DE10031454B4

DE10031454B4 - Drehstabfeder

Info

Publication number: DE10031454B4
Application number: DE10031454A
Authority: DE
Inventors: Ronald J. McLaughlin
Original assignee: PULLMANN Co
Current assignee: PULLMANN Co
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: GB0015729D0; JP2001055029A; GB2351479B; GB2351479A; DE10031454A1; US6267526B1

Abstract

Drehstabfeder (118; 218) für eine Achsaufhängung von Kraftfahrzeugen, V-förmig ausgebildet mit einer ersten Endgelenkverbindung (132), an der ein erster Vollstab (134) befestigt ist, einer zweiten Endgelenkverbindung (132), an der ein zweiter Vollstab (134) befestigt ist, wobei der erste und zweite Vollstab (134) jeweils an einem Ende einen vergrößerten Abschnitt (140) mit einer zylindrischen Fläche (142) aufweisen, die zu einer Außenfläche (146) eines tubusförmigen Auges (144) der ersten und zweiten Endgelenkverbindung (132) passt und einer Spitzengelenkverbindung (130), die am ersten und am zweiten Vollstab (134) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Drehstabfedern, wie sie in Achsaufhängungen für Lastkraftwagen, Busse usw. verwendet werden.
Bei Achsaufhängungen von Lastwagen oder Bussen wird mindestens eine Drehstabfeder verwendet, um die Achse mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden. Durch den Drehstab wird die Achse gegenüber dem Fahrzeugrahmen so eingestellt, daß die entsprechende Aufhängungsgeometrie insbesondere beim Ein- und Ausfedern unter allen Fahr- und Straßenzuständen erhalten bleibt. Da der dynamische Betriebsbereich bei solchen Fahrzeugen, insbesondere bei Schwerlastkraftwagen sehr groß ist, treten beträchtliche Lasten an der Aufhängung auf, die zusammen mit von Fahrbahnunebenheiten herrührenden Schwingungen in der Aufhängung schädigende Wirkungen auf die einzelnen Aufhängungsbauteile, insbesondere die Drehstabfedern, und auch negative Auswirkungen hinsichtlich der Ermüdung des Fahrers haben. Diese stark dynamischen Betriebszustände können die Abnutzung einer Drehstabfeder in der Aufhängung so beschleunigen, daß ein vorzeitiges Versagen auftreten kann.
Drehstäbe sollen bei großen Fahrzeugen die Achse stabilisieren. Sie verhindern, daß die Achse verkippt, sich beim Bremsen oder Beschleunigen nach vorne oder nach hinten bewegt, oder daß ein Giermoment an der Achse entsteht. Zwar sind viele verschiedene Ausführungskonstruktionen bekannt, im wesentlichen werden aber eine der folgenden zwei Konzepte zur Stabilisierung der Achse verwendet. Das erste Konzept verwendet gerade Stäbe, die an jedem Ende eine Gelenkverbindung haben. Zwei dieser Stäbe sind vorne und hinten im Fahrzeug so befestigt, daß ein Ende an der Achse und das andere am Rahmen angebracht ist. Auf ähnliche Weise ist ein dritter Stab quer im Fahrzeug, im wesentlichen senkrecht zu den anderen beiden befestigt. Das zweite Konzept verwendet eine V-förmige Drehstabfederkonstruktion. Diese Drehstabfeder hat eine Gelenkverbindung an der Spitze des V's sowie je eine an den Enden der Schenkel. Die Spitze ist an der Achse befestigt, und die Schenkel am Rahmen. Die V-Ausbildung kontrolliert sowohl Längs- als auch Querbewegung. Die V-förmige Drehstabkonstruktion ist besonders hinsichtlich der Achsenstabilität vorteilhaft.
Übliche V-förmige Drehstäbe bestehen aus zwei oder drei gelenkverbundenen Schmiedeösen oder -augen, die fest mit Rohren verbunden sind, um die nötige mechanische Festigkeit aufzuweisen. Die Augen und Rohre sind für Stoß- und Schwingungsenergie eine direkte Einkoppelstrecke von der Aufhängung in den Rahmen, die Karosserie und andere Teile der gefederten Fahrzeugmasse. Um die zu unterbinden, baut man Isolationselemente in die Gelenkverbindungskonstruktion ein. Die isolierende Funktion macht jedoch die Gelenkverbindungen zu einem kritischen multifunktionalen Bauteil nicht nur der Drehstabkonstruktion, sondern auch der gesamten Aufhängung.
Aus DE 195 21 875 A1 ist eine V-förmig ausgebildete Drehstabfeder für eine Achsaufhängung von Kraftfahrzeugen bekannt, die versehen ist mit einer ersten Endgelenkverbindung, an der ein erster Stab befestigt ist, einer zweiten Endgelenkverbindung, an der ein zweiter Stab befestigt ist, und einer Spitzengelenkverbindung, die am ersten und am zweiten Stab befestigt ist.
