DE845160C

DE845160C - Schwingachsanordnung fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE845160C
Application number: DEW228A
Authority: DE
Inventors: Delmar G Roos
Original assignee: Willys Overland Motors Inc
Current assignee: Jeep Corp
Priority date: 1944-02-25
Filing date: 1949-11-01
Publication date: 1952-07-28
Also published as: GB588866A; US2417214A; GB606425A; FR54100E; FR911962A

Description

Die Erfindung l>etrifft eine Schwingachsanordnung für Kraftfahrzeuge mit Einzelfederung der Treibräder, bei welcher an ein Achsgehäuse mit dem Differentialgehäuse Schwingachsen angeschlossen sind, welche sich unabhängig voneinander bewegen, wobei jede Schwingachse unter der Wirkung finer das Achsgehäuse mit dem Fahrzeugrahmen verbindenden Feder steht.

Die Erfindung l>ezweckt eine derartige Ausbildung der Schwingachsanordnung, daß für die Treibräder ein möglichst großer Schwingungsradius erreicht und damit der seitliche Abrieb der Lauffläche auf der Fahrbahn möglichst gering gehalten wird.

Ferner bezweckt die Erfindung eine wesentliche Verringerung des ungefederten Fahrzeuggewichts gege,nül>er der bisher üblichen Bauart.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beide Halbachsen um einen in der Fahrzeugmittelebene liegenden Schwenkpunkt schwingen, während das Differentialgehäuse außerhalb dieser Mittelel >ene und in einem Halbachsgehäuse angeordnet ist, wodurch außerdem die senkrechten Bewegungen des Differentials verringert werden, welches nunmehr zum gefederten Gewicht gehört.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird ferner erreicht, daß das Antriebsdrehmoment durch die Federn auf den Fahrzeugrahmen übertragen wird.

Der Erfindungszweck wird dadurch erreicht, dal.i das Achsgehäuse aus zwei Teilen besteht, welche um ein Gelenk schwingen, wobei einer der Teile das Differentialgetriebe enthält, und daß die Federn Blattfedern sind, welche durch die Achs-

Schwingungen einer aus Durchbiegung und Verdrehung zusammengesetzten Beanspruchung unterliegen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Schwenkpunkt aus einem Kugelgelenk, welches einen Teil des Achsgehäuses bildet und in welchem ein Kreuzgelenk angeordnet ist, um die Relativschwingung der Achsen gegeneinander zu ermöglichen.

ίο Erfindungsgemäß liegen ferner das Kugelgelenk und das Differentialgetriebe nebeneinander. Ferner ist das Kugelgelenk in besonderer Weise ausgebildet, um es ohne Beeinträchtigung seiner Wirksamkeit unmittelbar am Fahrzeugrahmen l>efestigen zu können.

Die Einzelheiten der Bauweise sowie weitere

Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung eines Ausführungsl >eispiels, welches in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt ist, und zwar zeigt

Fig. ι eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Achs- und Federanordnung unter Fortlassung eines Rades, 1'"'R- 3 ^cme Rückansicht gemäß Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 von

Fiji- 3.

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Kugelgelenkverbindung der beiden Achsen, Fig. 6 Einzelteile der Kugelgelenkverbindung und Fig. 7 eine Darstellung der Einzelteile der Verbindung in einer Grenzstejlung.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf den Hinterradantrieb eines Fahrzeugs. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf l>eschränkt, sondern kann ebensogut auch für einen Vorderradantrieb oder einen Vierradantrieb verwendet werden.

Gemäß den Zeichnungen sind die Längsträger 10-11 des Fahrzeugrahmens an ihren Enden mittels eines Querträgers 14 miteinander verbunden, welcher durch Diagonalstreben 15 verstärkt und an den Trägern 10 und 11 durch Niete 16 und mit dem Querträger 14 durch Niete 17 verbunden ist. Die Längsträger 10 und 11 sind ferner durch Rohre 20 und 21 miteinander verbunden, deren Enden an die Träger angeschweißt oder sonstwie mit ihnen verbunden sind.

An der L^Tnterseite der Träger 10 und 11 befinden sich Lagerböcke 22 und 23, welche durch Niete 24 befestigt sind. Jeder Lagerl>ock hat eine Bohrung für einen Bolzen 25, welcher, durch das vordere Auge des Hauptblatts einer Blattfeder 26 ! bzw. 26' hindurchgesteckt, deren Lagerung am | Rahmen 10 bzw. n bewirkt. An den hinteren Tei- | len der Träger 10 und 11 sind gemäß Fig. 2 durch Niete 30 zwei weitere Lagerböcke 28 und 29 l>efestigt. Sie nehmen den einen Schenkel 31 eines Federbügels 32 auf, dessen anderer Bügel 34 in das andere Auge des Hauptblatts der Blattfeder eingreift.

