EP3676113A1 - Zentralgelenk für einen dreipunktlenker - Google Patents

Zentralgelenk für einen dreipunktlenker

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Publication number
EP3676113A1
EP3676113A1 EP18749317.6A EP18749317A EP3676113A1 EP 3676113 A1 EP3676113 A1 EP 3676113A1 EP 18749317 A EP18749317 A EP 18749317A EP 3676113 A1 EP3676113 A1 EP 3676113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
captive
central joint
joint
central
axle connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18749317.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Reddehase
Jörg Heemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3676113A1 publication Critical patent/EP3676113A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to central joint for a three-point link and a three-point link with such a central joint according to the preambles of the independent claims.
  • Axle suspensions of commercial vehicles for example for industrial goods or passenger transport, often have rear axles, which are designed as rigid axles.
  • Such rigid axles can be guided by a three-point link, which is arranged above the rigid axle in an upper link level.
  • Such a three-point link has two, an angle enclosing each other and converging at a first end of the three-point link in a first bearing point link arms.
  • the central joint is assigned to the three-point link and designed as a ball joint.
  • the two other ends of the three-point link are connected via a respective joint, such as a molecular joint, to a vehicle frame.
  • the central joint allows roll movements, ie rotational movements about the vehicle's longitudinal axis, as well as compression and rebound movements of the rigid axle.
  • drive and braking torques are introduced into the three-point link via the central joint, if the rigid axle is designed as a drive axle.
  • a captive securing a central joint which is designed as a crossbar, which is referred to as a stopper element.
  • the central joint has a ball joint and is connected to a rigid axle.
  • the cross bar is oriented exclusively in a vehicle transverse direction; So only in a single spatial direction. In this way, although a clearance is created by the collisions of the cross bar are prevented with adjacent components at low height of the central joint, especially for larger inputs and / or rebound movements of the rigid axle. However, this is at the expense of security against a separation of the central joint when the crossbar is used as a stop after a dissolution of the connection between an inner ring and an outer ring of the ball joint.
  • the object of the invention is to provide a central joint with a captive, which provides the same in case of failure of the central joint increased security against separation.
  • the invention accordingly provides a central joint for a three-point link.
  • the central joint has a housing which is rotatably supported by a ball joint and pivotally mounted relative to an axle connection of the central joint.
  • the central joint has a captive securing device acting as a stop, which extends perpendicular to the center axis of the axle connection and prevents separation of housing and axle connection in the event of failure of the ball joint.
  • the captive device extends perpendicular to the center axis of the axle connection effectively in two spatial directions.
  • the housing and the axle connection are slidingly connected via the ball joint, the housing preferably enclosing the ball joint at least in an undeflected zero position of the central joint.
  • the ball joint has an inner part and an inner part fitting surrounding outer part.
  • the inner part may be formed solid or annular and has a convex lateral surface which is formed as a spherical zone, wherein the spherical zone preferably extends at least substantially symmetrically to an equator of the inner part.
  • the outer part which functions as a bearing shell, is fixed in particular in the housing. It is ring-shaped and has a concave inner peripheral surface which is formed in a shape corresponding to the convex spherical zone of the inner part.
  • the concave inner peripheral surface extends analogously to the inner part of the ball joint preferably at least substantially symmetrically to an equator of the outer part.
  • the outer part and the inner part of the ball joint may each be formed in one or more parts.
  • the inner part of the ball joint is preferably formed as a separate component; However, it can also be an integral part of the axle connection, so be formed integrally with the Achsanitati.
  • the inner part and the outer part exist as well as the axle connection and the captive made of an iron material, in particular of steel.
  • the outer part may alternatively be formed of a plastic material.
  • the axle connection is suitable for connecting the central joint to a rigid axle body of a rigid axle, wherein the axle connection in the installed state in the vehicle is rigidly connected to the rigid axle body.
  • a failure of the ball joint is present in particular when the convex lateral surface of the inner part and / or concave inner peripheral surface of the outer part, for example, by increased dry friction due to lack of lubrication, wear so much that the previously described positive connection between the inner part and the outer part of the ball joint is destroyed and the outer part can thereby separate from the inner part.
  • Such a separation of inner part and outer part can also be the result of an abuse load acting on an already severely worn central joint, caused for example by brisk driving over a curb.
  • the anti-loss device provides a stop that reliably prevents separation of the housing and the axis connection.
  • the captive is supported directly or indirectly on the housing or on parts of the ball joint.
  • the central axis of the axle connection in the installed state in the vehicle extends in a vehicle vertical direction.
  • the center axis of the axle connection can also extend at an acute angle of, for example, 10 degrees to the vehicle vertical direction.
  • the center axis of the axle connection is congruent with the central axis of the central joint.
  • the ball joint is arranged in the non-deflected zero position of the central joint rotationally symmetrical to the central axis of the axle connection and rotationally symmetrical to the central axis of the central joint.
  • the captive perpendicular to the central axis of the axle connection extends not only in terms of volume in two spatial directions, but in these two Spacing in two directions in space is expressly not meant in connection with the present invention that the entire captive protection may extend exclusively in the two spatial directions described above perpendicular to the central axis of the axle connection
  • the two spatial directions according to the present invention are preferably aligned at right angles to one another.
  • the two spatial directions are preferably the vehicle longitudinal direction and the vehicle relative to the installed state of the central joint ugquerides.
  • the aligned in the other spatial direction part of the captive provides an additional backup reserve to a passage of the captive through to effectively prevent the housing.
  • the captive is formed symmetrically with respect to a plane extending through the central axis of the axle connection.
  • the captive can be formed symmetrically with respect to a plane which extends through the central axis of the axle connection and extending in the vehicle longitudinal direction.
  • the captive starting from the central axis of the axle connection would extend at least still in the direction of travel or against the direction of travel.
  • the captive In case of failure of the ball joint and the simultaneous action of particularly high rolling forces on the captive would be at least in the direction of travel or against the direction extending part of the captive then represent the aforementioned backup reserve against a separation of the central joint.
  • the captive is formed symmetrically with respect to a plurality of planes extending through the central axis of the axle connection. These multiple levels extend in particular in the vehicle longitudinal direction and in the vehicle transverse direction. Accordingly, the captive can be designed, for example, cross-shaped and thus provide for all conceivable loads effective protection against separation of the central joint, regardless of whether on the captive rolling forces and / or spring or rebound movements forces and / or braking torques and / or drive torques act. If the captive is cross-shaped, the arms of this cross can all be the same length, opposite equal length or different lengths. The latter embodiment may be useful, for example, if cross-sections of the housing and / or the ball joint, which must pass the captive before a separation of the central joint, deviate from a circular shape.
  • anti-loss device symmetrically with respect to more than two planes, as described above, for example in a star shape.
  • Such embodiments provide a particularly effective protection against separation of the central joint, when superimposed loads, for example caused by rolling forces and superimposed braking forces, act on the captive and the line of action resulting from the superimposed loads force neither exactly in the vehicle longitudinal direction nor extends exactly in the vehicle transverse direction ,
  • the captive is formed flat.
  • a perpendicular to the central axis of the Achsanitati surface formed captive has the advantage that at partially acting in a certain force application point on the captive forces, for example, caused by a particularly strong rolling motion of a vehicle body to the right side of the vehicle, adjacent to the force application point existing area shares act supporting and thus help prevent damage to the captive in the force application point.
  • Flat trained Verlier Klien can be performed for example as a hexagon or as an octagon and have in addition to the aforementioned Supporting effect the additional advantage that they are also well suited for receiving resulting forces as described above.
  • the captive is rotationally symmetrical.
  • the installation of the captive can be simplified because no alignment is required.
  • a rotationally symmetrical captive can be made relatively cheap, for example by automatic turning.
  • the rotationally symmetrical captive securing device is in particular dish-shaped or disk-shaped and can be produced favorably due to its rotational symmetry, for example by automatic turning. But non-cutting production processes such as cold extrusion or forging are also possible.
  • surfaces of the captive which act as a stop surfaces in the event of imminent separation of the central joint due to failure of the ball joint, arranged at least substantially in a plane which extends perpendicular to the central axis of the axle connection.
  • the height of the central joint can be kept low.
  • the stop surfaces when viewed in a section or in any sections through the central axis of the axle, in itself straight, whereby the manufacturing cost is kept low.
  • the stop surfaces may also be formed circumferentially and thus combined to form a continuous stop surface.
  • This continuous abutment surface may be formed as a circular ring surface or a truncated cone lateral surface, which is compared with the previously described plane which extends perpendicular to the central axis of the axle connection, only slightly obliquely and thus lies substantially in the aforementioned plane.
  • areas of the captive securing device which act as abutment surfaces in case of imminent separation of the central joint as a result of failure of the ball joint may be arranged at least partially outside a plane which extends perpendicular to the center axis of the axle connection.
  • These stop surfaces can, when viewed in a section or in any section through the central axis of the axle connection, be flat or curved in itself. Curved stop surfaces may be formed such that they are after a successful impact and then rolling or buckling or jounce the rigid axle on surfaces of the housing and / or the ball joint quasi pass.
  • the captive is detachably connected to the axle connection.
  • the captive can be replaced with little effort, for example, if it has come due to a failure of the ball joint used and thereby damaged.
  • the captive is connected by a single connection element to the axle connection.
  • This connecting element is arranged in particular in the middle of the captive to have a uniform load when the captive is used.
  • a connection element is to be understood in particular to mean an element which is intended to establish a connection between the captive securing device and the axle connection by means of a force and / or positive connection.
  • the connection is formed in particular only by the connecting element or by the connecting element and an additional securing element as a captive connection.
  • the captive against the axis connection is positively fixed perpendicular to the central axis of the axle connection, for example, by a centering approach the axle connection, which is embraced by the captive form-locking.
  • the connecting element has a threaded portion which extends in the direction of the central axis of the axle connection and through which the captive is pulled to the axle connection and clamped against it.
  • the connecting element may be formed, for example, as a hexagon screw or as a hexagon socket screw.
  • the one connecting element is formed integrally with the captive or with the Achsanitati. In this way, the number of components to be mounted and thus the assembly costs can be reduced.
  • the captive and the Achsanitati are connected by a radial press connection.
  • the Radialpressitati is designed as a serrated connection, wherein the serration is preferably introduced into a bore of the captive.
  • the radial compression connection may be designed as a shrink-fit connection.
  • the radial press connection is secured by a securing element, in particular an axial securing element such as a securing ring, against removal of the captive securing in the direction of the central axis of the axle connection.
  • the captive is inextricably linked to the axle connection.
  • the captive can be materially connected to the axle connection, for example by a welded joint or an adhesive bond.
  • the captive is integrally formed with the Achsanitati, the Achsanitati is formed in this case in particular in several parts to allow assembly.
  • the one-piece design of the captive with the Achsanitati a particularly stable connection is created to avoid separation of Achsanitati and housing with security after a failure of the central joint.
  • the housing has a housing opening towards the axle connection, which is out of round, in particular elliptical.
  • the housing opening is adapted to the space required for the maximum deflections of the housing relative to the axle connection.
