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Die Erfindung betrifft eine Starrachse für Fahrzeuge
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mit jeweils wenigstens einem Rad an den Enden der Starrachse und einer
Achsführung in Bezug auf einen.
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zugehörigen Fahrzeugaufbau, die eine Hubbewegung und eine Neigungsbewegung
zwischen Starrachse und Fahrzeugaufbau gestattet.
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Die Erfindung ist anwendbar auf Starrachsen mit gelenkten oder nicht
gelenkten, getriebenen oder nicht angetriebenen Rädern für Fahrzeuge, insbesondere
Kraftfahrzeuge.
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Es ist bekannt, Starrachsen von Fahrzeugen mit Hilfe von vier Streben
zu führen, die vier Freiheitsgrade ausschließen und nur Hub- und Neigungs- oder
Wankbewegungen zwischen Fahrzeugaufbau und Achse zulassen. Von der Lage und Winkelstellung
der vier Streben hängen die Führungs- und Federungseigenschaften der Achse und damit
das Fahrverhalten des Fahrzeugs ab.
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Insbesondere ist es bekannt, die vier Führungsstreben dergestalt paarweise
syrttrtrisch zur Fahrzeugmittelebene anzuordnen, daß die vier Anlenkpunkte am Achskörper
paarweise übereinander angeordnet sind und zwei Momentanachsen definiert werden
können, mit Hilfe derer Wank- und Hubbewegungen beschrieben werden können. Bei dieser
bekannten Lösung verschiebt sich die Lage der Momentanachsen bei Hubbewegungen erheblich,
so daß sich die kinematischen Lenkeigenschaften, die Lage des sogenannten Rollzentrums
und damit die gesamten Seitenführungseigenschaften der Achse mit der Hubbewegung
in oft unerwünschter Weise ändern. Darüber hinaus erfolgt bei einer Wankbewegung,
also einer seitlichen Neigung des Fahrzeugaufbaus in Bezug auf die Starrachse, eine
Beeinflussung des Brems- oder Anfahr-Nickausgleiches.
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Im übrigen ist es insbesondere bei angetriebenen Starrachsen bekannt,
daß Übertragungsgetriebe, Differentialgetriebe und dgl., die mit dem Achskörper
der Starrachse bei dieser Art der Achskonstruktion im allgemeinen verbunden sind,
zu erheblichen ungefederten Massen führen, die die Möglichkeit der Abfederung und
Dämpfung der Starrachse in Bezug auf den Fahrzeugaufbau beeinträchtigen. Es ist
daher bereits vorgeschlagen worden, das Differentialgetriebe, ggf.
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auch zusammen mit den Bremsen, nicht in die Starrachse zu integrieren,
sondern am Fahrzeugaufbau zu befestigen und die Drehmomentübertragung auf die Räder
beispielsweise mit Hilfe von Gelenkwellen vorzunehmen.
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Dadurch werden zwar die ungefederten Massen wirksam verringert, jedoch
bestehen Schwierigkeiten, Vibrationen und Geräusche des Übertragungsgetriebes und
der Reifen vom Aufbau fernzuhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Starrachse der eingangs
genannten Art zu schaffen, die derart ausgebildet ist, daß der Einfluß der ungefederten
Massen auf die Federungseigenschaften verringert wird und die Einflußnahme auf die
Lager der Momentanachsen der Hub-und Wankbewegung und damit die Seitenführungseigenschaften
verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Starrachse des Oberbegriffes
dadurch gelöst, daß die Starrachse im Mittelbereich in der oder gegen die Fahrtrichtung
bogenförmig gekröpft ist, im Bereich der Kröpfung an den Fahrzeugaufbau angelenkt
ist und um eine durch den oder die achsseitigen Anlenkpunkte verlaufende waagerechte
Querachse drehbar ist.
