen Endes der Bohrung 24 ist der untere Abschnitt des Aohszapfens mit einer Ringnut 54 ausgebildet, die einen radial zusammengedrückten federnden Diehtring 55 in. gleitender Berührung mit der Bohrung 24 aufnimmt. Eine ringförmige biegsame Dichtung 56 umgibt den Achs zapfen 16 zwischen dem Achsträger und dem Achsschenkel. Das untere Ende der Dichtung 56 wird von einem Metallring 57 getragen, der undrehbar auf den Bügel 23 des Achsschenkels aufgeklemmt ist, und das obere Ende der Dichtung 56 liegt federnd an der Verbindungsstelle an, wo der Achszapfen 16 die Bohrung 14 des Achsträgers verläßt. Die Dichtung 56 verhindert den Eintritt von Staub und Feuchtigkeit in die Bohrung 24, um die Eagerflächen darin zu schützen.

Ein Sicherheitsträgstopfen 58 äuö Nylon oder irgendeinem anderen harten trockenen Kunststofflagermaterial ist in dem Kaum 49 unter der Sehmiermittelkammer 48 angeordnet und vorzugsweise mit einer konischen unteren Fläche ausgebildet, die auf der Wand 25 aufliegt. Bei normalem Betrieb erfüllt der Stopfen 58 keine wirksame Punktion, solange die Kammer 48 unter Brück stehendes Schmiermittel enthält. ■

Beim betieiefiiiiiigeii Züsammenbatt wird Sofiffitermi-fcTJel iü.

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mer 42 mit ausreichendem Druck eingeführt, um eine Schmierung der Lagerflachen zwischen der Hülse 32, dem Endabschnitt 31 des Achszapfens und der Bohrung 22 aufrecht zu erhalten. Schmiermittel in Form eines Fettes wird ebenfalls durch den Schmiernippel 51 in die Kammer 48 eingeführt, wo es aufbewahrt wird. Der zylindrische untere Abschnitt des Achszapfens 16 ist als Kolben wirksam, der eine Hin- und Herbewegung in dem durch die Bohrung 24 gebildeten Zylinder durchführen kann, so daß das gesamte Fahrzeuggewicht W am Ende der Achse als Druckkraft auf die Fettmasse 50 in der Kammer 48 aufgebracht wird.

Die doppelte Funktion der Fettmasse 50 besteht darin, als Drucklager für den Achszapfen 16 zu dienen und die radiale Lagerung zwischen dem Abschnitt 46 des Achszapfens und der Bohrung 24 zu schmieren. Die Druckkraft infolge des Gewichtes des Fahrzeuges wird über den Berührungsbereich zwischen der Endfläche 47 des Achszapfens und der Fettmasse verteilt. Die Kolbenwirkung des Aohszapfens in der Bohrung 24 wird dazu benutzt, allmählich in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Achszapfens und der Bohrung 24 genug Schmiermittel hineinzudrücken, um die radiale lagerschmierung aufrecht zu erhalten und zu* ergänzen.

Somit erfordert die Erfindung eine sorgfältige Beziehung zwischen der Viskosität des Fettes der Masse 50 und den Abmessungen des Zwischenraumes zwisohen der Aohszapfenfläche und der Bohrung 24. Dieser Zwischenraum muß in radialer Richtung ausreichend groß sein, um den erforderlichen Sohmiermittelfiim aufrechterhalten zu können, aber

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andererseits muß er radial ausreichend klein sein, um eine wirksame Drucklagerfunktion aufrecht zu erhalten, und er muß eine solche Länge haben, daß er ein unerwünscht schnelles Hindurchdrücken des Schmiermittels unter den Betriebsdrücken verhindert, wie z. Bo dem Fahrzeuggewicht und Fahrbahnstößen. Die Wirksamkeit der Ringdichtung 54» 55 ist daher insofern wichtig, als sie auf zweckmäßige Weise die Verdrängung des Schmiermittels aus dem oberen Ende der Bohrung 24 heraus verhindert.

Der tatsächliche Schmiermitteldruck in der Kammer 48 braucht nur so groß zu sein wie der einer üblichen Fettpresse und periodische Wartung stellt sicher, daß die Fettmasse 50 nicht verbraucht wird. Sollte die Fettmasse 50 zufällig oder durch Nachlässigkeit verbraucht werden, dann senkt sich der Achszapfen in der Bohrung 24 ab, bis seine ebene Endfläche den Stopfen 58 berührt, der eine ausreichende Tragfähigkeit und Lagereigenschaften aufweist, um als Drucklager während einer Notzeit zu dienen. Wenn das Fett in die Kammer 48 eingeführt wird, drückt der Fettdruck den Achszapfen nach oben, bis der Dichtring 55 aus der Bohrung austritt und nach oben in den Zwischenraum zwischen dem Achszapfen und der Bohrung hineingepreßtes Schmiermittel möglicherweise am biegsamen oberen Ende der Dichtung 56 herausgedrückt wird, was ein Signal iat, daß die Fettmasse ausreichend wieder hergestellt worden ist.