DE 41 12 812 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung angestauchter Köpfe von zu verbindenden Vollstäben. Diese Köpfe werden in dafür vorgesehene Öffnungen eingesteckt und verschweißt, um eine verlässliche Verbindung zu erhalten.
DE 37 30 338 C2 offenbart einen Stabilisator für Kraftfahrzeuge, der einen sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Torsionsstab aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehstabfeder für eine Achsaufhängung von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die bei möglichst guten Leistungsdaten und guten Lastaufnahmeeigenschaften kostengünstig in der Herstellung ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Drehstabfeder gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Teilansicht einer typischen Lastkraftwagen-Achsaufhängung mit einer V-förmigen Drehstabfeder nach dem Stande der Technik;
2 eine teilweise in Schnittdarstellung gezeigte Draufsicht auf die V-förmige Drehstabfeder der 1 nach dem Stand der Technik;
3 eine perspektivische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lastkraftwagen-Achsaufhängung mit einer V-förmigen Drehstabfeder mit einer Vollstabverbindung nach der vorliegenden Erfindung;
4 eine teilweise in Schnittdarstellung gezeigte Draufsicht der V-förmigen Drehstabfeder,
5 eine vergrößerte Seitenansicht der Verbindung zwischen Abstandsstab und Gelenkverbindungsende der 4;
6 eine Draufsicht ähnlich der 5 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 eine vergrößerte Ansicht der Verbindung zwischen dem Vollstab und der Spitzengelenkverbindung der Drehstabfeder der 6.
In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den einzelnen Figuren. In 1 ist eine Hinterachsaufhängung eines Lastkraftwagens oder eines Busses mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Hinterachsaufhängung 10 hat einen Rahmen 12, eine Antriebsachse 14, zwei Federn 16 und eine V-förmige Drehstabfeder 18. Der Rahmen 12 trägt eine (nicht dargestellte) Karosserie und andere Fahrzeugteile, die als die gefederte Masse bezeichnet werden. Die Antriebsachse 14 hat ein Differential 20, das von einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine über eine (ebenfalls nicht dargestellte) Antriebswelle angetrieben wird. Die Antriebsachse 14 hat zwei Hohlrohre 22, die zum jeweiligen (nicht dargestellten) Rad laufen. In jedem Hohlrohr 22 läuft eine Achswelle 24 zu einer (nicht dargestellten) Aufnahme am Rad. Der Antrieb von der Brennkraftmaschine erfolgt über die Antriebswelle zum Differential 20 und von dort über die Achswellen 24 zu den Rädern. Die Federn 16 liegen zwischen dem Rahmen 12 und der Antriebsachse 14, wie es im Stand der Technik üblich ist. Darüber hinaus können (nicht dargestellte) Schwingungsdämpfer zwischen Rahmen 12 und Antriebsachse 14 zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen den beiden Bauteilen vorgesehen werden. Die Drehstabfeder 18 liegt ebenfalls zwischen dem Rahmen 12 und der Antriebsachse 14, um diese zueinander zu stabilisieren.
In 2 ist die V-förmige Drehstabfeder 18 genauer gezeigt. Sie hat eine Spitzengelenkverbindung 30, zwei Endgelenkverbindungen 32 und zwei Rohre 34, die jeweils zwischen Spitzengelenkverbindung 30 und der jeweiligen Endgelenkverbindung 32 verlaufen. Die Spitzengelenkverbindung 30 und die Endgelenkverbindungen 32 sind an den Rohren 34 durch Schweißungen oder ähnlich bekannte Verbindungen befestigt.
In 3 ist eine Hinterachsaufhängung für einen Lastwagen oder ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und mit Bezugszeichen 110 bezeichnet. Die Hinterachsaufhängung 110 hat einen Rahmen 12, eine Antriebsachse 14, zwei Federn 16 und eine V-förmige Drehstabfeder 118. Die Hinterachskonstruktion 110 entspricht somit bis auf die Drehstabfeder 118 der Hinterachsaufhängung 10.
