WO2001036252A1 - Achsschenkel mit minimaler wandstärkendifferenz - Google Patents

Achsschenkel mit minimaler wandstärkendifferenz Download PDF

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fist
kingpin
transition
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Rainer Herffurth
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Daimlerchrysler Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/18—Steering knuckles; King pins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00—Hubs
    • B60B27/02—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle

Definitions

  • the invention relates to a steering knuckle of a fist axis with a steering knuckle and two cantilever arms encompassing the fist of the fist axis.
  • roller bearings are increasingly being used in commercial vehicle construction. These roller bearings are, for example, fully assembled cartridge bearings. In order to be able to install these bearings in steered rigid axles of the fist axle type, the latter must be redesigned. With conventional commercial vehicle steering knuckles, such as from DE-OS 26 13 469 and the specialist
  • the present invention is therefore based on the problem of developing a steering knuckle that accommodates modern cartridge bearings as a wheel bearing. With the wheel load unchanged, the new steering knuckle should have a lower component weight and be cheaper to manufacture. The problem is solved with the features of the main claim.
  • the steering knuckle, the cantilever arms and the transition area between the steering knuckle and the cantilever arms have a wall thickness difference of 50 to 100% and the steering knuckle has a central bore.
  • a light kingpin can be produced despite a relatively large kingpin diameter.
  • This knuckle can also easily be made of cast iron, e.g. due to the small wall thickness fluctuation and a harmoniously designed transition area between the pin and the cantilever arms. made of spheroidal cast iron GGG 60.
  • Figure 1 longitudinal section through a fist axis
  • Figure 2 Partial top view of Figure 1.
  • Figures 1 and 2 show part of a non-driven, steered rigid axle of a commercial vehicle.
  • the rigid axis is a fist axis (60).
  • a steering knuckle (20) is mounted on the fist (61) of the fist axis (60).
  • the steering knuckle (20) carries a wheel hub (1) via a double-row roller bearing (10).
  • the steering knuckle (20) consists of a
  • the steering knuckle (22) of the steering knuckle (20) is in the first-mentioned area. It has a cylindrical outer contour and a central bore (23).
  • the bore (23) has an internal thread (24) in sections.
  • the kingpin (22) has a double-row tapered roller bearing (10) with an O arrangement on the cylindrical outer contour.
  • the tapered roller bearing (10) includes an outer ring (11), two interconnected inner rings (12), two rows of tapered rollers (13) and two shaft seals.
  • the inner rings (12) each have a recess in the area of the adjacent edges next to the running surfaces.
  • An annular connecting element, a sheet metal ring, with an approximately U-shaped cross section connects the two inner rings (12), in which the legs of the U-shaped cross section hold the inner rings (12) axially together.
  • the inner rings (12) loaded with point load usually sit directly on the cylindrical outer contour of the kingpin (22) via a play seat.
  • the outer contour has a recess in the less stressed zone between the treads.
  • the support ring (35) is adapted in the transition area (31) there to its outer contour (32).
  • the support ring (35) therefore has an approximately prismatic cross section.
  • the latter can be molded onto the adjacent inner ring (12) of the roller bearing (10).
  • the transition point between the support ring (35) and this inner ring (12) can be designed as a narrow web.
  • the washer (27) can be positively connected to the steering knuckle (22). The positive locking is intended to prevent a relative rotation between the kingpin (22) and the disc (27) without the disc (27) thereby
  • Steering knuckle (22) bears directly in the axial direction.
  • a pin can be fixed in the kingpin (22), which protrudes normally from the end face of the part (22) and is offset parallel to its center line. This pin engages in a corresponding recess in the disks (27).
  • a face toothing with corresponding axial play is also conceivable between the parts (22) and (27).
  • the central screw (26) which can also be designed as an expansion screw, sits in the internal thread (24) of the stepped bore (23).
  • the bore (23) has a larger diameter in its front area than in its rear area.
  • the rear area, in which the internal thread (24) is located is at least a distance away from the front bore edge that corresponds to twice the diameter of the external thread of the central screw (26).