Etwa in der Mitte des Rahmens ist ein Stützträger 37 angeordnet, welcher einen horizontalen Flächenteil 38 und aufwärts gerichtete Nasen 39 hat, welche bei 40 mit den Rohren 20 und 21 verschweißt oder sonstwie mit ihnen verbunden sind. Bei der dargestellten .Ausführungsform trägt der ebene Teil 38 des Stützträgers 37 Gehäuseteile 42 und 43. Diese Gehäuseteile, und der Teil 38 der Stütze 2i7 haben ausgerichtete Bohrungen zur Aufnähme von Bolzen 44. auf deren o1>eren Enden Muttern 45 sitzen, um die Teile 42 und 43 in bezug auf den Rahmen festzuhalten. Um ein Lösen der Muttern 45 zu verhindern, sind Querkeile 46 vorgesehen. Die Innenwände der Gehäuseteile 42 und 43 bilden Kugelschalen, welche zu der gelenkigen Verbindung der Achsgehäuse gehören. Diese Anordnung wird später noch ausführlich beschrie1 >en.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung liegt der Antriebsmotor (nicht dargestellt) vor den angetriebenen Hinterrädern. Die Antriebskraft des Motors wird durch eine Kupplung (nicht dargestellt) auf die Welle 49 übertragen, welche mittels eines Kreuzgelenks 50 mit einer geflanschten Büchse 48 verbunden ist. Diese sitzt auf der verhältnismäßig kurzen t^Tl>ertragunⁱgswelle 51, die ein Ritzel 52 trägt. Diese Ritzelwelle 51 läuft in Rollenlagern 53 in dem Hohlzapfen 54 des Differentialgehäuses 55. Das Ritzel 52 kämmt mit einem als Ring ausgebildeten Gegenrad 58, welcher am Differentialstern 59 mittels Bolzen 60 l>efestigt ist. Der Differentialstern 59 läuft in Lagern 61 und 62 des Gehäuses 55. Der Differentialmechanismus besteht aus dem Wellenstumpf 63, auf welchem Kegelräder 64 und 65 lose drehbar sitzen und mit Kegelrädern 67 und 68 kämmen. Das Zahnrad 67 ist auf das genutete Ende 69 der einen Treibwelle 70 aufgekeilt, während das Zahnrad 68 in ähnlicher Weise auf dem Ende einer Zwischentreibwelle 72 sitzt, weiche zur Treibwelle 70 gleichachsig ist. Die rückwärtige. Öffnung des Gehäuses 55 ist durch einen Deckel 56 abgeschlossen, welcher mit Schrauben ~,~ 1x?testigt ist.

Das Differentialgehäuse 55 hat einen hohlen seitlichen Fortsatz 74 zur Aufnahme des einen inneren Endes des als Hohlachse ausgebildeten Achsgehäuse s 75. Die Teile sind l>ei 76 miteinander verschweißt. Das äußere Ende des Achsgehäuses 75 ist zur Aufnahme eines Rollenlagers 78 erweitert, in welchem die Treibwelle 70 gelagert ist. Diese hat einen konischen Teil 80 für die Nabe 81, welche das Rad82 mittels Bolzen83 trägt. Die Nabe wird auf dem konischen Teil der Treibwelle 70 durch die Mutter 84 gehalten. Das Rad 82 hat eine Felge 85 für den Luftreifen 86. An dem Achsgehäuse 75 ist ein Federbock 87 angeschweißt, welcher einen Anschlag für das Hauptblatt der Blattfeder 26 bildet, welche mittels U-förmiger Bolzen 88 an der Hohlachse 75 Ix'festigt sind. Die Schenkel der U-förmigen Bolzen 88 treten durch Bohrungen einer Platte 130, welche durch Muttern mit den Bolzen verbunden ist und die Blattfeder fest mit der Hohlachse 7s verbindet. Die Platte 130 hat nach unten gerichtete. Flansche 131 mit Bohrungen zur Aufnahme eines Bolzens 132,

welcher bei τ 33 mit den Flanschen 131 verschweißt ist. Auf dem Bolzen 132 sitzt das Auge 134 des unteren Teleskoprohr 135 eines hydraulischen Stoßdämpfers üblicher Bauart. Das andere Teleskoprohr 136 des Stoßdämpfers hat ein Auge 137, welches auf einem Bolzen 138 gelagert ist. Der Bolzen 138 erstreckt sich durch eine U-förmige Stütze 139, welche seitlich an den Längsträgern 10 angeschweißt ist. Der Bolzen 138 ist an die Stütze τ39 Ivei 140 angeschweißt.

