DE19954542C2 - Achsschenkel mit minimaler Wandstärkendifferenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Achsschenkel einer Faustachse mit einem Achsschenkelzapfen und zwei die Faust der Faustachse um­ greifenden Kragarmen.

Im Nutzfahrzeugbau werden zunehmend kompakt gebaute mehrreihige Wälzlager eingesetzt. Diese Wälzlager sind beispielsweise fer­ tig montierte Patronenlager. Um diese Lager in gelenkten Starr­ achsen vom Typ Faustachse einbauen zu können, müssen letztere neu gestaltet werden. Bei konventionellen Nutzfahrzeugachs­ schenkeln, wie sie u. a. aus der DE 26 13 469 A1 der Fach­ kunde Kraftfahrzeugtechnik, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1976, 18. Auflage, Seite 345 bekannt sind, werden Achsschenkel­ zapfen verwendet, die zu ihrem freien Ende hin belastungs- und montagebedingt verschlankt sind. Das ist möglich, weil die bis­ her benutzten einreihigen Kegelrollenlager belastungsbedingt kleinere Innendurchmesser als die neuen Patronenlager haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zu­ grunde, einen Achsschenkel zu entwickeln, der als Radlager mo­ derne Patronenlager aufnimmt. Der neue Achsschenkel soll bei unveränderter Radlast ein geringeres Bauteilgewicht haben und kostengünstiger herzustellen sein.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu haben die Wandstärken des Achsschenkelzapfens, der Krag­ arme und des Übergangsbereichs - zwischen dem Achsschenkel­ zapfen und den Kragarmen - eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100%. Der Achsschenkelzapfen weist eine zentrale Bohrung auf.

Mit Hilfe der Festlegung auf eine bestimmte Wandstärkenschwan­ kung und das Verwenden eines hohlen Achsschenkelzapfens läßt sich trotz eines relativ großen Achsschenkelzapfendurchmessers ein leichter Achsschenkel herstellen. Dieser Achsschenkel kann zusätzlich aufgrund der geringen Wandstärkenschwankung und ei­ nem harmonisch gestalteten Übergangsbereich zwischen dem Zapfen und den Kragarmen problemlos aus einem Eisengußwerkstoff, z. B. aus dem sphärolithischen Gußeisen GGG 60, gefertigt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1 Längsschnitt durch eine Faustachse;

Fig. 2 Teildraufsicht zu Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil einer nicht angetriebe­ nen, gelenkten Starrachse eines Nutzkraftfahrzeuges. Die Starr­ achse ist eine Faustachse (60). An der Faust (61) der Faustachse (60) ist ein Achsschenkel (20) gelagert. Der Achs­ schenkel (20) trägt über ein zweireihiges Wälzlager (10) eine Radnabe (1).

Der Achsschenkel (20) besteht aus einem Radlagerbereich (21), einem Übergangsbereich (31) und einem Kragarmbereich (41).

Im erstgenannten Bereich ist der Achsschenkelzapfen (22) des Achsschenkels (20). Er hat eine zylindrische Außenkontur und eine zentrale Bohrung (23). Die Bohrung (23) hat abschnitts­ weise ein Innengewinde (24). Auf der zylindrischen Außenkontur trägt der Achsschenkelzapfen (22) ein doppelreihiges Kegelrol­ lenlager (10) mit O-Anordnung. Das Kegelrollenlager (10) umfaßt u. a. einen Außenring (11), zwei miteinander verbundene Innen­ ringe (12), zwei Reihen Kegelrollen (13) und zwei Wellendicht­ ringe.

Die Innenringe (12) haben im Bereich der einander benachbarten Ränder neben den Laufflächen jeweils einen Einstich. Ein ring­ förmiges Verbindungselement, ein Blechring, mit einem annähernd u-förmigen Querschnitt verbindet beide Innenringe (12), in dem die Schenkel des u-förmigen Querschnitts die Innenringe (12) axial zusammenhalten.

Die mit Punktlast beaufschlagten Innenringe (12) sitzen in der Regel über einen Spielsitz direkt auf der zylindrischen Außen­ kontur des Achsschenkelzapfens (22). Die Außenkontur hat in dei weniger belasteten Zone zwischen den Laufflächen eine Eindre­ hung.