  • the screw connection has a large residual clamping force, as a result of which a secure axial hold is ensured even with the greatest permissible fluctuations in the wheel bearing temperature.
  • no tensile stresses due to screwing are generated in the kingpin.
  • the outer ring (11) is seated in the wheel hub (1) via a cross press fit.
  • the latter is approximately tubular. In the front area it is expanded to accommodate the wheel rim and brake disc, not shown.
  • a decentrally screwed bearing cap (5) is seated outside this flange area (2). It fixes the outer ring (11) to a hub shoulder (3) using a spacer ring (6).
  • the steering knuckle (22) has an upper (42) and a lower cantilever arm (52) for mounting on the fist (61). Both cantilever arms (42, 52) are connected to the kingpin (22) by means of the transition region (31).
  • the transition region (31) between the steering knuckle (22) and the cantilever arms (42, 52) has the shape of a hollow cone, for example, the wall thickness in the hollow cone region being approximately constant, at least in sections.
  • the transitions between the areas (21) and (31) are e.g. smoothed by means of transition radii.
  • the transition radii are approx. 20 to 30 mm.
  • the cantilever arms (42, 52) run approximately parallel to one another in the fist area.
  • a ball head (55) is mounted here in each cantilever arm (42, 52).
  • the ball heads (55) sit in their conical bores via their shafts (56). They are held in the bores by nuts (57) which sit on the thread runout of the shafts (56).
  • the centers of the ball heads (55) lie on the wheel pivot axis. According to FIG. 2, the latter is offset by a few millimeters in relation to the wheel axis of rotation in the direction of travel.
  • the fist (61) has a fist through hole (62) in which the clamping bushes (65) are inserted from both ends.
  • the clamping sleeves (65) each encompass the corresponding edge of the fist-through hole (62) in a flange-like manner.
  • two halves of the spherical cap (66) surrounding the corresponding spherical head (55) are seated in the clamping bushes (65).
  • the spherical caps (66) are made, for example, of a load-bearing, lubricant-soaked sintered material.
  • sealing rings (58) are inserted into the ring grooves milled in on the cantilever arm side.
  • clamping bushes (65) with the spherical caps (66) can be arranged in the cantilever arms (42, 52) and the spherical heads (55) in the fist axis (60).
  • a roller bearing is also possible.
  • the upper cantilever arm (42) is removably attached to the transition area (31), cf. Figure 2.
  • the transition area (31) ends at the top in a flat assembly joint (43) which is aligned normal to the center line of the central screw (26).
  • the upper cantilever arm (42) is in full contact with the transition area (31).
  • the cantilever (42) is secured by two screws (44), e.g. two fitting screws, which can also be designed as expansion screws, screwed to the transition area (31).
  • the screws (44) run, for example, parallel to the central screw (26).
  • the upper cantilever arm (42) is extended between the screws (44).
  • the extension is the steering lever (46).
  • the cantilever arm (42) has an additional function, which leads to a reduction in the sprung mass and an easier assembly.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Achsschenkel (20) einer Faustachse (60) mit einem Achsschenkelzapfen (22) und zwei die Faust (61) der Faustachse umgreifenden Kragarmen (42, 52). Dazu haben der Achsschenkelzapfen, die Kragarme und der Übergangsbereich (31) zwischen dem Achsschenkelzapfen und den Kragarmen eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100 % und der Achsschenkelzapfen weist eine zentrale Bohrung (23) auf. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Achsschenkel gestaltet, der als Radlager (10) ein Patronenlager aufnehmen kann.

Description

Achsschenkel mit minimaler Wandstärkendifferenz
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Achsschenkel einer Faustachse mit einem Achsschenkelzapfen und zwei die Faust der Faustachse umgreifenden Kragarmen.