Das Differentialgehäuse 55 hat außerdem einen seitlichen sich nach der anderen Seite erstreckenden Fortsatz 90, an welchem mittels Gewindebolzen 92 und Muttern 93 der Flansch des Lagerteils 91 der einen Kugelgelenkschale 105 befestigt ist. Der Lagerteil 91 dient zur Aufnahme eines Xadellagers 95, in welchem die kurze Treibwelle 72 gelagert ist. Das Ende der Zwischenwelle 72 ist als Bügel 96 als Teil eines Kreuzgelenks ausgebildet. Der andere Bügelteil 97 des Kreuzgelenks hat eine Nabe 98, welche aiif das Ende der anderen Treibwelle 100 aufgenutet ist, die am anderen Ende das Fahrzeugrad 101 trägt. Die Treibwelle. 100 liegt in dem ebenfalls als Hohlachse abgebildeten Achsgehäuse 102, dessen äußeres Ende zur Aufnahme eines Rollenlagers 78' gleicher Bauart wie das Lager 78 erweitert ist. Die Drehung der Zwischenwelle 72 wird somit auf die Treibwelle 100 durch das Kreuzgelenk 96, 97 übertragen. Da dieses Universalgelenk die übliche Bauart hat. braucht es im einzelnen nicht weiter lieschrieben zu werden.

Die Treibwellc 100 trägt an ihrem freien Ende das Fahrzeugrad 101 mit F"elge und Luftreifen. An dem Achsrohr 102 ist ein Federbock 87' angeschweißt, welcher mit der Blattfeder 26' in der gleichen Weise verbunden ist wie der Bock 87 mit der Blattfeder 26. Auch für diese Feder ist ein hydraulischer Stoßdämpfer 135', 136' vorgesehen, welcher mit der Blattfeder 26' und dem Längsträger ι ι des Rahmens in gleicher Weise verbunden ist wie der Stoßdämpfer 135, 136 mit der Blattfeder 26 und mit dem Träger 10.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfinduiig liegt der Mittelpunkt des Kreuzgelenks 96, 97 im wesentlichen in der Längsmittelebene c-c des Fahrzeugs (Fig. 1). Die Achsen sind so eingebaut, daß sie um den Mittelpunkt des Universalgelenks eine l>egrenzte Schwingbewegu.ng ausführen können. Zu diesem Zweck hat der Lagerteil 91 einen kugelschalenförmigen Teil 105. An das innere Ende, des Achsgehäuses 102 ist bei 99 ein Lagerteil 106 angeschweißt, welcher an seiner Außenseite zwei kugelschalenförmige Abschnitte 108 und 109 verschiedener Radien hat. Die äußeren Kugelschalenabschnitte der Teile 105 und 108 haben gleiche Radien, und die Gehäuseteile 42 und -bilden mit ihren inneren Kugelschalenflächen 110 und in die. Widerlage für die äußeren KugelschalenHächen 105 und 108. Der Radius der Innenwände 112 der Kugelschalen 105 und der Radius der Außenfläche der Kugelschalen 109 sind gleich.

Die Winkel, um welche die Achsen in einer senkrechten Richtung schwingen können, sind durch das Maß der relativen Schwingbewegung des Kugelschalenteiles 109 im Kugelschalenteil 105 begrenzt. Ein Merkmal der Erfindung betrifft die neue Anordnung der Kugelschalengelenkverbindung und ihre Herstellung mit einer Mindestzahl von Teilen. Zum Zusammenbau der Teile 105 und 108 werden diese gemäß Fig. 7 miteinander in eine vorläufige Berührung gebracht und beide Teile des Kugelgelenks in die halbkugelförmigen Ausnehmungen des Gehäuses 42 eingesetzt. Nachdem die Teile sich in dieser Lage befinden, wird der Ge- : häuseteil 43 eingesetzt und mittels der Bolzen 44 befestigt. Der Gehäuseteil 43 legt sich mit seiner inneren Kugelfläche gegen die Kugelschalenflächen 105 und 108 und sichert somit diese Teile in ihrer Gelenkverbindung zueinander. Durch die besondere Ausbildung der Kugelschalenflächen ergibt sich ein Ringspalt 115, welcher unabhängige Schwinglxnvegungen der Achsrohre 75 und 102 zueinander gestattet, wol>ei der Schwingungsmittelpunkt im Mittelpunkt des Kreuzgelenks 96, 97 liegt.