  • the non-circular, in particular elliptical, shape results because the maximum possible deflections of Housing are usually directional.
  • the maximum possible Auswinkelungen are based on the mounting position in the vehicle, especially in the vehicle longitudinal direction greater than in the vehicle transverse direction. This is due to the fact that the maximum possible roll angle are usually smaller than the deflections caused by compression and rebound of the live axle. Therefore, the housing opening, in particular in the vehicle longitudinal direction to a greater extent than in the vehicle transverse direction.
  • the longitudinal sides of the elliptical housing opening which are aligned in the vehicle longitudinal direction preferably have a spacing from each other which is smaller than the extension of the rotationally symmetrical captive securing device perpendicular to the center line of the axle connection.
  • the housing has at least one internal franking, can dive into the outer regions of the captive with large Auswinkelungen the central joint.
  • the height of the central joint can be kept low even when using a captive, which extends perpendicular to the central axis of the axle connection in two spatial directions and, for example, is rotationally symmetrical.
  • the at least one franking based on the non-deflected zero position of the central joint, in particular on the opposite side of the axle connection embedded in an inner annular surface of the housing, which extends at least substantially perpendicular to the central axis of the axle.
  • the at least one franking is shaped in such a way that no contact or even collision between the captive securing device and the housing can occur in the case of any possible deflection of the central joint.
  • the housing can have a plurality of individual, trough-shaped clearances on the inside, whose position is matched to direction-dependent maximum deflections of the central joint. These several individual frankings are arranged in pairs diametrically opposite one another in particular.
  • the individual, trough-shaped frankings can also be designed as a coherent, three-dimensional franking, which is designed in a form-corresponding manner to an imaginary envelope, which satisfies the essential envelops the total required movement space for all possible states of motion of the captive safety device.
  • the housing preferably has a single franking, which is trench-like and at the same time annular in circumference.
  • a flange plate of the axle connection has at least one franking, into which outer areas of the housing can dive in the case of large deflections of the central joint.
  • This embodiment also contributes to the fact that the height of the central joint can be kept low.
  • the flange plate may also have a plurality of individual, trough-shaped clearances or only a trench-like and at the same time circular circumferential trained franking.
  • the other design possibilities of the at least one franking in the flange plate are analogous to the at least one internal franking of the housing.
  • a dome or a pin of the axle connection at least one franking, in which, especially in large Auswinkelungen the central joint, outer portions of the housing and / or outer portions of a bearing shell of the ball joint can dive.
  • particularly large deflections of the housing relative to the axle connection can be realized, depending on the direction, for example, +/- 25 degrees, starting from the undeflected zero position of the central joint, can be.
  • the axle connection is made in one piece and consists of the flange plate and the integrally formed therewith dome. From a pin to be spoken when the axle connection is made in two parts and is formed from the flange plate and the rigidly connected pin.
  • the central axes of the dome and the pin are each congruent with the central axis of the axle connection.
  • the dome or pin may also have a plurality of individual, trough-shaped clearances or only a single franking, as a trench-like and at the same time the dome or the pin annular circumferential constriction is formed.
  • Such an annular encircling franking is in particular rotationally symmetrical and, for example, designed similar to an inner lateral surface of a torus, preferably with rounded transitions to the dome or the journal. If there are several individual frankings, these are likewise arranged, in particular, in pairs diametrically opposite one another and form, for example, a sidecut of the dome or the pin.
  • the other design options of at least one franking of the dome or the pin are also analogous to those of at least one internal franking of the housing.
  • the at least one franking of the dome or of the journal is only so far pronounced that the remaining residual cross section of the dome or of the journal can still safely absorb the forces that occur maximally in the central joint.
  • the invention further relates to a three-point link with a central joint as described above, wherein the three-point link is designed as a Achs Equipmentslenker for guiding a rigid axle, in particular a rigid axle of a commercial vehicle.
  • the three-point link has two, an angle einlenkende and converging at a first end of the three-point link in a first bearing point link arms.
  • the first bearing point of the three-point link can be connected via the central joint to a rigid axle body of the rigid axle.
  • the other two ends of the three-point link are connectable to a vehicle frame via one respective guide joint, for example a molecular joint.
  • Fig. 1 is a perspective view of a suspension arrangement according to the prior art
  • FIG. 2 is a sectional view according to the section A - A in FIG. 6, showing a central joint according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a sectional view of the central joint according to FIG. 2 in a first, extremely angled position
  • FIGS. 2 and 3 shows a sectional view of the central joint according to FIGS. 2 and 3 in a second, extremely angled position
  • FIG. 5 is a sectional view of the central joint according to FIGS. 2 to 4 in a third, extremely angled position in accordance with the section line B - B indicated in FIG. 6;
  • FIG. 6 shows a sectional view of the central joint according to FIGS. 2 to 5 and according to the sectional profile C - C indicated in FIG. 2;
  • FIG. 7 is a perspective view obliquely from above of the central joint according to FIGS. 2 to 6; FIG.
  • FIG. 8 shows a sectional view analogous to FIG. 2 of a central joint according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a sectional view analogous to FIG. 2 of a central joint according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 10 in a sectional view analogous to Figure 2, a central joint according to a fourth embodiment of the invention and
  • Fig. 11 in a perspective view obliquely from above a three-point link according to the invention.
  • FIG. 1 shows a chassis arrangement 1 with a drawn drive axle, which is designed as a rigid axle and has a rigid axle body 2.
  • a drawn drive axle which is designed as a rigid axle and has a rigid axle body 2.
  • the rigid axle is arranged behind a cross member 3 extending in a vehicle transverse direction y and per vehicle side of a support 4 extending substantially in a vehicle vertical direction z.
  • the upper link level, the rigid axle of a V-shaped spread and substantially in the vehicle longitudinal direction x extending Achs arrangement required to the vehicle longitudinal direction x extending Achs arrangement slenker pulled, which is designed as a three-point link 5.
  • the three-point link 5 is formed symmetrically with respect to a plane which is spanned by the vehicle longitudinal direction x and the vehicle vertical direction z, and has two molecular joints, via which it is connected to the cross member 3.
  • the three-point link 5 has a central joint 11 for the pivotable and pivotable connection of the three-point link 5 to the
  • the rigid axle by two in the vehicle transverse direction y parallel to each other, each vehicle outside arranged and pulled in the vehicle longitudinal direction x trailing arm 6 is pulled.
  • the trailing arms 6 are each connected at one end to the rigid axle body 2 and at the other end to a lower force introduction region 7 of one of the two supports 4.
  • the end regions of the trailing arms 6 are each opposite to the lower force introduction region 7 and the rigid axle body 2 around a vehicle transverse direction y horrre- tilting pivot axis swivel.
  • the chassis assembly 1 has per vehicle side in each case a longitudinal member 9, on which the Starrachs redesign 2 is supported by air springs 12.
  • the two longitudinal members 9 extend parallel to one another in the vehicle longitudinal direction x and, together with the cross member 3, form part of a vehicle frame 10.
  • vehicle longitudinal direction x, vehicle transverse direction y and vehicle vertical direction z are used analogously to FIG.
  • Fig. 2 shows a central joint 20 for a three-point link 470 in a non-deflected zero position, which also represents the mounting position in an unloaded commercial vehicle.
  • the central joint 20 has a pre-angle ⁇ in the manner of a crank, which means that a shaft 21 of the central joint 20 relative to the horizontal forms an acute angle, which in this embodiment is 10 degrees.
  • the horizontal lies in a plane which is spanned by the vehicle longitudinal direction x and the vehicle transverse direction y and in the present case extends parallel to a footprint of the commercial vehicle.
  • the central joint 20 has a housing 22, which is formed integrally with the shaft 21, but has no pre-angle, but is aligned horizontally.
  • the housing 22 is rotatably supported by a ball joint 23 and pivotally mounted relative to an axle connection 24 of the central joint 20.
  • the ball joint 20 has a captive securing device 25 acting as a stop, which extends perpendicularly to a central axis 26 of the axle connection 24 and, in the event of failure of the ball joint 23, prevents separation of the housing 22 and axle connection 24.
  • the captive 25 extends perpendicular to the central axis 26 of the axle 24 effectively in two spatial directions, namely in the vehicle longitudinal direction x and in the vehicle transverse direction y.
  • the captive 25 is plate-shaped and extends rotationally symmetrical about the central axis 26 of the axle 24.
  • the central axis 26 of the axle 24 is also the central axis of the central joint 20.
  • the central joint 20 is shown cut, the sectional plane through the vehicle longitudinal direction x and the vehicle vertical direction z is spanned and at the same time passes through the central axis 26 of the axle connection 24. With respect to this sectional plane, the central joint 20 is mirror-symmetrical.
  • the captive 25 is connected by a single connecting element, which is designed as a hexagon screw 27, rigidly and at the same time detachably connected to a dome 28 of the axle connection 24.
  • the hexagon screw 27, which presses the captive 25 against an end face of the mandrel 28, is screwed into a centrally arranged internal thread of the mandrel 28.
  • the dome 28 has a cylindrical centering projection, which is received by a shape-corresponding, pocket-shaped recess of the captive 25.
  • the ball joint 23 has an inner part designed as an inner ring 29 and an inner part 29 fittingly enclosing the outer part, which is designed as an outer ring 30.
  • the inner ring 29 is solid and has a convex lateral surface, which is formed as a spherical zone, which extends symmetrically to an equator of the inner ring 29.
  • the outer ring 30, which functions as a bearing shell, is axially fixed in the housing 22, one end by a locking ring and the other by a collar-like shoulder of the housing 22.
  • the outer ring 30 is annular and has a concave inner peripheral surface which corresponds in shape to the convex spherical zone of the inner ring 29 is formed.
  • the captive 25 provides a stop that prevents separation of the housing 22 and axle connection 24.
  • the captive 25 is supported directly or indirectly on the inner ring 29 of the ball joint 23, wherein the indirect support is present when the captive 25 rests on the retaining ring.
  • Fig. 3 shows the central joint 20 in a first extremely angled position, which is present when a rigid axle of the commercial vehicle is fully rebounded and the central joint 20 is not understandknelt at the same time by a superimposed rolling motion.
  • the Auswinkelung of the housing 22 relative to the horizontal should be referred to below as Federauswinkelung ß, because it comes from the compression and rebound of the rigid axle.
  • the Federauswinkelung ß is a Pivoting of the housing 22 about a vehicle transverse axis, which in the present case is 20 degrees.
  • the angulation of the shaft 21 relative to the horizontal is due to the pre-angle ⁇ of the shaft 21 of 10 degrees to the horizontal a total of 30 degrees.
  • the housing 22 has an internal franking 32, based on the non-deflected zero position of the central joint 20, on the axle connection 24 opposite side is inserted into an inner annular surface of the housing 22.
  • the annular surface extends in the zero position of the central joint 20 perpendicular to the central axis 26 of the Achsanitati 24.
  • the franking 32 is trench-like and extends annularly circumferentially within the annular surface, so that outer areas of the plate-shaped captive 25 can dip. In this case, even at maximum spring deflection, there is no contact between the outer regions of the captive securing device 25 and the franking 32, at least as long as the ball joint 23 is intact.