Im Nutzfahrzeugbau werden zunehmend kompakt gebaute mehrreihige Wälzlager eingesetzt. Diese Wälzlager sind beispielsweise fertig montierte Patronenlager. Um diese Lager in gelenkten Starrachsen vom Typ Faustachse einbauen zu können, müssen letztere neu gestaltet werden. Bei konventionellen Nutzfahrzeugachsschenkeln, wie sie u.a. aus der DE-OS 26 13 469 und der Fachkunde
Kraftfahrzeugtechnik, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1976, 18. Auflage, Seite 345 bekannt sind, werden Achsschenkelzapfen verwendet, die zu ihrem freien Ende hin belastungs- und montagebedingt verschlankt sind. Das ist möglich, weil die bisher benutzten einreihigen Kegelrollenlager belastungsbedingt kleinere Innendurchmesser als die neuen Patronenlager haben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, einen Achsschenkel zu entwickeln, der als Radlager moderne Patronenlager aufnimmt . Der neue Achsschenkel soll bei unveränderter Radlast ein geringeres Bauteilgewicht haben und kostengünstiger herzustellen sein. Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst .
Dazu haben der Achsschenkelzapfen, die Kragarme und der Übergangsbereich zwischen dem Achsschenkelzapfen und den Kragarmen eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100% und der Achsschenkelzapfen weist eine zentrale Bohrung auf.
Mit Hilfe der Festlegung auf eine bestimmte Wandstärkenschwankung und das Verwenden eines hohlen Achsschenkelzapfens läßt sich trotz eines relativ großen Achsschenkelzapfendurchmessers ein leichter Achsschenkel herstellen. Dieser Achsschenkel kann zusätzlich aufgrund der geringen Wandstärkenschwankung und einem harmonisch gestalteten Übergangsbereich zwischen dem Zapfen und den Kragarmen problemlos aus einem Eisengußwerkstoff , z.B. aus dem sphärolithischen Gußeisen GGG 60, gefertigt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
Figur 1: Längsschnitt durch eine Faustachse;
Figur 2: Teildraufsicht zu Figur 1.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Teil einer nicht angetriebenen, gelenkten Starrachse eines Nutzkraftfahrzeuges. Die Starrachse ist eine Faustachse (60) . An der Faust (61) der Faustachse (60) ist ein Achsschenkel (20) gelagert. Der Achsschenkel (20) trägt über ein zweireihiges Wälzlager (10) eine Radnabe (1) .
Der Achsschenkel (20) besteht aus einem
Radlagerbereich (21) , einem Ubergangsbereich (31) und einem
Kragarmbereich (41) . Im erstgenannten Bereich ist der Achsschenkelzapfen (22) des Achsschenkels (20) . Er hat eine zylindrische Außenkontur und eine zentrale Bohrung (23) . Die Bohrung (23) hat abschnittsweise ein Innengewinde (24) . Auf der zylindrischen Außenkontur trägt der Achsschenkelzapfen (22) ein doppelreihiges Kegelrollenlager (10) mit O-Anordnung. Das Kegelrollenlager (10) umfaßt u.a. einen Außenring (11) , zwei miteinander verbundene Innenringe (12) , zwei Reihen Kegelrollen (13) und zwei Wellendichtringe .
Die Innenringe (12) haben im Bereich der einander benachbarten Ränder neben den Laufflächen jeweils einen Einstich. Ein ringförmiges Verbindungselement, ein Blechring, mit einem annähernd u-förmigen Querschnitt verbindet beide Innenringe (12) , in dem die Schenkel des u- förmigen Querschnitts die Innenringe (12) axial zusammenhalten.
Die mit Punktlast beaufschlagten Innenringe (12) sitzen in der Regel über einen Spielsitz direkt auf der zylindrischen Außenkontur des Achsschenkelzapfens (22) . Die Außenkontur hat in der weniger belasteten Zone zwischen den Laufflächen eine Eindrehung.