Das Differentialgetriebe, das Antriebsritzel, der Getriebering und das -Kreuzgelenk 96, 97 werden durch das im Gehäuse 55 vorhandene Schmiermittel geschmiert. Das Schmiermittel kann durch die Zwischenräume zwischen den Nadeln der Lager 95 das Innere des Kreuzgelenks 96, 97 erreichen. Im Kugelschalenteil 109 sind öffnungen 117 vorgesehen, damit das Schmiermittel Zutritt zu den Kugelschalenflächen 105, 108 und zu den inneren Kugelschalenflächen der Gehäuseteile 42 ■ und 4.3 hat, damit alle gegeneinanderbeweglichen Teile des Kugelgelenks ausreichend geschmiert werden. Dichtungen 118 und 119 verhindern den Austritt des Schmiermittels aus dem Gehäuse 55 und dem Kugelgelenk. Die Gehäuseteile 42 und 43 sind außen mit Ringnuten zur Aufnahme von Staubkappen 120 und 121 aus nachgiebigem Material versehen, um die Relativbewegungen der HaIb- ! achsen aufzunehmen. Die Kappen verhindern das ! Eindringen von Staub oder sonstigen Fremdkörpern in das Kugelgelenk.

; Die Arl>eitsweise und Wirkung des Antriebs und der Achsanordnurig gemäß der Erfindung ist folgende: Jedes Rad 86 und 86' ist durch die Achsrohre. 75 und 102 und die anderen vorstehend beschriebehen Teile mit dem Kugelgelenk verbunden und schwingt um den Krümmungsmittelpunkt der Innenflächen der Gehäuseteile 42 und 43. Das Achsrohr 75, das Differentialgetriebe, das Differentialgehäuse 55 und der Lagerteil 91 sind fest miteinander verbunden, so daß diese Teile tatsächlich eine einheitliche Halbachse bilden, welche um einen zentralen Mittelpunkt in l>ezug auf das Fahrzeug schwingt. Der Abstand jedes Rades von die- iao sein Mittelpunkt ist gleich.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung gestattet die Bewegung der tjeiden Antriebsräder unabhängig voneinander, was einen ausschlaggel>enden Faktor für die Straßenlage des Fahrzeugs bildet. Während senkrechter Be-

wegungen eines oder beider Antriebsräder ändert sich der Berührungspunkt der Lauffläche des Rades auf der Straße, da die Räder um einen gemeinsamen Schwingungspunkt schwenkbar sind. Es hat sich gezeigt, daß dies vorteilhaft ist, da hierdurch die Reifenabnutzumg auf eine breitere Umfangsfläche verteilt wird. Ferner hat sich im praktischen Betrieb bei einem Fahrzeug gemäß der Erfindung gezeigt, daß die Reifen kaum oder gar nicht radieren, wahrscheinlich weil der Berührungspunkt des Reifens eines Rades sich seitlich ändert, während das Fahrzeug sich bewegt und die Reifen mit der Straße in rollendem Eingriff stehen. Wenn Straßenunebenheiten eine senkrechte Bewegung der Räder verursachen, so kommt der Berührungspunkt des Reifens auf der Straße aus der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs. Da jedoch diese Änderung des Berührungspunkts mit dem Abrollen des Reifens gleichzeitig erfolgt, so findet, wenn überhaupt, nur eine geringe seitliche Abnutzung durch Radieren des Reifens statt.

Das Differentialgehäuse 55 und die in ihm zugeordneten Teile sowie das Ende der Antriebswelle sind so angeordnet, daß ein großer Teil des Gewichts dieser Teile oder Elemente von den Gehäuseteilen 42 und 43 aufgenommen wird. Diese Bauart verringert daher das ungefederte Gewicht für die Reifen und Räder, wodurch die Straßenlage des Fahrzeugs verbessert wird. Da das Differentialgehäuse sehr dicht am Schwingurcgsmittelpunkt der Halbachsen Hegt, ist die senkrechte Bewegung des Gehäuses und der mit ihm verbundenen Antriebswelle sehr gering im Vergleich zu der senkrechten Bewegung der Antriebsräder. Das Verhältnis der Bewegung ist proportional zum Abstand des Gehäuses vom Schwingungsmittelpunkt der Halbachsen in bezug auf den Abstand der Räder 86 von demselben Punkt. Durch Verringerung der senkrechten Bewegung der Antriebswelle 49 kann der Boden der Karosserie niedriger gelegt werden und infolgedessen der Schwerpunkt niedriger liegen, wodurch wieder die Straßenlage des Fahrzeugs verbessert wird.

