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Dokumentenidentifikation DE19954542C2 15.05.2003
Titel Achsschenkel mit minimaler Wandstärkendifferenz
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Herffurth, Rainer, 34233 Fuldatal, DE
DE-Anmeldedatum 12.11.1999
DE-Aktenzeichen 19954542
Offenlegungstag 23.05.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse B60B 27/02
IPC-Nebenklasse B62D 7/18   

Beschreibung[de]

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 26 13 469 A1 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 die Wandstärken des Achsschenkelzapfens, der Kragarme und des Übergangsbereichs - zwischen dem Achsschenkelzapfen und den Kragarmen - eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100%. 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:

Fig. 1 Längsschnitt durch eine Faustachse;

Fig. 2 Teildraufsicht zu Fig. 1.

Die Fig. 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 Übergangsbereich (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 dei 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 Gewindeausläufen der Schäfte (56) sitzen. Die Zentren der Kugelköpfe (55) liegen auf der Radschwenkachse. Letztere ist nach Fig. 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. Fig. 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. Bezugszeichenliste 1 Radnabe

2 Flanschbereich

3 Nabenschulter

5 Lagerdeckel

6 Distanzring

10 Wälzlager, zweireihig; Kegelrollenlager

11 Außenring

12 Innenringe

13 Kegelrollen

20 Achsschenkel

21 Radlagerbereich

22 Achsschenkelzapfen

23 Bohrung, zentral, gestuft

24 Innengewinde, Gewinde

26 Zentralschraube

27 Scheibe

31 Übergangsbereich

32 Außenkontur

33 Innenkontur

35 Stützring

41 Kragarmbereich

42 Kragarm, oben

43 Montagefuge

44 Schrauben

46 Lenkhebel

52 Kragarm, unten

55 Kugelköpfe

56 Schäfte der Kugelköpfe

57 Muttern

58 Dichtringe

60 Faustachse, Starrachse

61 Faust

62 Faustdurchgangsbohrung

65 Klemmbüchsen

66 Kugelkalotten


Anspruch[de]
  1. 1. Achsschenkel einer Faustachse mit einem Achsschenkelzapfen und zwei die Faust der Faustachse umgreifenden Kragarmen, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Wandstärken des Achsschenkelzapfens (22), der Kragarme (42; 52) und des Übergangsbereichs (31) zwischen dem Achsschenkelzapfen (22) und den Kragarmen (42, 52) eine Wandstärkendifferenz von 50 bis 100% haben und

    daß der Achsschenkelzapfen (22) eine zentrale Bohrung (23) aufweist.
  2. 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. 3. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkelzapfen (22) im Radlagerbereich (21) über mindestens 70% der Länge zylindrisch ausgebildet ist.
  4. 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. 5. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (32) des hohlen Übergangsbereichs (31) zumindest bereichsweise kegelig gestaltet ist.
  6. 6. Achsschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (33) des hohlen Übergangsbereichs (31) zumindest bereichsweise kegelig gestaltet ist.
  7. 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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