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Bei einer derartigen Achskonstruktion führen die Räder
bei
Hubbewegungen wenigstens teilweise eine Kurbelbewegung um eine dadurch den Bereich
der Kröpfung verlaufende Querachse durch, so daß der gekröpfte Mittelbereich der
Starrachse, der die wesentlichen massenbehafteten Teile, wie etwa das Differential
und die Bremsen aufnehmen kann, bei Hubbewegungen geringere Wege zurücklegt als
die Räder. Dadurch wird der Einfluß der in diesem Bereich liegenden ungefederten
Massen verringert.
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Im übrigen legen die achsseitigen Anlenkpunkte von Streben und Lenkern,
die die jeweilige momentane Position der erwähnten Momentanachsen bestimmten, geringere
Wege zurück, als wenn sie an der vollen Hubbewegung der Starrachse im Bereich der
Radachsen teilnehmen würden. Dadurch kommt es zu geringeren Verschiebungen der Momentanachsen
und zu geringeren Änderungen des Fahrverhaltens des Fahrzeugs während der Hubbewegungen.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Anlenkung
im Mittelbereich der Kröpfung mit Hilfe wenigstens einer Strebe oder eines Lenkers,
insbesondere mit Hilfe von zwei Streben oder eines Lenkers, und in den seitlichen
Endbereichen der Starrachse mit Hilfe jeweils einer zusätzlichen Strebe. Bei Verwendung
von zwei Streben im Mittelbereich sind diese vorzugsweise derart gegeneinander geneigt,
daß ihre Mittelachsen sich unterhalb der Starrachse etwa im Bereich der Fahrbahnoberfläche
schneiden.
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Besonders vorteilhaft ist es, die achsseitigen Anlenkpunkte der im
Mittelbereich und in den seitlichen Endbereichen der Starrachse angreifenden Streben
oder Lenker in eine waagerechte Querachse zu legen, um die die Starrachse bei reinen
Hubbewegungen eine reine Drehung ausführt. In diesem Falle definieren die Schnittpunkte
der verlängerten Mittellinien jeweils eines Strebenpaares eine Momentan-
achse
für Wankbewegungen, die von Hubbewegungen nicht beeinflußt wird.
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Die Kröpfung kann im wesentlichen U-förmig und rechtwinklig oder auch
mit schräg verlaufenden Zwischenabschnitten ausgeführt sein. Im Falle einer Hinterachse
weist die Kröpfung vorzugsweise in Fahrtrichtung, bei einer Vorderachse dagegen
nach rückwärts.
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Sofern es sich um eine angetriebene Achse handelt, bestehen verschiedene
Möglichkeiten der Drehmomentübertragung von einem im Bereich der Kröpfung befestigten
Obertragungs- oder Differentialgetriebe zu den Rädern.
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Die seitlichen Achsabschnitte können lediglich als Tragrohre ausgeführt
sein, während der Antrieb über freiliegende Gelenkwellen erfolgt. Es muß sich jedoch
nicht um Gelenkwellen handeln, da zwischen den zu verbindenden Punkten keine Achsverschiebungen
eintreten. Daher können auch Kegelgetriebe verwendet werden. Die Antriebswellen
können auch innerhalb eines rohrförmigen Hohlkörpers angeordnet sein, oder die Achsabschnitte
können geradlinig ausgebildet sein und an ihren Enden Getriebekästen aufweisen,
die eine Übertragung des Drehmoments auf die parallelen Radachsen ermöglichen.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform
der Erfindung mit vier Streben; Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung
mit zwei Streben und einem Lenker;
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform
der Erfindung mit zwei Lenkern; Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform
der Fig. 1; Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht zur weiteren Erläuterung
von Fig. 4; Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer angetriebenen Starrachse; Fig.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer angetriebenen Starrachse; Fig. 8 zeigt
eine Starrachse mit geraden Achsabschnitten.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine schematisch angedeutete
Starrachse mit 10 bezeichnet.
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Die Starrachse 10 ist nach Art einer Doppelkurbel U-förmig rechtwinklig
oder stumpfwinklig gekröpft. Soweit es sich um eine Hinterachse handelt, liegt der
gekröpfte Bereich 12 in Fahrtrichtung vor den Radachsen 14,16 der Räder 18,20.