Die in 4 genauer dargestellte V-förmige Drehstabfeder 118 hat eine Spitzengelenkverbindung 130 und zwei Endgelenkverbindungen 132 sowie zwei Vollstäbe 134. Jeder Vollstab 134 verläuft von der Spitzengelenkverbindung 130 zur jeweiligen Endgelenkverbindung 132. Die Spitzengelenkverbindung 130 und die Endgelenkverbindung 132 sind mit den Vollstäben 134 durch Schweißungen oder ähnliche bekannte Techniken verbunden.
Wie in 4 zu sehen ist, hat die Spitzengelenkverbindung 130 ein V-förmiges Teil 40, das zwei in einem Winkel zueinander liegende Vollstabstücke 42 hat, wobei der Winkel applikationsabhängig ist. Ein Ende jedes Vollstabes 134 ist mit dem entsprechenden Vollstabstück 42 verschweißt. Der Vollstab 134 kann am Vollstabstück 42 durch Metall-Inertgas-Schweißen, Widerstandsschweißen, o. ä. angebracht sein. Da es sich beim Vollstab 134 nicht um ein Rohr handelt, wie das Rohr 34 der 2, kann zwischen den beiden Vollstabteilen eine wirksame Schweißung gebildet werden. Eine andere Möglichkeit zum Befestigen des Vollstabes 134 am Vollstabstück 42 verwendet eine Kombination aus Metall-Inertgas- und Widerstandsschweißen. Die Kombination führt zu einer verbesserten Stabilität der Schweißstelle. Auch kann man an den Stirnflächen eine Widerstandsschweißung der zwei Bauteile in einem Vorgang durchführen, was sowohl hinsichtlich Kosten als Stabilität vorteilhaft ist.
In 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Verbindung zwischen Vollstab 134 und der entsprechenden Endgelenkverbindung 132 gezeigt. Der Vollstab 134 hat einen vergrößerten Abschnitt 140, der eine im wesentlichen zylindrische Fläche 142 hat. Vorzugsweise wird der vergrößerte Abschnitt 140 durch Stauchung als Kopfstück des Vollstabes 132 ausgebildet, wie es dem Fachmann bekannt ist, so daß der vergrößerte Abschnitt 140 integral am Vollstab 134 gebildet ist. Das im wesentlichen tubusförmige Auge 144 hat eine Außenfläche 136, die zur zylindrischen Fläche 132 paßt. Das Auge 144 ist am vergrößerten Abschnitt 140 durch Metall-Inertgas-Schweißung oder andere bekannte Verbindungstechniken befestigt. Die Ausbildung des Kopfstückes am Vollstab 134 vergrößert den Radius des Schweißbereiches, so daß die Schweißung in einem relativ großen Bereich durchgeführt werden kann, von dem sich zeigte, daß ein vorzeitiger Ermüdungsbruch der Verbindung vermieden ist. Ist das Auge 144 am Vollstab 134 angebracht, kann die Endgelenkverbindung 132 im Auge 144 vollendet werden.
In den 4 und 5 ist eine V-förmige Drehstabfeder 118 mit zwei Vollstäben 134 mit einem vergrößerten Abschnitt 140 gezeigt, natürlich kann der vergrößerte Abschnitt zur Vergrößerung des Radius auch bei nur einer Drehstabfeder vorgesehen sein.
In den 6 und 7 ist eine V-förmige Drehstabfeder 218 gezeigt, die eine Spitzengelenkverbindung 130, zwei Endgelenkverbindungen 132, zwei Vollstäbe 134 und zwei Verbindungsklemmen 220 hat. Die V-förmige Drehstabfeder 218 entspricht bis auf die Verbindung zwischen Vollstab 134 und Vollstabstück 42 der Spitzengelenkverbindung 130 der V-förmigen Drehstabfeder 118. Die Verbindung ist hier als Klemme 220 ausgeführt.
Die in 7 gezeigte Klemme 220 hat ein Tubusteil 222 mit zwei radial verlaufenden Hülsen 224. Die Vollstabstücke 42 des V-förmigen Teils 40 haben ein Außengewinde 44. Ebenso hat das Ende des Vollstabes 134 ein Außengewinde 154. Das Tubusteil 222 hat in einer der Hülsen ein Innengewinde 244, in das das Außengewinde 144 des Vollstabstückes 42 eingeschraubt ist, und in der anderen Hülse ein Innengewinde für das Außengewinde 154 des Vollstabes 134. Nachdem das Außengewinde 44 in das Innengewinde 144 und das Außengewinde 154 in das entsprechende Innengewinde entsprechend tief eingeschraubt wurde, wodurch die gewünschte Länge der V-förmigen Drehstabfeder 218 eingestellt wurde, werden zwei Bolzen 226 durch Laschen der Hülse 224 gesteckt und mit zwei Schrauben 228 verschraubt. Die Schrauben 228 werden festgezogen, um die Klemme 218 festzusetzen. Eine entsprechende Klemmscheibe, eine selbstsichernden Mutter, eine Verklebung o. ä. kann dazu dienen, die Unlösbarkeit der Verbindung zwischen Bolzen 226 und Schraube 228 zu gewährleisten.