Zur axialen Fixierung der Innenringe (12) werden diese mittels einer Zentralschraube (26) und einer zentrierten Scheibe (27) gegen einen am Übergangsbereich (31) anliegenden Stützring (35) gepresst. Der Stützring (35) ist im Übergangsbereich (31) dort an dessen Außenkontur (32) angepaßt. Der Stützring (35) hat daher einen annähernd prismatischen Querschnitt. Letzterer kann an den benachbarten Innenring (12) des Wälzlagers (10) angeformt sein. U.a. um eine Verformung dieses Innenrings (12) durch ein Aufdehnen des Stützrings (35) zu verhindern, kann die Übergangsstelle zwischen dem Stützring (35) und diesem Innenring (12) als schmaler Steg ausgebildet sein. Zur Sicherung der Schraubverbindung gegen Aufdrehen der Zentralschraube (26) kann die Scheibe (27) mit dem Achsschenkelzapfen (22) formschlüssig verbunden sein. Der Formschluß soll eine Relativverdrehung zwischen dem Achsschenkelzapfen (22) und der Scheibe (27) verhindern, ohne daß hierdurch die Scheibe (27) am
Achsschenkelzapfen (22) in axialer Richtung direkt anliegt. Dazu kann beispielsweise im Achsschenkelzapfen (22) ein Bolzen fixiert sein, der normal aus der Stirnfläche des Teiles (22) herausragt und parallel zu dessen Mittellinie versetzt ist. Dieser Bolzen greift in eine entsprechende Ausnehmung der Scheiben (27) ein. Auch eine Planverzahnung mit entsprechendem Axialspiel ist zwischen den Teilen (22) und (27) denkbar.
Die Zentralschraube (26) , die auch als Dehnschraube ausgeführt sein kann, sitzt im Innengewinde (24) der gestuften Bohrung (23) . Die Bohrung (23) hat in ihrem vorderen Bereich einen größeren Durchmesser als in ihrem hinteren Bereich. Das hat u.a. gußtechnische Vorteile. Der hintere Bereich, in dem sich das Innengewinde (24) befindet, ist vom vorderen Bohrungsrand mindestens um einen Abstand entfernt, der dem zweifachen Durchmesser des Außengewindes der Zentralschraube (26) entspricht. Durch diese Anordnung der Zentralschraube (26) und des Innengewindes (24) hat die Schraubenverbindung eine große Restklemmkraft, wodurch auch bei den größten zulässigen Schwankungen der Radlagertemperatur ein sicherer axialer Halt gewährleistet ist. Außerdem werden im Gegensatz zu üblichen Radlagerfixierungen hier im Achsschenkelzapfen keine verschraubungsbedingten Zugspannungen erzeugt.
Der Außenring (11) sitzt über einen Querpreßsitz in der Radnabe (1). Letztere ist annähernd rohrförmig ausgebildet. Im vorderen Bereich ist sie zur Aufnahme der nicht dargestellten Radfelge und Bremsscheibe flanschartig erweitert. In diesem Flanschbereich (2) sitzt außenzentriert ein dezentral verschraubter Lagerdeckel (5) . Er fixiert über einen Distanzring (6) den Außenring (11) an einer Nabenschulter (3) .
Der Achsschenkel (22) hat zur Lagerung an der Faust (61) einen oberen (42) und einen unteren Kragarm (52) . Beide Kragarme (42, 52) sind mittels des Übergangsbereichs (31) mit dem Achsschenkelzapfen (22) verbunden. Der Übergangsbereich (31) hat zwischen dem Achsschenkelzapfen (22) und den Kragarmen (42, 52) beispielsweise die Form eines Hohlkegels, wobei die Wandstärke im Hohlkegelbereich zumindest abschnittsweise annähernd konstant ist. Zur Minimierung der Bauteilspannungen im Belastungsfall sind die Übergänge zwischen den Bereichen (21) und (31) z.B. mittels Übergangsradien geglättet. Die Übergangsradien liegen ca. bei 20 bis 30 mm.
Die Kragarme (42, 52) verlaufen im Faustbereich annähernd parallel zueinander. In jedem Kragarm (42, 52) ist hier ein Kugelkopf (55) gelagert. Die Kugelköpfe (55) sitzen über ihre Schäfte (56) in konischen Bohrungen. In den Bohrungen werden sie durch Muttern (57) gehalten, die auf den Gewindeauslaufen der Schäfte (56) sitzen. Die Zentren der Kugelköpfe (55) liegen auf der Radschwenkachse. Letztere ist nach Figur 2 beispielsweise gegenüber der Raddrehachse in Fahrtrichtung um einige Millimeter versetzt.