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Zur Führung der Starrachse 10 in Bezug auf einen nicht näher dargestellten
Fahrzeugaufbau 22 sind vier Streben 24,26,28,30 vorgesehen, die sowohl mit dem Fahrzeugaufbau
22 als auch mit der Starrachse 10 gelenkig verbunden sind.
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Weiterhin erfolgt die Abstützung des Fahrzeugaufbaus gegenüber der
Starrachse mit Hilfe von nicht gezeigten Federn.
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Die Anlenkpunkte und die Lange der Streben 24,26,28, 30 sind derart
gewählt, daß die Streben Neigungs- oder Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus in Bezug
auf die Starrachse gestatten, reine Hubbewegungen jedoch unterdrücken. Bei reinen
Hubbewegungen, d.h. heimgleichzeitigen Einfedern beider Räder 18,20, dreht sich
die Starrachse 10 daher kurbelartig um eine waagerechte Querachse 32, in der in
dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform alle vier achsseitigen Anlenkpunkte
34,36,38,40 der Streben liegen.
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Wie in Fig. 1 weiterhin strichpunktiert angedeutet ist, schneiden
sich die verlängerten Mittellinien der paarweise einander zugeordneten Streben 24,26
und 28,30 in Punkten 42,44, die die sogenannte Momentanachse 46 der Wankbewegungen
festlegen. Es ist erkennbar, daß diese Momentanachse 46 tief nach unterhalb der
Starrachse 10 verlegt werden kann, wenn die Lenker entsprechend angestellt werden,
und bei reinen Hubbewegungen, bei denen sich die Anlenkpunkte 34,36,38,40 nicht
verschieben, bleibt auch die Momentanachse 46 in ihrer unveränderten Position. Dadurch
wird der oben erwähnte Nachteil einer Beeinflussung der Seitenführung durch Hubbewegungen
ausgegeschlossen.
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Darüber hinaus verbleibt auch die Momentanachse für reine Hubbewegungen,
die durch die Querachse 32 gebildet wird, während der Hubbewegungen in ihrer Position.
Dies ist deshalb von Bedeutung, weil die Lager der Momentanachse für die Relativbewegungen
zwischen Fahrzeugaufbau und Starrachse bei Hubbewegungen unter anderem den Anfahr-und
Bremsnickausgleich bestimmt.
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Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Fig. 1, die sich von der Ausführungsform
der Fig. 1 nur dadurch unterscheidet,
daß die mittleren Streben
24,26 zu einem dreieckigen Lenker 48 zusammengefaßt sind. In diesem Falle verläuft
die Momentanachse 46 für Wankbewegungen in Fahrtrichtung aufwärts und durch den
achsseitigen Anlenkpunkt 50 des Lenkers 48. Im übrigen bestehen keine Unterschiede
zu der ersten Ausführungsform, so daß eine nähere Erläuterung nicht notwendig ist.
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Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich insoweit von der
ersten Ausführungsform, als in diesem Falle gewissermaßen die Streben 24,28 sowie
26 und 30 paarweise zu seitlich des gekröpften Bereiches 12 angreifenden Lenkern
52,54 zusammengefaßt sind. Die achsseitigen Anlenkpunkte 56,58 der Lenker 52,54
definieren die waagerechte Querachse 32, die die Momentanachse für Hubbewegungen
darstellt. Die verlängerten Mittellinien einander entsprechender Schenkel der Lenker
52,54 oder die verlängerten Verbindungslinien zwischen den achsseitigen Anlenkpunkten
56,58 und den nicht näher bezeichneten fahrzeugseitigen Anlenkpunkten schneiden
sich in zwei Punkten 60,62, deren Verbindungslinie wiederum die Momentanachse 46
für Wankbewegungen darstellt.
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Eine weitere Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1 ist in Fig.
4 dargestellt. In diesem Falle sind anstelle der äußeren Streben 28,30 Streben 64,66
vorgesehen, deren achsseitige Anlenkpunkte 68,70 nicht in derselben waagerechten
Querachse wie die achsseitigen Anlenkpunkte 36,38 der Streben 24,26 liegen. Dadurch
erfolgt eine Hubbewegung nicht als eine reine Kurbelbewegung um die waagerechte
Querachse 32 der Fig. 1 bis 3, sondern als eine Momentanbewegung um eine Querachse
oder Momentanachse 32' (Fig. 5), die bei Hubbewegungen geringförmig wandert.
