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Die Erfindung betrifft einen Vierpunktlenker zur Verbindung einer Starrachse mit dem Rahmen eines Nutzfahrzeugs mit Merkmalen, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.
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Gattungsgemäße Vierpunktlenker sind aus einer größeren Anzahl von Patentschriften bekannt. So geht aus
5 der
EP 0 776 275 B1 ein Vierpunktlenker hervor, der als verwindbares Kreuz ausgebildet und als Grauguss- oder Shärogussteil oder als Gesenkschmiedeteil aus Stahl hergestellt ist. Solche Vierpunktlenker sind auch schon in serienmäßigen MAN-Sattelzugmaschinen im Einsatz. Derartige gegossene oder geschmiedete Vierpunktlenker sind aber relativ schwer und reduzieren daher das verfügbare Nutzgewicht der Nutzfahrzeuge, in denen sie verbaut sind.
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Eine andere Bauart für einen X-förmigen Vierpunktlenker ist aus der
DE 10 2005 055 586 A1 bekannt. Offenbart ist dabei eine Schweißkonstruktion, die aus vier Lageraugen besteht, die paarweise miteinander durch runde, ovale, quadratische oder rechteckige Rohre oder Bleche verbunden sind. Diese Bauteile wiederum sind durch geeignete Rohre oder Bleche miteinander verbunden, vorzugsweise miteinander verschweißt. Im Falle sich kreuzender Rohre ist es dabei notwendig, aus Festigkeits-Steifigkeitsgründen im Kreuzungsbereich versteifende Knoten-Bleche vorzusehen, die dort mit den Rohren verschweißt sind. Solche gebaute Vierpunktlenker sind zwar gewichtmäßig leichter als gegossene oder geschmiedete Vierpunktlenker, aber in der Herstellung erheblich teurer. Letzteres aufgrund des höheren Werkzeug- und/oder Arbeitszeitaufwandes. Der Gewichtsvorteil bringt in diesem Fall daher aufgrund der Produktionsmehrkosten keinen Nutzenvorsprung, der eine Serieneinführung erwarten ließe.
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Eine weitere Bauart von X-förmigen Vierpunktlenkern zur Verbindung einer Starrachse mit dem Rahmen eines Nutzfahrzeugs ist aus der
DE 103 34 687 B4 bekannt. Dabei kommen zwei an ihren Enden jeweils Lageraugen aufweisende Lenkerarme zur Anwendung, die durch Metallblattfedern gebildet sind, welche an der Kreuzungsstelle übereinander angeordnet und dort durch wenigstens ein Verbindungselement sowie eine Dehnungsunterschiede ausgleichende Zwischenlage miteinander verbunden sind. Solche Vierpunktlenker mögen zwar zur Längs- und Querführung einer Starrachse geeignet sein, für eine hinreichende Wankstabilisierung jedoch weniger.
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Rein der Form halber sei auch noch auf eine aus der
DE 31 39 805 A1 bekannte Einzelradaufhängung hingewiesen. Dabei kommt wie im vorgenannten Fall eine aus zwei sich kreuzenden Blattfedern bestehende Lenkerkonstruktion zur Anwendung. Die beiden im Kreuzungsbereich übereinander liegenden Blattfedern sind dort auch miteinander verbunden. An ihren einen Enden sind die Blattfedern am Rahmen bzw. Aufbau des Fahrzeugs und mit ihren anderen Enden jeweils an einem Radträger befestigt.
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Ausgehend vom gattungsgemäßen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine neue Bauart für einen Vierpunktlenker zu schaffen, die eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung desselben mit reduziertem Gewicht ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Vierpunktlenker mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Vierpunktlenker kennzeichnet sich dadurch, dass er aus zwei sich in dessen Zentralbereich kreuzenden Metallrohren zusammengesetzt ist, an deren beiden Enden jeweils ein Lagerauge befestigt ist und die jeweils im Kreuzungsbereich zur Bildung einer Einbuchtung auf oder ca. die Hälfte ihres Durchmessers bzw. ihrer Höhe gestaucht sowie mit den ebenen Böden dieser solchermaßen entstandenen Einbuchtungen aufeinander liegend positioniert und miteinander verbunden sind. Diese Metallrohre sind von entsprechenden Halbzeugrohrstangen abzulängen und daher vom Materialaufwand her gesehen sehr kostengünstig. Außerdem sind diese Metallrohre relativ leichtgewichtig und erlauben in einem einzigen Umformwerkzeug die Einformung ihrer Einbuchtungen. Auch die Verbindung der beiden Metallrohre miteinander und mit den endseitigen Lageraugen kann problemlos zum Beispiel durch Schweißen erfolgen.