Die Faust (61) hat eine Faustdurchgangsbohrung (62) , in der von beiden Enden her Klemmbüchsen (65) eingesetzt sind. Die Klemmbüchsen (65) umgreifen flanschartig jeweils den entsprechenden Rand der Faustdurchgangsbohrung (62) . In den Klemmbüchsen (65) sitzen beispielsweise jeweils zwei Hälften der den entsprechenden Kugelkopf (55) umgebenden Kugelkalotte (66). Die Kugelkalotten (66) sind z.B. aus einem tragfähigen, gleitmittelgetränkten Sinterwerkstoff hergestellt. Zwischen den flanschartigen Rändern der Klemmbüchsen (65) und den jeweils zugewandten Flächen der Kragarme (42, 52) sind in dort kragarmseitig eingefrästen Ringnuten Dichtringe (58) eingesetzt.
Alternativ zu dieser Gelenkanordnung können die Klemmbüchsen (65) mit den Kugelkalotten (66) in den Kragarmen (42, 52) und die Kugelköpfe (55) in der Faustachse (60) angeordnet sein. Außerdem ist anstelle der hier gezeigten Gleitlagerung des Achsschenkels (20) auch eine Wälzlagerung möglich.
Um den Achsschenkel (20) an der Faust (61) montieren zu können, ist der obere Kragarm (42) am Übergangsbereich (31) demontierbar befestigt, vgl. Figur 2. Dazu endet der Übergangsbereich (31) oben in einer planen Montagefuge (43) , die normal zur Mittellinie der Zentralschraube (26) ausgerichtet ist. In der Montagefuge (43) liegt der obere Kragarm (42) vollflächig am Übergangsbereich (31) an. Der Kragarm (42) ist durch zwei Schrauben (44), z.B. zwei Paßschrauben, die auch als Dehnschraube gestaltet sein können, mit dem Übergangsbereich (31) verschraubt. Die Schrauben (44) verlaufen beispielsweise parallel zur Zentralschraube (26) .
Zwischen den Schrauben (44) ist der obere Kragarm (42) verlängert. Die Verlängerung ist der Lenkhebel (46) . Dadurch erhält der Kragarm (42) eine zusätzliche Funktion, was zu einer Verringerung der gefederten Masse und einer Montageerleichterung führt .

Claims

Patentansprüche
1. Achsschenkel einer Faustachse mit einem Achsschenkelzapfen und zwei die Faust der Faustachse umgreifenden Kragarmen, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Achsschenkelzapfen (22), die Kragarme (42, 52) und der Übergangsbereich (31) zwischen dem Achsschenkelzapfen (22) und den Kragarmen (42, 52) eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100% hat und
- daß der Achsschenkelzapfen (22) eine zentrale Bohrung (23) aufweist.
2. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (23) ein Gewinde (24) hat, das erst in einer Bohrungstiefe beginnt, die mindestens dem doppelten Gewindeaußendurchmesser entspricht .
3. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkelzapfen (22) im Radlagerbereich (21) über mindestens 70% der Länge zylindrisch ausgebildet ist.
4. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkelzapfen (22) im Radlagerbereich (21) einen Durchmesser hat, der maximal 25% kleiner ist als die Länge des Achsschenkelzapfens (22) in diesem Bereich.
5. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (32) des hohlen Übergangsbereichs (31) zumindest bereichsweise kegelig gestaltet ist.
6. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (33) des hohlen Ubergangsbereichs (31) zumindest bereichsweise kegelig gestaltet ist.
7. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Achsschenkellängsschnitt gesehen der Übergang zwischen dem Radlagerbereich (21) und dem Übergangsbereich (31) durch einen Übergangsradius realisiert ist, der größer als 20 mm ist.
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