Da die Blattfedern mit den Federböcken 87 und 87' der Achsrohre 75 und 102 während jeder Durchbiegung der Federn in einer senkrechten Ebene fest verbunden sind, so erfolgt eine Verdrehung oder Torsionsbewegung des Hauptblatts jeder Feder und bis zu einem gewissen Grade auch eine Verdrehung oder Torsion der übrigen Federblätter in jedem Federpaket. Daher ist während senkrechter Bewegungen der Antriebsräder jede Feder einer Verbundwirkung unterworfen, und zwar einer Durchbiegung in einer senkrechten Ebene und einer Torsion oder Verwindung um eine Längsachse. Hierdurch werden wesentliche, für die Straßenlage des Fahrzeugs bedeutsame Vorteile erreicht. In erster Linie ist die Federkonstante, d. h. die Durchbiegung pro Gewichtseinheit, ein veränderlicher Faktor, so daß bei Vergrößerung der Federbelastung die Durchbiegung proportional zur Zunahme der Gewichtsbelastung abnimmt. Tatsächlich wird die Feder bei Vergrößerung des Gewichts auf die Fahrzeugfedern steifer und ihr Widerstand gegen Durchbiegung vergrößert. Die Verbundfederwirkung der senkrechten Durchbiegung mit der Längsverdrehung schaltet die natürliche Schwingungsperiode der Feder aus. Dies hat sich als außerordentlicli bedeutsam für die Straßenlage des Fahrzeugs erwiesen, weil die Verbundfederwirkung eine veränderliche Federkonstante zur Folge hat, welche Schwingungen sotort dämpft. Dies gilt insbesondere für die Schwingungen, welche sich durch das Auflaufen der Räder auf Straßenunetenheiten oder Hindernisse ergeben. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung hat sich ergeben, daß die von den Straßenunebenheiten herrührenden Federstöße sehr schnell gedämpft werden und daß, wenn überhaupt, nur eine sehr geringe Schwingungsreaktion auf den Rahmen und die Karosserie übertragen wird, so daß das Fahrzeug ungewöhnlich sanft fährt.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Drehmomentreaktion der Anordnung durch die mit dem Achsrohr 75 verbundene Feder 26 absorbiert, da zwischen dem Achsrohr 75 und dem Achsrohr 102 keine Drehmomentübertragung erfolgt. Dies schafft einen sehr nachgiebigen Antrieb, weil die Reaktion nur durch die Feder übertragen wird. Dagegen werden die Brems-Wirkungen sowohl von der Feder 26 als auch von der Feder 26' übertragen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern kann mit zahlreichen Abänderungen Anwendung finden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingachsanordnung für Kraftfahrzeuge, bei welcher an ein Achsgehäuse mit dem Differentialgehäuse Schwingachsen angeschlossen sind, welche sich unabhängig voneinander bewegen, wobei jede Schwingachse unter der Wirkung einer das Achsgehäuse mit dem Fahrzeugrahmen verbindenden Feder steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsgehäuse aus zwei Hohlachsen (75, 102) t>esteht, welche um ein Gelenk (110, in) schwingen, wobei die eine Hohlachse (z. B. 75) das Differentialgehäuse (55) enthält, und daß die Federn (26) Blattfedern sind, welche durch die Achsschwingungen einer aus Durchbiegung und Verdrehung zusammengesetzten Beanspruchung unterliegen.

2. Schwingachsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk aus einem Kugelgelenk (105, 108, 110, n 1) besteht, welches einen Teil des Achsgehäuses bildet und in welchem ein Kreuzgelenk (96, 97) angeordnet ist, um die Relativschwingung der Treibwellen (72, 100) gegeneinander zu ermögliehen.

3. Schwingachsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (105, 108) und das Differentialgehäuse (55) nebeneinanderliegen.

4. Schwingachsanordnung nach Anspruch 2

und 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk mit Schalen (110, in) am Fahrzeugrahmen (20, 21) befestigt ist und daß innerhalb dieser Schalen zwei Kugelschalenabschnitte (105, 108) gleichen Durchmessers zur Anlage gegen die Innenschalen (110, in) der Haltevorrichtung liegen, während das eigentliche Kugelgelenk der beiden Halbachsgehäuse (91, 102) von dem Kugelschalenteil (109) mit kleinerem Durchmesser als" die Kuigelschalenteile (105, 108) sowie der Innenfläche (112) der Kugelschale (105) gebildet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I §267 7. 5a