  • the dome 28 of the axle connection 24 has an annular encircling franking 33 into which outer regions of the housing 22 and the outer race 30 acting as a bearing shell of the ball joint 23 are immersed in the present extreme Federauswinkelung ß.
  • Fig. 4 shows the central joint 20 in a second extremely angled position, which is present when the rigid axle is compressed maximum and the central joint 20 is not additionally refinedknelt by a superimposed rolling motion.
  • the Federauswinkelung ß is presently also 20 degrees, the deflection of the shaft 21 relative to the horizontal due to the Vorwinkelung ⁇ of the shaft 21 is only 10 degrees.
  • the explanations in connection with FIGS. 3 and 4 make it clear that the pre-angle ⁇ of the shank 21 serves to achieve the maximum possible spring deflection ⁇ of the central joint 20, which, based on the undeflected zero position of the central joint 20, is the amount When springing the rigid axle are just as large as the rebound.
  • the dome 28 in the present case is not inclined, but rather extends at right angles to the horizontal and to a flange plate 34 which is formed integrally with the dome 28.
  • the flange plate 34 and the dome 28 form To enable the illustrated, extreme Federauswinkelung ß, the flange plate 34 has a dome 28 annular encircling franking 35 which is formed as an annular groove and allows immersion of outer regions of the housing 22.
  • the clearances 32, 33 and 35 contribute to the fact that the overall height of the central joint 20 is comparatively low.
  • FIG. 5 shows the central joint 20 in a third, extremely angled position, in which the housing 22 and the shafts 21 integrally connected thereto are aligned obliquely to the flange connection 24 as a result of a roll angle Y, which in the present case is 10 degrees.
  • the roll angle ⁇ is a pivoting of the housing 22 about a vehicle longitudinal axis extending in the vehicle longitudinal direction x.
  • the central joint 20 is shown in its installed position.
  • the Wankauswinkelung ⁇ of the housing 22 is due to a pivoting of a vehicle body about the vehicle longitudinal axis.
  • the pivoting can for example come about through cornering, in which although the vehicle body tends to curve outside, but not the rigid axle and the rigidly connected axle connection 24.
  • the sectional plane is in Fig.
  • the housing 22 has, toward the flange connection 24 or toward the flange plate 34, a housing opening 36 which is elliptical in shape and has a smaller extension in the vehicle transverse direction y than in the vehicle longitudinal direction x (see FIG. 2).
  • the elliptical shape of the housing opening 36 is due to the fact that the housing opening 36 should always be kept as small as possible for reasons of stability.
  • the maximum Federauswinkelache ß with present +/- 20 degrees are greater than the maximum Wankauswinkelmaschine present with +/- 10 degrees results in the elliptical shape of the housing opening 36.
  • the housing opening 36 thus provides an additional safeguard against a separation of the housing 22 and the flange connection 24, which becomes effective if the outer ring 30 should become disintegrated as a result of wear, for example due to abrasive wear.
  • FIG. 6 clearly shows that the circular outline 38, shown as a dashed line, of the captive 25 is larger than the elliptically shaped outline 37 of the housing opening 36 shown as a solid line.
  • some peripheral lines are hidden in FIG extend concentrically to the dome 28, which is cut in the region of the rotationally symmetrical franking 33.
  • a circumferential line separating the inner ring 29 from the outer ring 30 of the ball joint 23 is shown.
  • the sectional representation according to FIG. 5 is based only on the sectional profile B - B shown in FIG. 6, because the central joint 20 is deflected in FIG. 5 and not in FIG. 6.
  • the rotation-symmetrical and at the same time plate-shaped design of the captive 25 is clearly visible in Fig. 7, as well as the hexagon screw 27 through which the captive 25 is rigidly connected to the dome 28.
  • the locking ring with which the outer ring 30 of the ball joint 23 is fixed in the housing 22.
  • the locking ring has a circumferential interruption to be able to compress it for insertion into the housing 22 can. This is done with a pair of pliers which engage in two holes arranged adjacent to the interruption, with only one of the two holes being visible.
  • the flange plate 34 is rectangular and has in each of its four corners a through hole for attachment of the flange plate 34 to the rigid axle.
  • Clearly visible is also formed as a ring trench franking 35 in the flange plate 34, wherein the franking 35 is arranged concentrically to the dome 28.
  • FIG. 8 shows a central joint 120 in which a captive securing device 125 is rigidly connected to a dome 128 of an axle connection 124 by a radial press connection.
  • the Radialpressitati is designed as a serrated connection with a serration, wherein the serration is introduced into a bore of the captive 125.
  • the bore is centrally introduced into the rotationally symmetrical captive 125 and is penetrated in the assembled state by a journal projection 151 of the mandrel 128.
  • the journal projection 151 acts as a connecting element.
  • a securing element which is designed as a securing ring 150, constitutes an axial securing device and prevents removal of the captive securing device 125 in the direction of a center axis 126 of the axle connection 124.
  • the mode of operation of the captive securing device 125 is analogous to the mode of operation described in connection with FIGS. 2 to 7 Loss prevention 25.
  • a captive securing device 225 of a central joint 220 is rigidly fastened to a dome 228 of an axle connection 224 by a single connecting element 227.
  • the captive 225 is integrally formed with the connecting element 227, wherein the connecting element 227 is formed as a threaded pin which is screwed into a front-side blind hole of the dome 228.
  • the captive securing device 225 has a centrally arranged hexagonal recess on the front side.
  • the mode of operation of the captive 225 is also analogous to the mode of operation of the captive 25 described in connection with Figures 2 to 7.
  • Fig. 10 shows a central joint 320 with a captive 325, which is permanently connected to an axle connection 324.
  • the non-detachable connection is due to the fact that the captive 325 is integrally formed with a pin 360 of the axle connection 324.
  • the axle connection 324 itself is in this variant formed in two parts and consists of a flange plate 334 with the pin 360 is rigidly connected via a conical seat. In this case, the conical seat is biased by a nut in the axial direction of the pin 360. For this reason, the pin 360 in the assembled state acts like the above-described Dom 28, 128 and 228.
  • the flange plate 334 has no franking analogous to the above-described franking 35.
  • the captive 325 is supported on an inner peripheral surface of a housing 322 of the central joint 320.
  • the mode of operation of the captive securing device 325 is essentially analogous to the mode of operation of the captive securing device 25 described in conjunction with FIGS. 2 to 7.
  • the housing 322 has a housing opening towards the flange plate 334, which, however, is round. If the housing opening had a non-circular, for example elliptical, outline, as described above, assembly of the ball joint 323 would not be possible.
  • the pin 360 has a circular encircling franking 333, which is rotationally symmetrical and in which, in the case of large deflections of the central joint 320, outer regions of the housing 322 can dip.
  • V-shaped three-point link 470 has two tubular link arms 472, which are arranged at an angle with each other and converge in the central joint 20.
  • the link arms 472 are each rigidly connected to one of the two shafts 21 of the central joint 20.
  • Each of the two link arms 472 is rigidly connected at its free end to a guide joint, which is in each case designed as a molecular joint 471.
  • the three-point link 470 can be connected to a vehicle frame and via the flange plate 34 of the axle connection 24 to a rigid axle.
  • the three-point link 470 is designed as an axle guide arm for guiding a rigid axle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) für einen Dreipunktlenker (470). Das Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) weist ein Gehäuse (22, 322) auf, das durch ein Kugelgelenk (23, 323) dreh- und schwenkbeweglich gegenüber einer Achsanbindung (24, 124, 224,324) des Zentralgelenks (20, 120, 220, 320) gelagert ist. Darüber hinaus weist das Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) eine als Anschlag fungierende Verliersicherung (25, 125, 225, 325) auf, die sich senkrecht zu der Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) erstreckt und bei Versagen des Kugelgelenks (23, 323) ein Separieren von Gehäuse (22, 322) und Achsanbindung (24, 124, 224, 324) unterbindet. Erfindungsgemäß erstreckt sich die Verliersicherung (25, 125, 225, 325) senkrecht zu der Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) wirksam in zwei Raumrichtungen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Dreipunktlenker (470) mit einem solchen Zentralgelenk (20, 120, 220, 320), wobei der Dreipunktlenker (470) als ein Achsführungslenker zur Führung einer Starrachse ausgebildet ist.

Description

Zentralgelenk für einen Dreipunktlenker
Die Erfindung betrifft Zentralgelenk für einen Dreipunktlenker und einen Dreipunktlenker mit einem solchen Zentralgelenk gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Achsaufhängungen von Nutzfahrzeugen, beispielsweise zum gewerblichen Güteroder Personentransport, weisen häufig Hinterachsen auf, die als Starrachsen ausgebildet sind. Derartige Starrachsen können durch einen Dreipunktlenker geführt sein, der oberhalb der Starrachse in einer oberen Lenkerebene angeordnet ist. Ein solcher Dreipunktlenker weist zwei, einen Winkel miteinander einschließende und an einem ersten Ende des Dreipunktlenkers in einem ersten Lagerpunkt zusammenlaufende Lenkerarme auf. In diesem ersten Lagerpunkt ist der Dreipunktlenker über ein Zentralgelenk an einen Starrachskörper der Starrachse angebunden, wobei das Zentralgelenk dem Dreipunktlenker zugeordnet und als ein Kugelgelenk ausgebildet ist. Die beiden anderen Enden des Dreipunktlenkers sind über je ein Führungsgelenk, beispielsweise ein Molekulargelenk, an einen Fahrzeugrahmen angebunden. Das Zentralgelenk lässt Wankbewegungen, also Drehbewegungen um die Fahrzeuglängsachse, sowie Ein- und Ausfederbewegungen der Starrachse zu. Darüber hinaus werden über das Zentralgelenk Antriebs- und Bremsmomente in den Dreipunktlenker eingeleitet, wenn die Starrachse als eine Antriebsachse ausgebildet ist.
