DE3908613A1 - Starre, angetriebene lenkachse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine starre, angetriebene Lenkachse mit Radnabengetrieben und einem Achskörper, an dessen Enden nach außen weisende Lagerzapfen vorgesehen sind, an denen mittels Kegelrollenlager Radnabenträger um eine zur Radebene geneigte Achse schwenkbar angelenkt sind.

Solche Lenkachsen sind bekannt (GB-PS 5 17 465). Als Radnabengetriebe ist ein Planetengetriebe vorgesehen, dessen Steg mit dem Radnabenträger drehfest verbunden ist, so daß sich die Reaktionskräfte aus dem Radnabengetriebe über den Radnabenträger an den Kegelrollenlagern abstützen. Diese Kräfte aus dem Antrieb der Achse vergrößern die Belastung der Schwenklager zusätzlich zu den Belastungen, die sich aus dem Fahrzeuggewicht, den Arbeitsgeräten und der Fahrdynamik des Fahrzeugs ergeben. Diese Belastungen sind vor allem bei Auto- und Mobilkrane extrem hoch.

Zur Aufnahme der hohen Belastungen müssen die Lager, Lagerzapfen und die angrenzenden Bauteile des Achskörpers und des Radnabenträgers entsprechend dimensioniert werden, was zu aufwendigen und großvolumigen Konstruktionen geführt hat. Der große Platzbedarf bedingt seinerseits wiederum, daß die Radnabe in axialer und radialer Erstreckung im Bereich des Reduktionsgetriebes und/oder des Achsgelenkes nicht mehr innerhalb des Radkörpers, bestehend aus Felge und Reifen, untergebracht werden kann. Vorstehende Teile sind im rauhen Einsatz selbst gefährdet oder stellen eine Gefahr für Hilfspersonal oder Einrichtungen dar, die beim Manövrieren im Wege stehen. Durch diese Umstände ist der Konstrukteur häufig gehindert, den Abstand zwischen dem Schwenkpunkt der Radnabe und der Radmittelebene so zu verringern, wie es notwendig wäre, um einen ausreichenden Einschlagwinkel der Räder oder einen gewünschten Lenkrollradius zu erhalten oder die Belastungsmomente klein zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Lenkachse der eingangs beschriebenen Art durch ein kompakt bauendes Schwenklager die Einbaubedingungen der Achse zu verbessern, insbesondere bei hohen und/oder dynamischen Belastungen. Sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerzapfen mit einer konischen Umfangsfläche in eine konische Bohrung des Achskörpers eingreifen und die Kegelrollenlager axial abstützen.

Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung werden die Lagerzapfen durch die Vorspannung der Kegelrollenlager in die konischen Bohrungen gedrückt, wobei mit zunehmender Lagerbelastung der Sitz fester wird. Dadurch wird selbst bei hohen wechselnden dynamischen Belastungen verhindert, daß sich der Lagerbolzen lockert. Der kegelige Sitz des Lagerzapfens mit seiner definierten Anpressung beansprucht nur einen geringen Bauraum, so daß das untere Schwenklager bei sonst gleichen Rahmenbedingungen tief in den Radkörper hineinragen kann. Infolgedessen gelangt der Schwenkpunkt der Radnabe nahe an die Radmittelebene, wodurch der Lenkeinschlag des Rades verbessert und der Lenkrollradius bei entsprechender Neigung der Schwenkachse verkleinert wird.

Bei einer anderen Lösung der Aufgabe können sich die Kegelrollenlager axial am Achskörper abstützen. Die Lagerzapfen werden in diesem Falle durch Spannschrauben mit einer definierten Vorspannung gegen den Kegelsitz im Achskörper gepreßt. Zur Erzielung einer ausreichenden Spannlänge ist die Spannschraube durch eine koaxiale Bohrung des Lagerbolzens geführt.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die konische Umfangsfläche des Lagerbolzens in axialer Richtung unterteilt ist. Dadurch wird erreicht, daß der konische Sitz des Lagerbolzens an zwei axial voneinander entfernten Umfangbereichen trägt und damit in der Lage ist, große Biegemomente aufzunehmen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Lagerbolzen einen Doppelkonus bildet, von denen der eine unmittelbar als Lauffläche für die Kegelrollenlager dient. Dadurch kann der Durchmesser noch weiter verringert werden. Die Lagerbolzen selbst sind als kleine Einzelteile leicht aus einem geeigneten Werkstoff herzustellen und entsprechend zu behandeln, z. B. zu härten und zu schleifen.