Zur axialen Fixierung der Innenringe (12) werden diese mittels einer Zentralschraube (26) und einer zentrierten Scheibe (27) gegen einen am Übergangsbereich (31) anliegenden Stützring (35) gepresst. Der Stützring (35) ist im Übergangsbereich (31) dort an dessen Außenkontur (32) angepaßt. Der Stützring (35) hat da­ her einen annähernd prismatischen Querschnitt. Letzterer kann an den benachbarten Innenring (12) des Wälzlagers (10) ange­ formt sein. U. a. um eine Verformung dieses Innenrings (12) durch ein Aufdehnen des Stützrings (35) zu verhindern, kann die Übergangsstelle zwischen dem Stützring (35) und diesem Innen­ ring (12) als schmaler Steg ausgebildet sein.

Zur Sicherung der Schraubverbindung gegen Aufdrehen der Zen­ tralschraube (26) kann die Scheibe (27) mit dem Achsschenkel­ zapfen (22) formschlüssig verbunden sein. Der Formschluß soll eine Relativverdrehung zwischen dem Achsschenkelzapfen (22) und der Scheibe (27) verhindern, ohne daß hierdurch die Scheibe (27) am Achsschenkelzapfen (22) in axialer Richtung direkt anliegt. Dazu kann beispielsweise im Achsschenkelzap­ fen (22) ein Bolzen fixiert sein, der normal aus der Stirn­ fläche des Teiles (22) herausragt und parallel zu dessen Mit­ tellinie versetzt ist. Dieser Bolzen greift in eine entspre­ chende Ausnehmung der Scheiben (27) ein. Auch eine Planverzah­ nung mit entsprechendem Axialspiel ist zwischen den Teilen (22) und (27) denkbar.

Die Zentralschraube (26), die auch als Dehnschraube ausgeführt sein kann, sitzt im Innengewinde (24) der gestuften Boh­ rung (23). Die Bohrung (23) hat in ihrem vorderen Bereich einen größeren Durchmesser als in ihrem hinteren Bereich. Das hat u. a. gußtechnische Vorteile. Der hintere Bereich, in dem sich das Innengewinde (24) befindet, ist vom vorderen Bohrungsrand mindestens um einen Abstand entfernt, der dem zweifachen Durch­ messer des Außengewindes der Zentralschraube (26) entspricht. Durch diese Anordnung der Zentralschraube (26) und des Innenge­ windes (24) hat die Schraubenverbindung eine große Restklemm­ kraft, wodurch auch bei den größten zulässigen Schwankungen der Radlagertemperatur ein sicherer axialer Halt gewährleistet ist. Außerdem werden im Gegensatz zu üblichen Radlagerfixierungen hier im Achsschenkelzapfen keine verschraubungsbedingten Zug­ spannungen erzeugt.

Der Außenring (11) sitzt über einen Querpreßsitz in der Rad­ nabe (1). Letztere ist annähernd rohrförmig ausgebildet. Im vorderen Bereich ist sie zur Aufnahme der nicht dargestellten Radfelge und Bremsscheibe flanschartig erweitert. In diesem Flanschbereich (2) sitzt außenzentriert ein dezentral ver­ schraubter Lagerdeckel (5). Er fixiert über einen Distanz­ ring (6) den Außenring (11) an einer Nabenschulter (3).

Der Achsschenkel (22) hat zur Lagerung an der Faust (61) einen oberen (42) und einen unteren Kragarm (52). Beide Kragarme (42, 52) sind mittels des Übergangsbereichs (31) mit dem Achsschen­ kelzapfen (22) verbunden. Der Übergangsbereich (31) hat zwi­ schen dem Achsschenkelzapfen (22) und den Kragarmen (42, 52) beispielsweise die Form eines Hohlkegels, wobei die Wandstärke im Hohlkegelbereich zumindest abschnittsweise annähernd kon­ stant ist. Zur Minimierung der Bauteilspannungen im Belastungs­ fall sind die Übergänge zwischen den Bereichen (21) und (31) z. B. mittels Übergangsradien geglättet. Die Übergangsradien liegen ca. bei 20 bis 30 mm.

Die Kragarme (42, 52) verlaufen im Faustbereich annähernd par­ allel zueinander. In jedem Kragarm (42, 52) ist hier ein Kugel­ kopf (55) gelagert. Die Kugelköpfe (55) sitzen über ihre Schäfte (56) in konischen Bohrungen. In den Bohrungen werden sie durch Muttern (57) gehalten, die auf den Gewindeausläufen der Schäfte (56) sitzen. Die Zentren der Kugelköpfe (55) liegen auf der Radschwenkachse. Letztere ist nach Fig. 2 beispiels­ weise gegenüber der Raddrehachse in Fahrtrichtung um einige Millimeter versetzt.