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Dies kann jedoch beispielsweise in gewissen Grenzen zur Festlegung
des Nickverhaltens erwünscht sein.
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Die verlängerten Mittellinien der Streben 64 und 66 schneiden sich
in einem Punkt 72, der zusammen mit dem Punkt 42 die Momentanachse 46 für Wankbewegungen
definiert. Auch die Momentanachse 46 verschiebt sich bei reinen Hubbewegungen geringfügig,
da die achsseitigen Anlenkpunkte 36,38 einerseits und 68,70 andererseits bei Hubbewegungen
eine gewisse Relativbewegung durchführen. Auch diese Verschiebung der Momentanachse
kann zur Abstimmung des Fahrverhaltens in gewissen Grenzen erwünscht sein.
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Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen ergibt sich keine
oder zumindest keine ungewollte Kopplung der Hub- und Wank-Relativbewegungen zwischen
Starrachse und Fahrzeugaufbau. Eine derartige Kopplung tritt aber bei allen Achsführungen
ein, bei denen Streben oder Lenker im wesentlichen an der gesamten Hubbewegung der
Starrachse teilnehmen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Möglichkeit,
die räumliche Ausrichtung der Streben oder Lenker im Hinblick auf das gewünschte
kinematische und elastische Lenk- und Seitenführungsverhalten zu optimieren, ohne
Einschränkungen aufgrund der Hubbewegungen vornehmen zu müssen.
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Durch Verschiebung des Mittelbereichs der Starrachse aus der Linie
der Radachsen ergeben sich jedoch nicht nur die erwähnten kinematischen Vorteile.
Insbesondere bei angetriebenen Achsen besteht darüber hinaus die Möglichkeit, massebehaftete
Bauteile möglichst weitgehend in den gekröpften mittleren Bereich 12 der Starrachse
10 zu verlegen, der bei Hubbewegungen keiner oder nur einer geringfügigen translatorischen
Bewegung ausgesetzt wird, so daß die Auswirkung dieser ungefederten Massen auf das
Federungs- und Dämpfungsverhalten ausgeschaltet oder zumindest verringert wird.
Fig. 6 bis 8 zeigen einige Aus-
führungsbeispiele der Erfindung
für angetriebene Starrachsen.
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Gemäß Fig. 6 umfaßt die Starrachse 10 ein sattelförmig gewölbtes Tragrohr
74, das in seinem mittleren Scheitelbereich mit einem Differential 76 oder dgl.
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verbunden ist. Das Differential 76 weist einen Anlenkpunkt 78 im Eintrittsbereich
der Kardanwelle 80 auf, der über eine Strebe 82 mit dem Fahrzeugaufbau 22 verbunden
ist.
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Von dem Differential 76 auf die Räder 18,20 erfolgt die Drehmomentübertragung
mit Hilfe von Wellen 84,86, die beispielsweise Gelenkwellen, aber auch Kegelradwellen
sein können, da Achsverschiebungen zwischen dem Differential und den Radachsen nicht
aufgenommen werden müssen.
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Zur weiteren Führung der Starrachse 10 gemäß Fig. 6 sind Streben 88,90
vorgesehen, deren achsseitige Anlenkpunkte 92,94 im wesentlichen oberhalb der Radachsen
14, 16 liegen. Diese Anlenkung ist zwar, wie im Hinblick auf die Ausführungsformen
der Figuren 1 bis 5 ausgeführt wurde, unter Gesichtspunkten der Seitenführungseigenschaften
nicht optimal, jedoch ist die Verlegung des massebehafteten Differentials gemäß
Fig. 6 auch bei Verwendung der eher herkömmlichen Streben 88,90 der Fig. 6 sinnvoll.
Eine optimale Lösung ergibt sich jedoch nur, wenn die Streben 88,90 allenfalls in
der für die Streben 64,66 in Fig. 4 gezeigten Art angelenkt sind.