Lagerbolzen mit konischem Sitz in einer Fahrzeugachse sind an sich bekannt (DE-OS 29 45 802). Die für Pkw bestimmte Radaufhängung und die entsprechend ausgelegte Lagerung ist nicht geeignet für große Belastungen, wie sie bei Lenkachsen mit Radnabengetrieben auftreten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein radseitiges Ende einer erfindungsgemäßen Lenkachse mit Felge und Rad in einem teilweisen Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab eine Einzelheit II in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Ausführung nach Fig. 2.

An einem Achskörper 1 ist um eine Schwenkachse 2 eine Nabe 3 schwenkbar angelenkt. Diese besteht aus einem Nabenträger 4, einer Radaufnahme 5 und zwischen diesen angeordnete Radlager 6, die als Kegelrollenlager ausgebildet sind und sich axial an einem inneren Ringbund 7 der Radaufnahme 5 abstützen. Die Radlager 6 werden nach außen von einem Nabengehäuse 8 abgedeckt, das an der Radaufnahme 5 lösbar befestigt ist und an seinem äußeren Umfang eine Felgenzentrierung 9 aufweist. An der Radaufnahme 5 ist eine Felge 10, die einen Reifen 11 trägt, mittels Schrauben 12 befestigt. Die Mittelebene des Rades, das aus der Felge 10 und dem Reifen 11 gebildet wird, ist mit 13 bezeichnet. Zwischen ihr und der Schwenkachse 2 ist ein Winkel α eingeschlossen, der sich aus den Winkeln zusammensetzt, die eine in Fahrtrichtung des Fahrzeuges liegende senkrechte Ebene mit der Mittelebene 13 und der Schwenkachse 2 einschließen. Diese Teilwinkel werden allgemein mit Radsturz und Spreizung bezeichnet. Der Winkel beträgt zweckmäßigerweise 5 bis 10°.

Die Schwenkachse 2 schneidet die Rotationsachse 14 des Rades in einem Punkt 15 und die Mittelebene 13 in einem Punkt 16. Der Schnittpunkt der Mittelebene 13 mit der Rotationsachse 14 trägt die Ziffer 17. Für einen guten Einschlagwinkel des Rades ist es wichtig, daß der Abstand zwischen dem Punkt 15 und dem Schnittpunkt 17 möglichst klein ist. Dabei muß jedoch darauf geachtet werden, daß das Nabengehäuse 8 nicht oder nur geringfügig über die äußere Kontur 18 des Reifens 11 herausragt.

Der Punkt 16 liegt oberhalb einer Aufstandsfläche des Reifens 11, so daß die Schwenkachse 2 die Aufstandsfläche 19 weiter außerhalb trifft als die Mittelebene 13. Der Abstand 20 zwischen der Schwenkachse 2 und der Mittelebene 13 in der Aufstandsfläche 19 heißt Lenkrollenradius; im vorliegenden Fall ist er negativ und klein.

Um die oben stehenden Forderungen erfüllen zu können, muß der Gelenkkopf 21, der von einem gabelförmigen Ende 22 des Nabenträgers 4 und einem gabelförmigen Ende 23 des Achskörpers 1 gebildet wird, kompakt gestaltet sein. Dabei umfaßt das Ende 22 das Ende 23 des Achskörpers 1.

Koaxial zu Schwenkachse 2 sind im gabelförmigen Ende 23 des Achskörpers 1 nach außen, zum gabelförmigen Ende 22 des Nabenträgers 4 weisende Lagerbolzen 24 eingesetzt, und zwar mit einem konischen Sitz, der durch die nach innen sich verjüngende konische Umfangsfläche 25 des Lagerbolzens 24 und eine entsprechende konische Bohrung 26 gebildet wird. Die konische Umfangsfläche 25 oder die konische Bohrung 26 wird zweckmäßigerweise in Achsrichtung durch eine Nut 27 unterbrochen. Dadurch ergibt sich in den Randbereichen eine definierte Anlage, die zur Aufnahme von Biegemomenten besonders geeignet ist und dem Lagerbolzen 24 einen sicheren Sitz gibt.

Zwischen dem Lagerbolzen 24 und dem Nabenträger 4, der im übrigen ein- und mehrteilig ausgebildet sein kann, sind Kegelrollenlager 28 angeordnet, deren innerer Laufring 29 sich axial und radial am Lagerbolzen 24 abstützt und deren äußerer Lagerring 30 in einer Lagerbohrung 31 des Nabenträgers 4 geführt ist. Ein Lagerdeckel 32 deckt die Lagerbohrung 31 ab und spannt das Kegelrollenlager 28 über eine Distanzscheibe 33 definiert vor. Die Vorspannung überträgt sich über den Lagerbolzen 24 auf dessen konischen Sitz. Die Kegelrollenlager 28 sind nach außen durch Dichtungen 34 im Lagerdeckel und eine Gleitdichtung 35 zwischen dem Nabenträger 4 und dem Achskörper 1 abgedichtet.