Aufgrund von erhöhtem Verschleiß oder Überlastung des Zentralgelenks können sich Verbindungen zwischen Einzelteilen des Zentralgelenks auflösen. Insbesondere können sich ein Innenring und/oder ein Außenring eines innerhalb des Zentralgelenks angeordneten Kugelgelenks derart stark abnutzen, dass sich diese normalerweise formschlüssig miteinander verbundenen Teile voneinander trennen. Infolge eines solchen Schadensereignisses könnte sich die über das Zentralgelenk realisierte Verbindung zwischen dem Dreipunktlenker und dem Starrachskörper lösen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Separieren des Zentralgelenks, was mit einer Gefahr hoher Sach- und möglicherweise sogar Personenschäden verbunden ist. Aus dem Stand der Technik sind daher Verliersicherungen bekannt, die eine vollständige Separation des Zentralgelenks verhindern sollen. Beispielsweise ist aus der DE 11 2006 000 910 T5 eine Verliersicherung eines Zentralgelenks bekannt, die als ein Querriegel ausgebildet ist, welcher als Stopperelement bezeichnet wird. Das Zentralgelenk weist ein Kugelgelenk auf und ist an eine Starrachse angebunden. Der Querriegel ist ausschließlich in einer Fahrzeugquerrichtung orientiert; also nur in einer einzigen Raumrichtung. Auf diese Weise wird zwar ein Freigang geschaffen, durch den bei geringer Bauhöhe des Zentralgelenks Kollisionen des Querriegels mit benachbarten Bauteilen verhindert werden, insbesondere bei größeren Ein- und/oder Ausfederbewegungen der Starrachse. Dies geht allerdings zu Lasten der Sicherheit gegen eine Separation des Zentralgelenks, wenn der Querriegel nach einem Auflösen der Verbindung zwischen einem Innenring und einem Außenring des Kugelgelenks als ein Anschlag zum Einsatz kommt. In diesem Fall wird ein Separieren des Zentralgelenks nur dann durch beide Enden des Querriegels gemeinsam unterbunden, wenn keine Wankauswinkelung des Zentralgelenks vorliegt. Ist das Zentralgelenk infolge von Wankbewegungen dagegen ausgelenkt, müssen Fahrwerkskräfte, die versuchen, das Zentralgelenk zu separieren, komplett von nur einem einzigen Ende des Querriegels aufgenommen werden. Wird dieses einzig gegen eine Separation des Zentralgelenks wirksame Ende des Querriegels dann neben den regulären, im Fahrbetrieb auftretenden Betriebslasten zusätzlich belastet, beispielsweise durch ein Sonderereignis wie das Überfahren eines Bordsteins, kann es zu einem Verbiegen oder gar Abbrechen des einzig wirksamen Endes kommen. Ein derart eingekürzter Querriegel stellt keinen wirksamen Schutz gegen eine Separation mehr dar, weil er sich im weiteren Fahrbetrieb mit hoher Wahrscheinlichkeit aus dem Zentralgelenk herausarbeiten wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zentralgelenk mit einer Verliersicherung bereitzustellen, die bei Ausfall des Zentralgelenks eine erhöhte Sicherheit gegen eine Separation desselben bietet.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Zeichnungsfiguren.
Die Erfindung sieht demnach ein Zentralgelenk für einen Dreipunktlenker vor. Das Zentralgelenk weist ein Gehäuse auf, das durch ein Kugelgelenk dreh- und schwenkbeweglich gegenüber einer Achsanbindung des Zentralgelenks gelagert ist. Ferner weist das Zentralgelenk eine als Anschlag fungierende Verliersicherung auf, die sich senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung erstreckt und bei Versagen des Kugelgelenks ein Separieren von Gehäuse und Achsanbindung unterbindet. Erfindungsgemäß erstreckt sich die Verliersicherung senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung wirksam in zwei Raumrichtungen.
Insbesondere stehen das Gehäuse und die Achsanbindung über das Kugelgelenk gleitgelagert in Verbindung, wobei das Gehäuse das Kugelgelenk bevorzugt zumindest in einer nicht ausgelenkten Nulllage des Zentralgelenks umschließt. Das Kugelgelenk weist ein Innenteil und ein das Innenteil anliegend umschließendes Außenteil auf. Das Innenteil kann massiv oder ringförmig ausgebildet sein und weist eine konvexe Mantelfläche auf, die als eine Kugelzone ausgebildet ist, wobei sich die Kugelzone vorzugsweise zumindest im Wesentlichen symmetrisch zu einem Äquator des Innenteils erstreckt. Das Außenteil, das als eine Lagerschale fungiert, ist insbesondere in dem Gehäuse festgelegt. Es ist ringförmig ausgebildet und weist eine konkave Innenumfangsfläche auf, die formkorrespondierend zu der konvexen Kugelzone des Innenteils ausgebildet ist. Die konkave Innenumfangsfläche erstreckt sich analog zu dem Innenteil des Kugelgelenks vorzugsweise zumindest im Wesentlichen symmetrisch zu einem Äquator des Außenteils. Hierdurch und durch das anliegende Umschließen des Innenteils durch das Außenteil sind das Innenteil und das Außenteil insbesondere im Einbauzustand formschlüssig miteinander verbunden. Das Außenteil und das Innenteil des Kugelgelenks können jeweils einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Innenteil des Kugelgelenks ist vorzugsweise als ein separates Bauteil ausgebildet; es kann allerdings auch integraler Bestandteil der Achsanbindung sein, also einstückig mit der Achsanbindung ausgebildet sein. Das Innenteil und das Außenteil bestehen ebenso wie die Achsanbindung und die Verliersicherung aus einem Eisen Werkstoff, insbesondere aus Stahl. Das Außenteil kann alternativ auch aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Die Achsanbindung ist geeignet zur Anbindung des Zentralgelenks an einen Starrachskörper einer Starrachse, wobei die Achsanbindung im Einbauzustand im Fahrzeug starr mit dem Starrachskörper verbunden ist.
Ein Versagen des Kugelgelenks liegt insbesondere dann vor, wenn sich die konvexe Mantelfläche des Innenteils und/oder konkave Innenumfangsfläche des Außenteils, beispielsweise durch erhöhte Trockenreibung infolge fehlender Schmierung, so stark abnutzen, dass die zuvor beschriebene formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenteil und dem Außenteil des Kugelgelenks zerstört wird und sich das Außenteil dadurch von dem Innenteil trennen kann. Eine solche Trennung von Innenteil und Außenteil kann auch die Folge einer auf ein bereits stark abgenutztes Zentralgelenk einwirkenden Missbrauchslast sein, hervorgerufen beispielsweise durch forsches Überfahren einer Bordsteinkante. In diesen Fällen stellt die Verliersicherung einen Anschlag bereit, der eine Separation von Gehäuse und Achsanbindung sicher verhindert. Dabei stützt sich die Verliersicherung insbesondere direkt oder indirekt an dem Gehäuse oder an Teilen des Kugelgelenks ab. Bevorzugt erstreckt sich die Mittelachse der Achsanbindung im Einbauzustand im Fahrzeug in einer Fahrzeughochrichtung. Alternativ dazu kann sich die Mittelachse der Achsanbindung auch in einem spitzen Winkel von beispielsweise 10 Grad zu der Fahrzeughochrichtung erstrecken. Vorzugsweise ist die Mittelachse der Achsanbindung deckungsgleich mit der Mittelachse des Zentralgelenks. Insbesondere ist das Kugelgelenk in der nicht ausgelenkten Nulllage des Zentralgelenks rotationssymmetrisch zu der Mittelachse der Achsanbindung und rotationssymmetrisch zu der Mittelachse des Zentralgelenks angeordnet.
Mit einer wirksamen Erstreckung in zwei Raumrichtungen ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass sich Bereiche der Verliersicherung, an denen im Falle eines Versagens des Kugelgelenks unmittelbar Teile des Gehäuses und/oder des Kugelgelenks direkt oder indirekt anschlagen würden, senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung in zwei Raumrichtungen erstrecken. Im Gegensatz dazu erstrecken sich die Bereiche des eingangs beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten, Querriegels, die bei einem Versagen des Kugelgelenks als Anschlag wirksam werden könnten, nur in einer Raumrichtung, nämlich in Fahrzeugquerrichtung. Durch die Formulierung, dass sich die Verliersicherung senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung„wirksam" in zwei Raumrichtungen erstreckt, soll zum Ausdruck gebracht werden, dass sich die Verliersicherung senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung nicht nur volumenmäßig in zwei Raumrichtungen erstreckt, sondern in diesen beiden Raumrichtungen tatsächlich auch als Verliersicherung, insbesondere als Anschlag, wirken kann. Mit einer Erstreckung in zwei Raumrichtungen ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ausdrücklich nicht gemeint, dass sich die gesamte Verliersicherung ausschließlich in den beiden zuvor beschriebenen Raumrichtungen senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung erstrecken darf. Die zwei Raumrichtungen gemäß vorliegender Erfindung sind vorzugsweise rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Bei den beiden Raumrichtungen handelt es sich, bezogen auf den Einbauzustand des Zentralgelenks, vorzugsweise um die Fahrzeuglängsrichtung und um die Fahrzeugquerrichtung. Wirken in einer der beiden Raumrichtungen besonders hohe Kräfte auf die Verliersicherung, die beispielsweise infolge eines Sonderereignisses oder eines Missbrauchsfalls zu einer Beschädigung der Verliersicherung führen könnten, stellt der in der anderen Raumrichtung ausgerichtete Teil der Verliersicherung eine zusätzliche Sicherungsreserve dar, um einen Durchtritt der Verliersicherung durch das Gehäuse wirkungsvoll zu verhindern.
Vorteilhaft ist die Verliersicherung symmetrisch in Bezug auf eine Ebene ausgebildet, die sich durch die Mittelachse der Achsanbindung erstreckt. Beispielsweise kann die Verliersicherung symmetrisch in Bezug auf eine Ebene ausgebildet sein, die durch die Mittelachse der Achsanbindung verläuft und sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Bei diesem Beispiel würde sich die Verliersicherung, ausgehend von der Mittelachse der Achsanbindung zumindest noch in der Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung erstrecken. Bei einem Ausfall des Kugelgelenks und gleichzeitiger Einwirkung besonders hoher Wankkräfte auf die Verliersicherung würde der sich zumindest in der Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung erstreckende Teil der Verliersicherung dann die vorgenannte Sicherungsreserve gegen eine Separation des Zentralgelenks darstellen. Bevorzugt ist die Verliersicherung symmetrisch in Bezug auf mehrere Ebenen ausgebildet, die sich durch die Mittelachse der Achsanbindung erstrecken. Diese mehreren Ebenen erstrecken sich insbesondere in der Fahrzeuglängsrichtung und in der Fahrzeugquerrichtung. Demzufolge kann die Verliersicherung beispielsweise kreuzartig ausgebildet sein und somit für alle denkbaren Belastungen einen wirkungsvollen Schutz gegen eine Separation des Zentralgelenks bereitstellen, unabhängig davon, ob auf die Verliersicherung Wankkräfte und/oder von Ein-oder Ausfederbewegungen herrührende Kräfte und/oder Bremsmomente und/oder Antriebsmomente einwirken. Ist die Verliersicherung kreuzartig ausgebildet, können die Arme dieses Kreuzes allesamt gleich lang, gegenüberliegend gleich lang oder unterschiedlich lang ausgebildet sein. Letztere Ausführung kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn Querschnitte des Gehäuses und/oder des Kugelgelenks, die die Verliersicherung vor einer Separation des Zentralgelenks passieren muss, von einer Kreisform abweichen.
Es ist auch vorstellbar, die Verliersicherung symmetrisch in Bezug auf mehr als zwei Ebenen, wie zuvor beschrieben, auszubilden, beispielsweise sternförmig. Derartige Ausführungen stellen einen besonders wirkungsvollen Schutz gegen eine Separation des Zentralgelenks dar, wenn überlagerte Belastungen, beispielsweise hervorgerufen durch Wankkräfte und überlagerte Bremskräfte, auf die Verliersicherung einwirken und sich die Wirkungslinie der aus den überlagerten Belastungen resultierenden Kraft weder exakt in Fahrzeuglängsrichtung noch exakt in Fahrzeugquerrichtung erstreckt.