Die Faust (61) hat eine Faustdurchgangsbohrung (62), in der von beiden Enden her Klemmbüchsen (65) eingesetzt sind. Die Klemm­ büchsen (65) umgreifen flanschartig jeweils den entsprechenden Rand der Faustdurchgangsbohrung (62). In den Klemmbüchsen (65) sitzen beispielsweise jeweils zwei Hälften der den entsprechen­ den Kugelkopf (55) umgebenden Kugelkalotte (66). Die Kugelka­ lotten (66) sind z. B. aus einem tragfähigen, gleitmittelge­ tränkten Sinterwerkstoff hergestellt.

Zwischen den flanschartigen Rändern der Klemmbüchsen (65) und den jeweils zugewandten Flächen der Kragarme (42, 52) sind in dort kragarmseitig eingefrästen Ringnuten Dichtringe (58) ein­ gesetzt.

Alternativ zu dieser Gelenkanordnung können die Klemmbüch­ sen (65) mit den Kugelkalotten (66) in den Kragarmen (42, 52) und die Kugelköpfe (55) in der Faustachse (60) angeordnet sein. Außerdem ist anstelle der hier gezeigten Gleitlagerung des Achsschenkels (20) auch eine Wälzlagerung möglich.

Um den Achsschenkel (20) an der Faust (61) montieren zu können, ist der obere Kragarm (42) am Übergangsbereich (31) demontier­ bar befestigt, vgl. Fig. 2. Dazu endet der Übergangsbe­ reich (31) oben in einer planen Montagefuge (43), die normal zur Mittellinie der Zentralschraube (26) ausgerichtet ist. In der Montagefuge (43) liegt der obere Kragarm (42) vollflächig am Übergangsbereich (31) an. Der Kragarm (42) ist durch zwei Schrauben (44), z. B. zwei Paßschrauben, die auch als Dehn­ schraube gestaltet sein können, mit dem Übergangsbereich (31) verschraubt. Die Schrauben (44) verlaufen beispielsweise paral­ lel zur Zentralschraube (26).

Zwischen den Schrauben (44) ist der obere Kragarm (42) verlän­ gert. Die Verlängerung ist der Lenkhebel (46). Dadurch erhält der Kragarm (42) eine zusätzliche Funktion, was zu einer Ver­ ringerung der gefederten Masse und einer Montageerleichterung führt.

Bezugszeichenliste

1

Radnabe

2

Flanschbereich

3

Nabenschulter

5

Lagerdeckel

6

Distanzring

10

Wälzlager, zweireihig; Kegelrollenlager

11

Außenring

12

Innenringe

13

Kegelrollen

20

Achsschenkel

21

Radlagerbereich

22

Achsschenkelzapfen

23

Bohrung, zentral, gestuft

24

Innengewinde, Gewinde

26

Zentralschraube

27

Scheibe

31

Übergangsbereich

32

Außenkontur

33

Innenkontur

35

Stützring

41

Kragarmbereich

42

Kragarm, oben

43

Montagefuge

44

Schrauben

46

Lenkhebel

52

Kragarm, unten

55

Kugelköpfe

56

Schäfte der Kugelköpfe

57

Muttern

58

Dichtringe

60

Faustachse, Starrachse

61

Faust

62

Faustdurchgangsbohrung

65

Klemmbüchsen

66

Kugelkalotten

Claims (7)

1. Achsschenkel einer Faustachse mit einem Achsschenkelzapfen und zwei die Faust der Faustachse umgreifenden Kragarmen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandstärken des Achsschenkelzapfens (22), der Kragarme (42; 52) und des Übergangsbereichs (31) zwischen dem Achsschenkelzapfen (22) und den Kragarmen (42, 52) eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100% haben und
daß der Achsschenkelzapfen (22) eine zentrale Bohrung (23) aufweist.

2. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (23) ein Gewinde (24) hat, das erst in einer Boh­ rungstiefe beginnt, die mindestens dem doppelten Gewindeaußen­ durchmesser entspricht.

3. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkelzapfen (22) im Radlagerbereich (21) über minde­ stens 70% der Länge zylindrisch ausgebildet ist.

4. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkelzapfen (22) im Radlagerbereich (21) einen Durchmesser hat, der maximal 25% kleiner ist als die Länge des Achsschenkelzapfens (22) in diesem Bereich.

5. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (32) des hohlen Übergangsbereichs (31) zumin­ dest bereichsweise kegelig gestaltet ist.

6. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (33) des hohlen Übergangsbereichs (31) zumin­ dest bereichsweise kegelig gestaltet ist.

7. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Achsschenkellängsschnitt gesehen der Übergang zwischen dem Rad­ lagerbereich (21) und dem Übergangsbereich (31) durch einen Übergangsradius realisiert ist, der größer als 20 mm ist.