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Schließlich zeigt Fig. 6 eine weitere Querstrebe oder einen sogenannten
Panhardstab 96 zur Seitenführung.
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Die Ausführungsform der Fig. 7 entspricht im wesentlichen
derjenigen
der Fig. 4 bei Anwendung auf eine angetriebene Starrachse. Es werden daher weitgehend
die Bezugsziffern der Fig. 4 verwendet, auf deren Erläuterung Bezug genommen werden
kann. Das Differential 76 ist mit einem sattelförmig gebogenen Hohlkörper 98 verbunden,
der im Inneren in nicht näher gezeigter Weise Antriebswellen zum Antreiben der Räder
18,20 aufnimmt.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 8 ist das Differential 76 mit dem
Fahrzeugaufbau 22 nicht über eine Strebe, sondern über ein Gelenk 100 verbunden.
Von dem Differential 76 gehen nach beiden Seiten gerade Rohrabschnitte 102,104 aus,
die mit Getriebekästen 106,108 an ihren freien Enden verbunden sind. In den Getriebekästen
106, 108 können in nicht gezeigter Weise Zahnrad-, Ketten-, Riemengetriebe oder
dgl. angeordnet sein, die eine Drehmomentübertragung von einer innerhalb der Rohrabschnitte
102,104 liegenden Welle auf die Räder 18,20 bewirken.
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Die Anlenkung des Differentials 76 erfolgt vorzugsweise ausserhalb
der durch ,die Radmitten verlaufende, senkrechte Ebene, da auf diese Weise zugleich
das Antriebs-und Bremsmoment abgestützt werden kann. In jedem Falle bestimmt diese
Anlenkung jedoch eine Querachse oder Momentanachse für Hubbewegungen, zu der das
Differential 76 in geringerem Abstand liegt als die Radachsen 14,16, so daß das
Differential bei Hubbewegungen geringere Wege zurücklegt als die Räder und damit
einen verhältnismäßig geringen Masseneinfluß ausübt.
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Es liegt auf der Hand, daß die erfindungsgemäße Starrachse nicht notwendigerweise
räumlich gekröpft sein muß, sondern beispielsweise auch als gerades Rohr ausgebildet
sein kann, sofern die achsseitigen Anlenkpunkte der Streben und Lenker einerseits
und das Differential und andere
massebehaftete Teile andererseits
aus der durch die Radachsen verlaufenden senkrechten Ebene in der beschriebenen
Weise verlegt sind. Eine Abwandlungsmöglichkeit besteht beispielsweise darin, die
Starrachse als gerades Rohr auszubilden und mit diesem Ausleger zu verschweißen,
an deren freien Ende die Anlenkpunkte der Streben und Lenker liegen. Diese Lösung
führt jedoch zu einer Vergrößerung der ungefederten Massen.
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Im übrigen kann auch bei angetriebenen Achsen ein gerades Achsrohr
verwendet werden, das mit dem Differential in geeigneter Weise fest verbunden ist
und mit diesem und den Antriebswellen ein Dreieck bildet. Auch dabei vergrößern
sich die ungefederten Massen. Für die erwähnte Verbesserung der Seitenführungsqualitäten
ist es jedoch bereits ausreichend, die achsseitigen Anlenkpunkte der Streben und
Lenker deutlich vor bzw. hinter den Radachsen und insbesondere in einer waagerechten
Querachse anzuordnen.
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In jedem Falle handelt es sich um eine echte Starrachse mit deren
bekannten Vorteilen, wie etwa einer stets im wesentlichen konstanten Stellung der
Keder zur Fahrbahn. Auf der anderen Seite sind die Einflüsse der ungefederten Massen
gegenüber bleiche Starrachskonstruktionen deutlich verringert, ohne daß der Nachteil
einer erheblichen Geräuschübertragung auf den Fahrzeugaufbau in Kauf genommen werden
soll, der sich bei der oben erwähnten Starrachsausführung ergibt, bei der das Obertragungs-
oder Differentialgetriebe fest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.