Zweckmäßig ist die Verliersicherung flächig ausgebildet. Eine senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung flächig ausgebildete Verliersicherung hat den Vorteil, dass bei partiell in einem bestimmten Krafteinleitungspunkt auf die Verliersicherung einwirkenden Kräften, beispielsweise hervorgerufen durch eine besonders starke Wankbewegung eines Fahrzeugaufbaus zu der rechten Fahrzeugseite hin, benachbart zu dem Krafteinleitungspunkt vorhandene Flächenanteile stützend wirken und somit helfen, eine Beschädigung der Verliersicherung in dem Krafteinleitungspunkt zu vermeiden. Flächig ausgebildete Verliersicherungen können beispielsweise als ein Sechseck oder als ein Achteck ausgeführt sein und haben neben der vorgenannten Stützwirkung den zusätzlichen Vorteil, dass sie ebenfalls gut geeignet sind zur Aufnahme von resultierenden Kräften wie zuvor beschrieben.
Vorteilhaft ist die Verliersicherung rotationssymmetrisch ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich die Montage der Verliersicherung vereinfachen, weil kein Ausrichten erforderlich ist. Außerdem kann eine rotationssymmetrische Verliersicherung relativ günstig hergestellt werden, beispielsweise durch Automatendrehen. Die rotationssymmetrische Verliersicherung ist insbesondere tellerförmig oder scheibenförmig ausgebildet und lässt sich aufgrund ihrer Rotationssymmetrie günstig herstellen, beispielsweise durch Automatendrehen. Aber auch spanlose Herstellungsverfahren wie Kaltfließpressen oder Schmieden kommen in Frage.
Bevorzugt sind Flächen der Verliersicherung, die bei drohender Separation des Zentralgelenks infolge Versagens des Kugelgelenks, als Anschlagflächen fungieren, zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung erstreckt. Auf diese Weise kann die Bauhöhe des Zentralgelenks gering gehalten werden. Insbesondere sind die Anschlagflächen, bei Betrachtung in einem Schnitt oder in beliebigen Schnitten durch die Mittelachse der Achsanbindung, in sich gerade ausgebildet, wodurch der Herstellungsaufwand gering gehalten wird. Die Anschlagflächen können auch umlaufend ausgebildet und somit zu einer durchgehenden Anschlagfläche zusammengefasst sein. Diese durchgehende Anschlagfläche kann als eine Kreisringfläche oder eine Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet sein, die gegenüber der zuvor beschriebenen Ebene, die sich senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung erstreckt, nur geringfügig schräg angestellt ist und somit im Wesentlichen in der vorgenannten Ebene liegt. Alternativ können Flächen der Verliersicherung, die bei drohender Separation des Zentralgelenks infolge Versagens des Kugelgelenks als Anschlagflächen fungieren, zumindest teilweise außerhalb einer Ebene angeordnet sein, die sich senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung erstreckt. Diese Anschlagflächen können, bei Betrachtung in einem Schnitt oder in einem beliebigen Schnitt durch die Mittelachse der Achsanbindung, eben oder in sich gekrümmt ausgebildet sein. In sich gekrümmte Anschlagflächen können derart ausgebildet sein, dass sich diese nach erfolgtem Anschlagen und anschließendem Wanken oder Ein- bzw. Ausfedern der Starrachse auf Oberflächen des Gehäuses und/oder des Kugelgelenks quasi abwälzen.
Zweckmäßig ist die Verliersicherung lösbar an die Achsanbindung angebunden. Auf diese Weise kann die Verliersicherung mit geringem Aufwand ausgetauscht werden, beispielsweise wenn sie aufgrund eines Versagens des Kugelgelenks zum Einsatz gekommen ist und dabei beschädigt wurde.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Verliersicherung durch ein einziges Verbindungselement an die Achsanbindung angebunden. Dieses Verbindungselement ist insbesondere in der Mitte der Verliersicherung angeordnet, um eine gleichmäßige Belastung zu haben, wenn die Verliersicherung zum Einsatz kommt. Unter einem Verbindungselement soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, durch eine Kraft- und/oder Formschlussverbindung eine Verbindung zwischen der Verliersicherung und der Achsanbindung herzustellen. Die Verbindung ist dabei insbesondere nur durch das Verbindungselement oder durch das Verbindungselement und ein zusätzliches Sicherungselement als eine verliersichere Verbindung ausgebildet. Vorteilhaft ist die Verliersicherung gegenüber der Achsanbindung senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung formschlüssig festgelegt, beispielsweise durch einen Zentrieransatz der Achsanbindung, der von der Verliersicherung formschlüssig umgriffen wird. Besonders günstig ist die Verwendung einer rotationssymmetrischen Verliersicherung mit zentrisch angeordnetem Verbindungselement, weil bei einer solchen Anordnung kein Ausrichten der Verliersicherung um die Mittelachse der Achsanbindung erforderlich ist. Aber auch, wenn die Verliersicherung nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann die Verliersicherung durch ein einziges Verbindungselement an die Achsanbindung angebunden sein. Die Ausrichtung der Verliersicherung gegenüber der Achsanbindung kann in diesem Fall beispielsweise über formkorrespondierende Zentrierflächen der Achsanbindung und der Verliersicherung erfolgen. Insbesondere weist das Verbindungselement einen Gewindeabschnitt auf, der sich in Richtung der Mittelachse der Achsanbindung erstreckt und durch den die Verliersicherung an die Achsanbindung gezogen und gegen diese verspannt wird. Das Verbindungselement kann beispielsweise als eine Sechskantschraube oder als eine Innensechskantschraube ausgebildet sein.
Zweckmäßig ist das eine Verbindungselement einstückig mit der Verliersicherung oder mit der Achsanbindung ausgebildet. Auf diese Weise kann die Anzahl zu montierender Bauteile und damit der Montageaufwand reduziert werden.
Alternativ sind die Verliersicherung und die Achsanbindung durch eine Radialpressverbindung miteinander verbunden. Auch auf diese Weise wird eine starre Anbindung der Verliersicherung an die Achsanbindung und umgekehrt ermöglicht. Insbesondere ist die Radialpressverbindung als eine Kerbzahnverbindung ausgebildet, wobei die Kerbverzahnung vorzugsweise in eine Bohrung der Verliersicherung eingebracht ist. Die Radialpressverbindung kann alternativ auch als eine Schrumpfverbindung ausgeführt sein. Vorteilhaft ist die Radialpressverbindung durch ein Sicherungselement, insbesondere ein Axialsicherungselement wie beispielsweise einen Sicherungsring, gegen ein Abziehen der Verliersicherung in Richtung der Mittelachse der Achsanbindung gesichert.
Gemäß einer weiteren Alternative ist die Verliersicherung unlösbar an die Achsanbindung angebunden. Dabei kann die Verliersicherung stoffschlüssig an die Achsanbindung angebunden sein, beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung. Bevorzugt ist die Verliersicherung jedoch einstückig mit der Achsanbindung ausgebildet, wobei die Achsanbindung in diesem Fall insbesondere mehrteilig ausgebildet ist, um eine Montage zu ermöglichen. Durch die einstückige Ausbildung der Verliersicherung mit der Achsanbindung wird eine besonders stabile Verbindung geschaffen, um nach einem Ausfall des Zentralgelenks ein Separieren von Achsanbindung und Gehäuse mit Sicherheit zu vermeiden.
Vorteilhaft weist das Gehäuse zu der Achsanbindung hin eine Gehäuseöffnung auf, die unrund, insbesondere ellipsenförmig, ausgebildet ist. Insbesondere ist die Gehäuseöffnung an den für die maximalen Auswinkelungen des Gehäuses gegenüber der Achsanbindung erforderlichen Freiraum angepasst. Die unrunde, insbesondere ellipsenförmige, Form ergibt sich, weil die maximal möglichen Auswinkelungen des Gehäuses in der Regel richtungsabhängig sind. Die maximal möglichen Auswinkelungen sind, bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug, insbesondere in der Fahrzeuglängsrichtung größer als in der Fahrzeugquerrichtung. Dies liegt darin begründet, dass die maximal möglichen Wankwinkel meistens kleiner sind als die Auswinkelungen, die durch Ein- und Ausfedern der Starrachse verursacht werden. Daher weist die Gehäuseöffnung insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung eine größere Ausdehnung auf als in Fahrzeugquerrichtung. Bevorzugt weisen die in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Längsseiten der elliptischen Gehäuseöffnung zueinander einen Abstand auf, der kleiner ist als die Erstreckung der rotationssymmetrisch ausgebildeten Verliersicherung senkrecht zu der Mittellinie der Achsanbindung. Eine derartig ausgebildete Gehäuseöffnung stellt bei einem Ausfall des Zentralgelenks eine zusätzliche Sicherung gegen eine Separation dar, weil ein Durchtritt der rotationssymmetrisch ausgebildeten Verliersicherung nicht möglich ist.
Bevorzugt weist das Gehäuse zumindest eine innenliegende Freimachung auf, in die äußere Bereiche der Verliersicherung bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks eintauchen können. Auf diese Weise kann die Bauhöhe des Zentralgelenks auch bei Verwendung einer Verliersicherung gering gehalten werden, die sich senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung in zwei Raumrichtungen erstreckt und beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die zumindest eine Freimachung ist, bezogen auf die nicht ausgelenkte Nulllage des Zentralgelenks, insbesondere auf der der Achsanbindung gegenüberliegenden Seite in eine innenliegende Ringfläche des Gehäuses eingelassen, die sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung erstreckt. Insbesondere ist die zumindest eine Freimachung derart geformt, dass es bei keiner möglichen Auslenkung des Zentralgelenks zu einer Berührung oder gar Kollision zwischen der Verliersicherung und dem Gehäuse kommen kann. Das Gehäuse kann dabei innenliegend mehrere einzelne, muldenförmige Freimachungen aufweisen, deren Lage auf richtungsabhängige maximale Auswinkelungen des Zentralgelenks abgestimmt ist. Diese mehreren einzelnen Freimachungen sind insbesondere paarweise diametral gegenüberliegend angeordnet. Die einzelnen, muldenförmigen Freimachungen können alternativ auch als eine zusammenhängende, dreidimensionale Freimachung ausgebildet sein, die formkorrespondierend zu einer imaginären Hüllkurve ausgebildet ist, die den ins- gesamt benötigten Bewegungsraum für alle in Frage kommenden Bewegungszu- stände der Verliersicherung einhüllt. Bevorzugt weist das Gehäuse allerdings eine einzige Freimachung auf, die grabenartig und zugleich ringförmig umlaufend ausgebildet ist.