Dann wird die Druckfettpresse abgenommen, und das Fahrzeuggewioht führt die !eile bald in den in Fig. 1 gezeigten normalen Zustand zurüok.

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In der oberen Schmiermittelkammer 42 rufen Fahrbahnstöße eine Pumpwirkung hervor, die Schmiermittel in die lager zwischenräume "bei 33, 22 und 31 hineindrüokt.

Die obige Konstruktion schafft eine Lenkachse, die keine mechanischen Drucklager erfordert, wie sie bisher bei Kraftfahrzeugen für wesentlich erachtet wurden, um die Enden der Achsen an Achsschenkeln zu tragen. Die lenkkraft bringt eine Beanspruchung des Fettes an der Fläche zwischen der Fettmasse 50 und der Endfläche 47 mit sich, und das trägt zu einer leichten Lenkbarkeit bei.

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Claims

'_.P atentansprüohe :

lenkachse mit einem inneren Aohselement, einem im wesentlichen vertikalen Achszapfen, der an einem Ende des inneren Achselementes befestigt ist, und einem äußeren Achselement, das einen Radlagerzapfen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Achselement eine nach oben offene zylindrische Bohrung aufweist, die an ihrem unteren Ende verschlossen ist und das untere Ende des Achszapfens umgibt, daß sich ein zylindrischer Abschnitt am unteren Ende des Achszapfens drehbar und axial verschiebbar in die untere Bohrung hineinerstreckt und daß Mittel vorgesehen sind, die eine Masse aus Kunststoffsohmiermaterial in der unteren Bohrung in stützender Drucklagerberührung mit dem unteren Ende des Achs zapf ens und in Verbindung mit dem. unteren Ende des radialen Lagerraumes zwischen dem unteren Endabsohnitt des Achszapfens und der unteren Bohrung vorsehen, wodurch in Abhängigkeit von dem. IPahrzeuggewioht auf der Achse Schmiermittel von der Fettmasse aus sich in den radialen Lagerzwischenraum verschieben kann, um einen Schmiermittelfilm darin vorzusehen und aufrecht zu erhalten.

Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Einführen von unter Druck stehendem Schmiermittel direkt in die untere Bohrung unterhalb des Aohszapf enendes, um die Fettmasse zu bilden, und Mittel zum Vorsehen einer den Film festhaltenden Dichtung zwischen dem zylindrischen Abschnitt des AchsZapfens und der unteren Bohrung.

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3. Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Vorsehen einer umfangsmäßig eingeschlossenen Ringdichtung am oberen Ende der unteren Bohrung O

4. Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Bilden eines lotdrucklagers aus relativ hartem Kunststoffmaterial in dem verschlossenen Ende der unteren Bohrung unterhalb der Schmiermittelmassee

5. Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Bilden einer Umfangsnut an dem zylindrischen Abschnitt des Zapfens und eines radial zusammengedrückten federnden Ringes in der Nut, dessen äußerer Umfang in drehender Gleitberührung mit der Bohrungsoberfläche steht.

6. Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Anbringen eines ringförmigen Schutzes an einem der Achselemente, der den Achszapfen zwischen den Achselementen umschließt und sich in federnde Crleitberührung mit dem anderen Achaelement erstreckt.

7. Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, die eine obere zylindrische Bohrung in dem äußeren Achselement bilden, in dem das obere Ende des AchsZapfens drehbar angeordnet ist, und Mittel in der oberen Bohrung oberhalb ded Aohszapfens, die den Achszapfen federnd nach unten belasten. ' ^;-'—-^ '■-· ■

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8. Lenkachse nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer in der Bohrung oberhalb des oberen Endes des Achszapfens vorgesehen ist, daß die federnden Mittel eine zusammengedrückte Schraubenfeder in der Kammer einschließen, deren oberes Ende sich in Anlage an einem festen Element in der oberen Bohrung befindet, und daß Mittel vorgesehen sind zum Einführen von Schmiermittel in diese Kammer.

9. Lenkachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zixrn Bilden eines Kanals durch das äußere Achselement zum Einführen des Schmiermittels in die untere Bohrung und ein Rückschlagventil in dem Kanal, das eine Verdrängung des_ Schmiermittels aus der Bohrung verhindert.

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