Durch die gute Abstützung im Schwenklagerbereich und die definierte Vorspannung ist es möglich, den Gelenkkopf 21 sehr kompakt zu bauen, so daß der Lenkrollradius 20 und der Abstand von Punkt 15 und 17 klein gehalten werden können, ohne daß die Nabe 4 aus dem Radkörper nennenswert herausragt. Eine Verbesserung ergibt sich ferner, wenn der innere Lagerring 29 mit dem Lagerbolzen 24 einstückig ausgebildet ist, so daß sich ein Lagerbolzen in Form eines Doppelkonus ergibt und die Rollen der Rollenlager unmittelbar auf einer Konusfläche des Lagerbolzens laufen. Die Lagerbolzen können aus Lagerstahl hergestellt werden und in geeigneter Weise wärmebehandelt und geschliffen werden.

Der kleine Lenkrollradius 20 und der geringe Abstand zwischen den Punkten 15 und 17 wirkt sich besonders günstig bei Kranfahrzeugen aus, bei denen die Abstützkräfte unmittelbar über Stützstreben an den Achsgelenken abgestützt werden. Infolge des günstigen Kraftflusses werden die Bauteile nur durch geringe Momente belastet und können deshalb klein dimensioniert werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Lagerbolzen 24, der einstückig mit einem Lagerauge der Stützstrebe 36 ausgebildet ist, über eine Spannschraube 37 und eine Spannmutter 38 gegen den konischen Sitz verspannt. Die Bohrung 52 der Spannschraube ist nach außen durch eine Dichtungskappe 39 verschlossen.

Zum Einschlagen der Räder sind mit dem Nabenträger 4 nicht näher dargestellt Lenkgestänge verbunden. Eine Antriebswelle 40, die über ein nicht näher dargestelltes Achsdifferential angetrieben wird, treibt ihrerseits über ein Universalgelenk 41 in Doppelgelenkbauweise und über eine Schaftwelle 42 mit einem Sonnenrad 43 das als Planetenträger ausgebildete Nabengehäuse 8 an. In diesem sind Planeten 44 auf Planetenbolzen 45 mittels Nadellager 46 drehbar gelagert. Die Planeten 44 kämmen einerseits mit dem Sonnenrad 43 und einem mit einem Hohlradträger 47 am Nabenträger 4 befestigten Hohlrad 48.

Weitere Dichtungen 49, 50, 51 dichten Schmieröl führende Gehäuseteile gegenüber der Umgebung ab.

Bezugszeichen

1 Achskörper
2 Schwenkachse
3 Nabe
4 Nabenträger
5 Radaufnahme
6 Radlager
7 Ringbund
8 Nabengehäuse
9 Felgenzentrierung
10 Felge
11 Reifen
12 Schraube
13 Mittelebene
14 Rotationsachse des Rades
15 Punkt
16 Punkt
17 Schnittpunkt
18 äußere Kontur
19 Aufstandsfläche
20 Abstand
21 Gelenkkopf
22 gabelförmiges Ende des Nabenträgers
23 gabelförmiges Ende des Achskörpers
24 Lagerbolzen
25 konische Umfangsfläche
26 konische Bohrung
27 Nut
28 Kegelrollenlager
29 innerer Lagerring
30 äußerer Lagerring
31 Lagerbohrung
32 Lagerdeckel
33 Distanzscheibe
34 Dichtung
35 Gleitdichtung
36 Stützstreben
37 Spannschraube
38 Spannmutter
39 Dichtungskappe
40 Antriebswelle
41 Universalgelenk
42 Schaftwelle
43 Sonnenrad
44 Planeten
45 Planetenbolzen
46 Nadellager
47 Hohlradträger
48 Hohlrad
49 Dichtung
50 Dichtung
51 Dichtung
52 koaxiale Bohrungen

Claims (4)

1. Starre, angetriebene Lenkachse mit Radnabengetrieben und einem Achskörper, an dessen Enden nach außen weisende Lagerbolzen vorgesehen sind, an denen mittels Kegelrollenlager Radnabenträger um eine zur Radebene geneigte Achse schwenkbar angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbolzen (24) mit einer konischen Umfangsfläche (25) in eine konische Bohrung (26) des Achskörpers (1) eingreifen und die Kegelrollenlager (28) axial abstützen.

2. Lenkachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Umfangsfläche (25) bzw. die konische Bohrung (26) in axialer Richtung durch eine Umfangsnut (27) unterteilt ist.

3. Lenkachse nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbolzen (24) eine koaxiale Bohrung (52) aufweisen, durch die eine Spannschraube (37) gesteckt ist.

4. Lenkachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbolzen (24) als Doppelkonus ausgebildet ist, von denen der eine als Lauffläche für das Kegelrollenlager (28) dient.