Vorteilhaft weist eine Flanschplatte der Achsanbindung zumindest eine Freimachung auf, in die äußere Bereiche des Gehäuses bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks eintauchen können. Diese Ausgestaltung trägt ebenfalls dazu bei, das die Bauhöhe des Zentralgelenks gering gehalten werden kann. Analog zu der innenliegenden Freimachung des Gehäuses kann die Flanschplatte ebenfalls mehrere einzelne, muldenförmige Freimachungen oder nur eine grabenartig und zugleich ringförmig umlaufend ausgebildete Freimachung aufweisen. Auch die sonstigen Gestaltungsmöglichkeiten der zumindest einen Freimachung in der Flanschplatte sind analog zu der zumindest einen innenliegenden Freimachung des Gehäuses.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist ein Dom oder ein Zapfen der Achsanbindung zumindest eine Freimachung auf, in die, insbesondere bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks, äußere Bereiche des Gehäuses und/oder äußere Bereiche einer Lagerschale des Kugelgelenks eintauchen können. Durch diese Maßnahme können besonders große Auswinkelungen des Gehäuses gegenüber der Achsanbindung realisiert werden, die richtungsabhängig beispielsweise +/- 25 Grad, ausgehend von der nicht ausgelenkten Nulllage des Zentralgelenks, betragen können. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll von einem Dom gesprochen werden, wenn die Achsanbindung einteilig ausgeführt ist und aus der Flanschplatte sowie dem einstückig damit ausgebildeten Dom besteht. Von einem Zapfen soll gesprochen werden, wenn die Achsanbindung zweiteilig ausgeführt ist und aus der Flanschplatte sowie dem starr damit verbundenen Zapfen gebildet ist. Insbesondere sind die Mittelachsen des Doms und des Zapfens jeweils deckungsgleich mit der Mittelachse der Achsanbindung.
Analog zu den bereits beschriebenen Freimachungen des Gehäuses und der Flanschplatte können der Dom oder der Zapfen ebenfalls mehrere einzelne, muldenförmige Freimachungen aufweisen oder nur eine einzige Freimachung, die als eine grabenartig und zugleich den Dom oder den Zapfen ringförmig umlaufende Einschnürung ausgebildet ist. Eine solche ringförmig umlaufende Freimachung ist insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet und beispielsweise ähnlich einer Innenmantelfläche eines Torus gestaltet, vorzugsweise mit verrundeten Übergängen zu dem Dom oder dem Zapfen. Liegen mehrere einzelne Freimachungen vor, sind diese ebenfalls insbesondere paarweise diametral gegenüberliegend angeordnet und bilden beispielsweise eine Taillierung des Doms oder des Zapfens. Auch die sonstigen Gestaltungsmöglichkeiten der zumindest einen Freimachung des Doms oder des Zapfens sind ebenfalls analog zu denen der zumindest einen innenliegenden Freimachung des Gehäuses. Die zumindest eine Freimachung des Doms oder des Zapfens ist allerdings nur so weit ausgeprägt, dass der verbleibende Restquerschnitt des Doms oder des Zapfens die in dem Zentralgelenk maximal auftretenden Kräfte noch sicher aufnehmen kann. Durch eine Kombination der zuvor beschriebenen Freimachungen des Gehäuses und/oder der Flanschplatte und/oder des Doms oder des Zapfens kann auch bei Verwendung der sich senkrecht zu der Mittelachse der Achsanbindung in zwei Raumrichtungen erstreckenden Verliersicherung eine besonders geringe Bauhöhe des Zentralgelenks erreicht werden. Dies gilt insbesondere auch, wenn die Verliersicherung flächig, insbesondere rotationssymmetrisch, ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Dreipunktlenker mit einem Zentralgelenk wie zuvor beschrieben, wobei der Dreipunktlenker als ein Achsführungslenker zur Führung einer Starrachse, insbesondere einer Starrachse eines Nutzfahrzeugs, ausgebildet ist. Insbesondere weist der Dreipunktlenker zwei, einen Winkel miteinander einschließende und an einem ersten Ende des Dreipunktlenkers in einem ersten Lagerpunkt zusammenlaufende Lenkerarme auf. In dem ersten Lagerpunkt ist der Dreipunktlenker über das Zentralgelenk an einen Starrachskörper der Starrachse anbindbar. Die beiden anderen Enden des Dreipunktlenkers sind über je ein Führungsgelenk, beispielsweise ein Molekulargelenk, an einen Fahrzeugrahmen anbindbar. Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Fahrwerkanordnung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 in einer Schnittdarstellung gemäß dem in Figur 6 angegebenen Schnittverlauf A - A ein Zentralgelenk gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 in einer Schnittdarstellung das Zentralgelenk gemäß Figur 2 in einer ersten, extrem ausgewinkelten Stellung;
Fig. 4 in einer Schnittdarstellung das Zentralgelenk gemäß den Figuren 2 und 3 in einer zweiten, extrem ausgewinkelten Stellung;
Fig. 5 in einer Schnittdarstellung das Zentralgelenk gemäß den Figuren 2 bis 4 in einer dritten, extrem ausgewinkelten Stellung in Anlehnung an den in Figur 6 angegebenen Schnittverlauf B - B;
Fig. 6 in einer Schnittdarstellung das Zentralgelenk gemäß den Figuren 2 bis 5 sowie gemäß dem in Figur 2 angegebenen Schnittverlauf C - C;
Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben das Zentralgelenk gemäß den Figuren 2 bis 6;
Fig. 8 in einer Schnittdarstellung analog zu Figur 2 ein Zentralgelenk gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 in einer Schnittdarstellung analog zu Figur 2 ein Zentralgelenk gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 10 in einer Schnittdarstellung analog zu Figur 2 ein Zentralgelenk gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 11 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben einen Dreipunktlenker gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Fahrwerkanordnung 1 mit einer gezogenen Antriebsachse, welche als eine Starrachse ausgebildet ist und einen Starrachskörper 2 aufweist. Bezogen auf eine positive Fahrzeuglängsrichtung x, die der Vorwärtsfahrtrichtung entspricht, ist die Starrachse hinter einem sich in einer Fahrzeugquerrichtung y erstreckenden Querträger 3 und pro Fahrzeugseite einer sich im Wesentlichen in einer Fahrzeughochrichtung z erstreckenden Stütze 4 angeordnet. In einer, bezogen auf die positive Fahrzeughochrichtung z, oberen Lenkerebene wird die Starrachse von einem V- förmig gespreizten und sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckender Achsführungslenker gezogen, welcher als ein Dreipunktlenker 5 ausgebildet ist. Der Dreipunktlenker 5 ist symmetrisch in Bezug auf eine Ebene ausgebildet, die durch die Fahrzeuglängsrichtung x und die Fahrzeughochrichtung z aufgespannt wird, und weist zwei Molekulargelenke auf, über die er an den Querträger 3 angebunden ist. Darüber hinaus weist der Dreipunktlenker 5 ein Zentralgelenk 11 zur dreh- und schwenkbeweglichen Anbindung des Dreipunktlenkers 5 an den
Starrachskörper 2 auf, wobei die Dreh- und Schwenkbewegungen durch ein innerhalb des Zentralgelenks 11 angeordnetes Kugelgelenk ermöglicht werden. Das Zentralgelenk 11 bewegt sich während des Fahrbetriebs aufgrund von Ein- und Ausfederbewegungen des Starrachskörpers 2 im Wesentlichen in der Fahrzeughochrichtung z auf und ab.
In einer unteren Lenkerebene wird die Starrachse durch zwei in Fahrzeugquerrichtung y parallel zueinander, jeweils fahrzeugaußenseitig angeordnete und sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckende Längslenker 6 gezogen. Die Längslenker 6 sind jeweils einenends an den Starrachskörper 2 und jeweils andernends an einen unteren Krafteinleitungsbereich 7 einer der beiden Stützen 4 angebunden. Die Endbereiche der Längslenker 6 sind gegenüber dem unteren Krafteinleitungsbereich 7 und dem Starrachskörper 2 jeweils um eine sich in Fahrzeugquerrichtung y erstre- ckende Schwenkachse schwenkbar. Die Fahrwerkanordnung 1 weist pro Fahrzeugseite jeweils einen Längsträger 9 auf, an dem sich der Starrachskörper 2 über Luftfedern 12 abstützt. Die beiden Längsträger 9 erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung x parallel zueinander und sind gemeinsam mit dem Querträger 3 Bestandteil eines Fahrzeugrahmens 10. Im Folgenden werden die Begriffe Fahrzeuglängsrichtung x, Fahrzeugquerrichtung y und Fahrzeughochrichtung z analog zu Fig. 1 verwendet.
Fig. 2 zeigt ein Zentralgelenk 20 für einen Dreipunktlenker 470 in einer nicht ausgelenkten Nulllage, die zugleich die Einbaulage in einem unbeladenen Nutzfahrzeug darstellt. In dieser Nulllage weist das Zentralgelenk 20 eine Vorwinkelung α nach Art einer Kröpfung auf, womit gemeint ist, dass ein Schaft 21 des Zentralgelenks 20 gegenüber der Waagerechten einen spitzen Winkel einschließt, der in diesem Ausführungsbeispiel 10 Grad beträgt. Die Waagerechte liegt dabei in einer Ebene, die durch die Fahrzeuglängsrichtung x und die Fahrzeugquerrichtung y aufgespannt wird und sich vorliegend parallel zu einer Aufstandsfläche des Nutzfahrzeugs erstreckt. Das Zentralgelenk 20 weist ein Gehäuse 22 auf, das zwar einstückig mit dem Schaft 21 ausgebildet ist, aber keine Vorwinkelung aufweist, sondern waagerecht ausgerichtet ist. Das Gehäuse 22 ist durch ein Kugelgelenk 23 dreh- und schwenkbeweglich gegenüber einer Achsanbindung 24 des Zentralgelenks 20 gelagert. Das Kugelgelenk 20 weist eine als Anschlag fungierende Verliersicherung 25 auf, die sich senkrecht zu einer Mittelachse 26 der Achsanbindung 24 erstreckt und bei Versagen des Kugelgelenks 23 ein Separieren von Gehäuse 22 und Achsanbindung 24 unterbindet. Die Verliersicherung 25 erstreckt sich senkrecht zu der Mittelachse 26 der Achsanbindung 24 wirksam in zwei Raumrichtungen, nämlich in der Fahrzeuglängsrichtung x und in der Fahrzeugquerrichtung y. Weiterhin ist die Verliersicherung 25 tellerförmig ausgebildet und erstreckt sich rotationssymmetrisch um die Mittelachse 26 der Achsanbindung 24. Die Mittelachse 26 der Achsanbindung 24 ist zugleich die Mittelachse des Zentralgelenks 20. Das Zentralgelenk 20 ist geschnitten dargestellt, wobei die Schnittebene durch die Fahrzeuglängsrichtung x und die Fahrzeughochrichtung z aufgespannt wird und zugleich durch die Mittelachse 26 der Achsanbindung 24 verläuft. In Bezug auf diese Schnittebene ist das Zentralgelenk 20 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die Verliersicherung 25 ist durch ein einziges Verbindungselement, das als eine Sechskantschraube 27 ausgebildet ist, starr und zugleich lösbar an einen Dom 28 der Achsanbindung 24 angebunden. Die Sechskantschraube 27, die die Verliersicherung 25 gegen eine Stirnseite des Doms 28 drückt, ist in ein zentrisch angeordnetes Innengewinde des Doms 28 eingeschraubt. Der Dom 28 weist einen zylindrischen Zentrieransatz auf, der von einer formkorrespondierenden, taschenförmigen Ausnehmung der Verliersicherung 25 aufgenommen ist. Bei der Montage der Verliersicherung 25 ist daher kein Ausrichten in Umfangsrichtung der Verliersicherung 25 erforderlich. Das Kugelgelenk 23 weist ein als ein Innenring 29 ausgebildetes Innenteil und ein den Innenring 29 anliegend umschließendes Außenteil auf, das als ein Außenring 30 ausgebildet ist. Der Innenring 29 ist massiv ausgebildet und weist eine konvexe Mantelfläche auf, die als eine Kugelzone ausgebildet ist, die sich symmetrisch zu einem Äquator des Innenrings 29 erstreckt. Der Außenring 30, der als eine Lagerschale fungiert, ist in dem Gehäuse 22 axial festgelegt, und zwar einenends durch einen Sicherungsring und andernends durch einen bundartigen Absatz des Gehäuses 22. Der Außenring 30 ist ringförmig ausgebildet und weist eine konkave Innenumfangsfläche auf, die formkorrespondierend zu der konvexen Kugelzone des Innenrings 29 ausgebildet ist. Bei einem Versagen des Kugelgelenks 23 stellt die Verliersicherung 25 einen Anschlag bereit, der eine Separation von Gehäuse 22 und Achsanbindung 24 verhindert. Dabei stützt sich die Verliersicherung 25 direkt oder indirekt an dem Innenring 29 des Kugelgelenks 23 ab, wobei die indirekte Abstützung vorliegt, wenn die Verliersicherung 25 auf dem Sicherungsring aufliegt. In der dargestellten Nulllage des Zentralgelenks 20 ist eine umlaufende Ringfläche der Verliersicherung 25, die bei drohender Separation des Zentralgelenks 20 als eine Anschlagfläche 31 fungiert, in einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zu der Mittelachse 26 der Achsanbindung 24 erstreckt.