Claims

Drehstabfeder (118; 218) für eine Achsaufhängung von Kraftfahrzeugen, V-förmig ausgebildet mit einer ersten Endgelenkverbindung (132), an der ein erster Vollstab (134) befestigt ist, einer zweiten Endgelenkverbindung (132), an der ein zweiter Vollstab (134) befestigt ist, wobei der erste und zweite Vollstab (134) jeweils an einem Ende einen vergrößerten Abschnitt (140) mit einer zylindrischen Fläche (142) aufweisen, die zu einer Außenfläche (146) eines tubusförmigen Auges (144) der ersten und zweiten Endgelenkverbindung (132) passt und einer Spitzengelenkverbindung (130), die am ersten und am zweiten Vollstab (134) befestigt ist.
Drehstabfeder (118; 218) nach Anspruch 1, bei der die Außenfläche (146) des Auges (144) und die zylindrische Fläche (142) des vergrößerten Abschnitts (140) aneinander anliegen.
Drehstabfeder (118; 218) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste und zweite Vollstab (134) einen ersten Durchmesser und der vergrößerte Abschnitt (140) einen zweiten Durchmesser haben, wobei der zweite Durchmesser größer ist als der erste Durchmesser.
Drehstabfeder (118; 218) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer ersten Klemme (220), die den ersten Vollstab (134) mit der Spitzengelenkverbindung (130) verbindet.
Drehstabfeder (118; 218) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer zweiten Klemme (220), die den zweiten Vollstab (134) mit der Spitzengelenkverbindung (130) verbindet.