Fig. 3 zeigt das Zentralgelenk 20 in einer ersten extrem ausgewinkelten Stellung, die vorliegt, wenn eine Starrachse des Nutzfahrzeugs maximal ausgefedert ist und das Zentralgelenk 20 zugleich nicht durch eine überlagerte Wankbewegung ausgewinkelt ist. Die Auswinkelung des Gehäuses 22 gegenüber der Waagerechten soll im Folgenden als Federauswinkelung ß bezeichnet werden, weil sie von dem Ein- und Ausfedern der Starrachse herrührt. Bei der Federauswinkelung ß handelt es sich um eine Schwenkung des Gehäuses 22 um eine Fahrzeugquerachse, die vorliegend 20 Grad beträgt. Die Auswinkelung des Schaftes 21 gegenüber der Waagerechten beträgt aufgrund der Vorwinkelung α des Schaftes 21 von 10 Grad gegenüber der Waagerechten insgesamt 30 Grad. Um eine derart große Federauswinkelung ß zu ermöglichen, weist das Gehäuse 22 eine innenliegende Freimachung 32 auf, die, bezogen auf die nicht ausgelenkte Nulllage des Zentralgelenks 20, auf der der Achsanbindung 24 gegenüberliegenden Seite in eine innenliegende Ringfläche des Gehäuses 22 eingelassen ist. Die Ringfläche erstreckt sich in der Nulllage des Zentralgelenks 20 senkrecht zu der Mittelachse 26 der Achsanbindung 24. Die Freimachung 32 ist grabenartig ausgebildet und erstreckt sich ringförmig umlaufend innerhalb der Ringfläche, so dass äußere Bereiche der tellerförmigen Verliersicherung 25 eintauchen können. Dabei liegt auch bei maximaler Federauswinkelung ß keine Berührung der äußeren Bereiche der Verliersicherung 25 und der Freimachung 32 vor, zumindest solange das Kugelgelenk 23 intakt ist. Zudem weist der Dom 28 der Achsanbindung 24 eine ringförmig umlaufende Freimachung 33 auf, in die äußere Bereiche des Gehäuses 22 und des als Lagerschale fungierenden Außenrings 30 des Kugelgelenks 23 bei der vorliegenden extremen Federauswinkelung ß eintauchen.
Fig. 4 zeigt das Zentralgelenk 20 in einer zweiten extrem ausgewinkelten Stellung, die vorliegt, wenn die Starrachse maximal eingefedert ist und das Zentralgelenk 20 zugleich nicht durch eine überlagerte Wankbewegung zusätzlich ausgewinkelt ist. Die Federauswinkelung ß beträgt vorliegend ebenfalls 20 Grad, wobei die Auswinkelung des Schaftes 21 gegenüber der Waagerechten aufgrund der Vorwinkelung α des Schaftes 21 nur 10 Grad beträgt. Durch die Erläuterungen im Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 wird deutlich, dass die Vorwinkelung α des Schaftes 21 dazu dient, maximal mögliche Federauswinkelungen ß des Zentralgelenks 20 zu erreichen, die, bezogen auf die nicht ausgelenkte Nulllage des Zentralgelenks 20, vom Betrag her beim Einfedern der Starrachse genauso groß sind wie beim Ausfedern. Der gleiche Effekt könnte alternativ auch durch eine Schrägstellung des Doms 28 in Verbindung mit einem nicht vorgewinkelten Schaft 21 erreicht werden. Wie in Fig. 4 zu erkennen, ist der Dom 28 vorliegend allerdings nicht schräggestellt, sondern erstreckt sich rechtwinkelig zur Waagerechten und zu einer einstückig mit dem Dom 28 ausgebildeten Flanschplatte 34. Die Flanschplatte 34 und der Dom 28 bilden zu- sammen die Achsanbindung 24. Um die dargestellte, extreme Federauswinkelung ß zu ermöglichen, weist die Flanschplatte 34 eine den Dom 28 ringförmig umlaufende Freimachung 35 auf, die als eine Ringnut ausgebildet ist und ein Eintauchen von äußeren Bereichen des Gehäuses 22 ermöglicht. Die Freimachungen 32, 33 und 35 tragen dazu bei, dass die Bauhöhe des Zentralgelenks 20 vergleichsweise gering ausfällt.
Fig. 5 zeigt das Zentralgelenk 20 in einer dritten, extrem ausgewinkelten Stellung, in der das Gehäuse 22 und die einstückig daran angebundenen Schäfte 21 infolge einer Wankauswinkelung Y, die vorliegend 10 Grad beträgt, schräg zu der Flanschanbindung 24 ausgerichtet sind. Bei der Wankauswinkelung γ handelt es sich um eine Schwenkung des Gehäuses 22 um eine sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckende Fahrzeuglängsachse. Das Zentralgelenk 20 ist in seiner Einbaulage dargestellt. Die Wankauswinkelung γ des Gehäuses 22 ist bedingt durch eine Schwenkung eines Fahrzeugaufbaus um die Fahrzeuglängsachse. Die Schwenkung kann beispielsweise durch eine Kurvenfahrt zustande kommen, bei der sich zwar der Fahrzeugaufbau nach kurvenaußen neigt, aber nicht die Starrachse und die daran starr angebundene Achsanbindung 24. Die Schnittebene ist in Fig. 5 gegenüber den Figuren 2 bis 4 rotatorisch um 90 Grad um die Mittelachse 26 der Flanschanbindung 24 gedreht. In Fig. 5 schaut der Betrachter in Fahrtrichtung (positive Fahrzeuglängsrichtung x) auf das Zentralgelenk 20. In dem vorliegenden Schnitt taucht das Gehäuse 22 trotz maximaler Wankauswinkelung γ nicht in die ringförmig umlaufende Freimachung 33 ein, die aus Kostengründen rotationssymmetrisch ausgebildet und für die maximal mögliche Verschwenkung des Gehäuses 22 ausgelegt ist. Diese maximal mögliche Ver- schwenkung des Gehäuses 22 liegt bei maximaler Federauswinkelung ß vor.
Das Gehäuse 22 weist zu der Flanschanbindung 24 bzw. zu der Flanschplatte 34 hin eine Gehäuseöffnung 36 auf, die ellipsenförmig ausgebildet ist und in Fahrzeugquerrichtung y eine geringere Erstreckung aufweist als in Fahrzeuglängsrichtung x (siehe Fig. 2). Dies ist deutlich zu erkennen, wenn man die Überdeckung des rotationssymmetrisch ausgebildeten Außenrings 30 des Kugelgelenks 23 mit der Gehäuseöffnung 36 in den Figuren 2 und 5 miteinander vergleicht. Die ellipsenförmige Ausbildung der Gehäuseöffnung 36 kommt dadurch zustande, dass die Gehäuseöffnung 36 aus Stabilitätsgründen grundsätzlich so klein wie möglich gehalten werden soll. Zugleich soll im Bereich der Gehäuseöffnung 36 aber auch der für die maximalen Federauswinkelungen ß und Wankauswinkelungen γ erforderliche Freigang, jeweils sowohl in positiver als auch in negativer Richtung, bereitgestellt werden. Da die maximalen Federauswinkelungen ß mit vorliegend +/- 20 Grad größer sind als die maximalen Wankauswinkelungen mit vorliegend +/- 10 Grad ergibt sich die ellipsenförmige Ausbildung der Gehäuseöffnung 36. Bei Betrachtung in einer Draufsicht auf das Zentralgelenk 20 ist der Umriss 38 der Verliersicherung 25 größer als der Umriss 37 der Gehäuseöffnung 36. Aus diesem Grund kann die Verliersicherung 25 nicht durch die Gehäuseöffnung 36 hindurchtreten. Mit der Gehäuseöffnung 36 wird somit eine zusätzliche Sicherung gegen eine Separation von Gehäuse 22 und Flanschanbin- dung 24 bereitgestellt, die wirksam wird, falls sich der Außenring 30 infolge von Verschleiß, beispielsweise von abrasivem Verschleiß, auflösen sollte.
Fig. 6 zeigt anschaulich, dass der kreisrund ausgebildete, als gestrichelte Linie dargestellte Umriss 38 der Verliersicherung 25 größer ist als der ellipsenförmig ausgebildete, als durchgezogene Volllinie dargestellte Umriss 37 der Gehäuseöffnung 36. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 6 einige Umfangslinien ausgeblendet, die sich konzentrisch zu dem Dom 28 erstrecken, der im Bereich der rotationssymmetrisch ausgebildeten Freimachung 33 geschnitten ist. Eine Umfangslinie, die den Innenring 29 von dem Außenring 30 des Kugelgelenks 23 trennt, ist dargestellt. Es sei darauf hinweisen, dass die Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 sich nur an den in Fig. 6 eingezeichneten Schnittverlauf B - B anlehnt, weil das Zentralgelenk 20 in Fig. 5 ausgelenkt ist und in Fig. 6 nicht.
Die rotationssymmetrische und zugleich tellerförmige Ausbildung der Verliersicherung 25 ist in Fig. 7 gut erkennbar, ebenso wie die Sechskantschraube 27, durch die die Verliersicherung 25 starr an den Dom 28 angebunden ist. Gut erkennbar ist auch der Sicherungsring, mit dem der Außenring 30 des Kugelgelenks 23 in dem Gehäuse 22 festgelegt ist. Der Sicherungsring weist eine umfängliche Unterbrechung auf, um ihn zum Einsetzen in das Gehäuse 22 zusammendrücken zu können. Dies geschieht mit einer Zange, die in zwei benachbart zu der Unterbrechung angeordnete Löcher eingreift, wobei nur eines der beiden Löcher sichtbar ist. Die Flanschplatte 34 ist rechteckig ausgeführt und weist in jeder ihrer vier Ecken eine Durchgangsbohrung zur Befestigung der Flanschplatte 34 an die Starrachse auf. Deutlich zu erkennen ist auch die als ein Ringgraben ausgebildete Freimachung 35 in der Flanschplatte 34, wobei die Freimachung 35 konzentrisch zu dem Dom 28 angeordnet ist.
Fig. 8 zeigt ein Zentralgelenk 120 bei dem eine Verliersicherung 125 durch eine Radialpressverbindung starr an einen Dom 128 einer Achsanbindung 124 angebunden ist. Die Radialpressverbindung ist als eine Kerbzahnverbindung mit einer Kerbverzahnung ausgebildet, wobei die Kerbverzahnung in eine Bohrung der Verliersicherung 125 eingebracht ist. Die Bohrung ist zentrisch in die rotationssymmetrisch ausgebildete Verliersicherung 125 eingebracht und wird im montierten Zustand von einem Zapfenansatz 151 des Doms 128 durchgriffen. Der Zapfenansatz 151 wirkt dabei als ein Verbindungselement. Ein Sicherungselement, das als ein Sicherungsring 150 ausgebildet ist, stellt eine Axialsicherung dar und verhindert ein Abziehen der Verliersicherung 125 in Richtung einer Mittelachse 126 der Achsanbindung 124. Die Wirkungsweise der Verliersicherung 125 ist analog zu der Wirkungsweise der im Zusammenhang mit Figuren 2 bis 7 beschriebenen Verliersicherung 25.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Verliersicherung 225 eines Zentralgelenks 220 durch ein einziges Verbindungselement 227 starr an einen Dom 228 einer Achsanbindung 224 befestigt. Die Verliersicherung 225 ist dabei einstückig mit dem Verbindungselement 227 ausgebildet, wobei das Verbindungselement 227 als ein Gewindezapfen ausgebildet ist, der in ein stirnseitiges Sackloch des Doms 228 eingeschraubt ist. Zur Übertragung des Einschraubdrehmoments weist die Verliersicherung 225 stirnseitig eine zentrisch angeordnete Innensechskantausneh- mung auf. Die Wirkungsweise der Verliersicherung 225 ist ebenfalls analog zu der Wirkungsweise der im Zusammenhang mit Figuren 2 bis 7 beschriebenen Verliersicherung 25.
Fig. 10 zeigt ein Zentralgelenk 320 mit einer Verliersicherung 325, die unlösbar mit einer Achsanbindung 324 verbunden ist. Die unlösbare Verbindung kommt dadurch zustande, dass die Verliersicherung 325 einstückig mit einem Zapfen 360 der Achsanbindung 324 ausgebildet ist. Die Achsanbindung 324 selbst ist bei dieser Variante montagebedingt zweiteilig ausgebildet und besteht aus einer Flanschplatte 334 mit der der Zapfen 360 über einen Kegelsitz starr verbunden ist. Dabei ist der Kegelsitz durch eine Mutter in Axialrichtung des Zapfens 360 vorgespannt. Aus diesem Grund wirkt der Zapfen 360 im montierten Zustand wie der zuvor beschriebene Dom 28, 128 und 228. Die Flanschplatte 334 weist keine Freimachung analog zu der zuvor beschriebenen Freimachung 35 auf. Bei einem Ausfall eines Kugelgelenks 323 und dadurch bedingter, drohender Separation des Zentralgelenks 320 stützt sich die Verliersicherung 325 auf einer Innenumfangsfläche eines Gehäuses 322 des Zentralgelenks 320 ab. Ansonsten ist die Wirkungsweise der Verliersicherung 325 im Wesentlichen analog zu der Wirkungsweise der im Zusammenhang mit Figuren 2 bis 7 beschriebenen Verliersicherung 25. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 322 zu der Flanschplatte 334 hin eine Gehäuseöffnung auf, die hier allerdings rund ausgebildet ist. Würde die Gehäuseöffnung einen unrunden, beispielsweise ellipsenförmigen, Umriss, wie zuvor beschrieben, aufweisen, wäre eine Montage des Kugelgelenks 323 nicht möglich. Der Zapfen 360 weist eine diesen ringförmig umlaufende Freimachung 333 auf, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist und in die, bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks 320, äußere Bereiche des Gehäuses 322 eintauchen können.
Ein in Fig. 11 dargestellter, V-förmig ausgebildeter Dreipunktlenker 470 weist zwei rohrförmige Lenkerarme 472 auf, die einen Winkel miteinander einschließend angeordnet sind und in dem Zentralgelenk 20 zusammenlaufen. Dabei sind die Lenkerarme 472 jeweils starr an einen der beiden Schäfte 21 des Zentralgelenks 20 angebunden. Jeder der beiden Lenkerarme 472 ist an seinem freien Ende starr mit einem Führungsgelenk verbunden, das jeweils als ein Molekulargelenk 471 ausgebildet ist. Über die Molekulargelenke 471 ist der Dreipunktlenker 470 an einen Fahrzeugrahmen und über die Flanschplatte 34 der Achsanbindung 24 an eine Starrachse anbindbar. Dadurch ist der Dreipunktlenker 470 als ein Achsführungslenker zur Führung einer Starrachse ausgebildet. Bezuqszeichen
Fahrwerkanordnung
Starrachskörper
Querträger
Stütze
Dreipunktlenker, Achsführungslenker
Längslenker
unterer Krafteinleitungsbereich
Längsträger
Fahrzeugrahmen
Zentralgelenk
Luftfeder
Zentralgelenk
Schaft
Gehäuse
Kugelgelenk
Achsanbindung
Verliersicherung
Mittelachse
Verbindungselement, Sechskantschraube
Dom
Innenteil, Innenring
Außenteil, Außenring, Lagerschale
Anschlagfläche
Freimachung des Gehäuses
Freimachung des Doms
Flanschplatte
Freimachung der Flanschplatte
Gehäuseöffnung
Umriss der Gehäuseöffnung
Umriss der Verliersicherung 120 Zentralgelenk
124 Achsanbindung
125 Verliersicherung
126 Mittelachse
128 Dom
150 Sicherungselement, Axialsicherungselement, Sicherungsring
151 Verbindungselement, Zapfenansatz
220 Zentralgelenk
224 Achsanbindung
225 Verliersicherung
227 Verbindungselement
228 Dom
320 Zentralgelenk
322 Gehäuse
323 Kugelgelenk
324 Achsanbindung
325 Verliersicherung
333 Freimachung des Zapfens
334 Flanschplatte
360 Zapfen
470 Dreipunktlenker
471 Führungsgelenk, Molekulargelenk
472 Lenkerarm x Fahrtrichtung, Fahrzeuglängsrichtung
y Fahrzeugquerrichtung
z Fahrzeughochrichtung α Vorwinkelung ß Federauswinkelung γ Wankauswinkelung

Claims

Patentansprüche
1. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) für einen Dreipunktlenker (470), das Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) aufweisend ein Gehäuse (22, 322), das durch ein Kugelgelenk (23, 323) dreh- und schwenkbeweglich gegenüber einer Achsanbindung (24, 124, 224,324) des Zentralgelenks (20, 120, 220, 320) gelagert ist, und eine als Anschlag fungierende Verliersicherung (25, 125, 225, 325), die sich senkrecht zu der Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) erstreckt und bei Versagen des Kugelgelenks (23, 323) ein Separieren von Gehäuse (22, 322) und Achsanbindung (24, 124, 224, 324) unterbindet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verliersicherung (25, 125, 225, 325) senkrecht zu der Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) wirksam in zwei Raumrichtungen erstreckt.
2. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (25, 125, 225, 325) symmetrisch in Bezug auf eine Ebene ausgebildet ist, die sich durch die Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224,324) erstreckt.
3. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (25, 125, 225, 325) symmetrisch in Bezug auf mehrere Ebenen ausgebildet ist, die sich durch die Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) erstrecken.
4. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (25, 125, 225, 325) flächig ausgebildet ist.
5. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (25, 125, 225, 325) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
6. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Flächen der Verliersicherung (25, 125, 225, 325), die bei drohender Separation des Zentralgelenks (20, 120, 220, 320) infolge Versagens des Kugelgelenks (23, 323), als Anschlagflächen (31) fungieren, zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, die sich senkrecht zu der Mittelachse (26, 126) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) erstreckt.
7. Zentralgelenk (20, 120, 220) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (25, 125, 225) lösbar an die Achsanbindung (24, 124, 224) angebunden ist.
8. Zentralgelenk (20, 120, 220) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (25, 125, 225) durch ein einziges Verbindungselement (27, 151 , 227) an die Achsanbindung (24, 124, 224) angebunden ist.
9. Zentralgelenk (120, 220) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Verbindungselement (151 , 227) einstückig mit der Verliersicherung (225) oder mit der Achsanbindung (124) ausgebildet ist.
10. Zentralgelenk (120) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (125) und die Achsanbindung (124) durch eine Radialpressverbindung miteinander verbunden sind.
11. Zentralgelenk (320) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (325) unlösbar an die Achsanbindung (324) angebunden ist.
12. Zentralgelenk (20, 120, 220) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) zu der Achsanbindung (24, 124, 224) hin eine Gehäuseöffnung (36) aufweist, die unrund, insbesondere ellipsenförmig, ausgebildet ist.
13. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22, 322) zumindest eine innenliegende Freimachung (32) aufweist, in die äußere Bereiche der Verliersicherung (25, 125, 225, 325) bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks (20, 120, 220, 320) eintauchen können.
14. Zentralgelenk (20, 120, 220) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flanschplatte (34) der Achsanbindung (24, 124, 224) zumindest eine Freimachung (35) aufweist, in die äußere Bereiche des Gehäuses (22) bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks (20, 120, 220) eintauchen können.
15. Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dom (28, 128, 228) oder ein Zapfen (360) der Achsanbindung (24, 124, 224, 324) zumindest eine Freimachung (33, 333) aufweist, in die, insbesondere bei großen Auswinkelungen des Zentralgelenks (20, 120, 220, 320), äußere Bereiche des Gehäuses (22, 322) und/oder äußere Bereiche einer Lagerschale (30) des Kugelgelenks (23, 323) eintauchen können.
16. Dreipunktlenker (470) mit einem Zentralgelenk (20, 120, 220, 320) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreipunktlenker (470) als ein Achsführungslenker zur Führung einer Starrachse ausgebildet ist.
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