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Die beiden Metallrohre des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers haben jeweils den gleichen Ausgangsquerschnitt. Dieser kann bspw. kreisringförmig sein, oder aus zwei zueinander beabstandeten parallelen Seitenwänden, die an ihren Enden jeweils in eine Kreisringrohrhälfte übergehen, bestehen, oder durch ein Dreieck, bei dem jeweils zwei Schenkelwände über Kreisringrohrsegmente miteinander verbunden sind, gebildet sein, oder eine davon abweichende geometrische Form haben. Maßgeblich ist dabei, dass die Metallrohre bei ihrer Umformung zur Herstellung der Einbuchtungen eine symmetrische Verformung mit Querschnittsveränderung quer zur Rohrlängsrichtung erfahren, so dass mit den ebenen Böden der Einbuchtungen verbreiterte Auflageflächen gegeben sind, auf denen die beiden Metallrohre bei ihrer Zusammenfügung aufeinander zur Anlage kommen.
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Was die Herstellung der Einbuchtungen anbelangt, so kann dies durch Kaltumformung der Metallrohre in einer Presse erfolgen. Alternativ hierzu kann die Herstellung der Einbuchtungen an den Metallrohren auch durch deren Warmumformung in einer Presse nach einem vorangehenden Wärmebehandlungsprozess erfolgen.
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In bevorzugter Ausführungsform sind die beiden Metallrohre durch Stahlrohre gebildet sind, deren Stahllegierung, deren Querschnittsgröße und Wandstärke einerseits auf die Beherrschung der im Fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs auf den Vierpunktlenker einwirkenden Kräfte, andrerseits auf eine gute Verformbarkeit für die Herstellung der Einbuchtungen sowie Schweißbarkeit zu ihrer Verbindung miteinander im Kreuzungsbereich und mit den endseitig anzubringenden Lageraugen abgestellt ist. Dabei kann es sich als sehr vorteilhaft erweisen, das Stahlmaterial der beiden Metallrohre im Rahmen des Wärmebehandlungsprozesses vor Herstellung der Einbuchtungen auf eine bestimmte hohe Temperatur zu bringen und unmittelbar nach dem Einpressen der Einbuchtungen durch ein spezielles Verfahren abzukühlen, wodurch sich eine Vergütung mit Gefügeänderung ergibt, die die mechanischen Eigenschaften der Metallrohre hinsichtlich Zug- und Druckfestigkeit gegenüber den Werten des Ausgangsmateriales signifikant steigert.
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Zur Herstellung seiner Einbuchtung wird jedes der beiden Metallrohre innerhalb einer Matritze durch den Stempel einer Presse vertikal zur Rohrlängsrichtung bis auf oder ca. die Hälfte seines Durchmessers bzw. seiner Höhe umgeformt, wodurch das Metallrohr quer zur Rohrlängsrichtung eine symmetrische Querschnittsveränderung erfährt und sich eine Einbuchtung mit einer entsprechend verbreiterten ebenen Bodenfläche ergibt. Die Einbuchtung hat danach in Rohrlängsrichtung gesehen einen etwa trapezförmigen Querschnitt mit sich nach außen hin erweiternden und über Verrundungen in die anschließenden Rohrbereiche übergehender vorderer und hinterer Begrenzungswand.
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Bei ihrer Zusammenfügung werden die beiden Metallrohre nach ihrer korrekten Positionierung im Kreuzungsbereich entweder durch randseitiges Verschweißen oder durch wenigstens eine vertikal durchgehende Schraubverbindung miteinander verbunden.
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Schließlich ist es auch möglich, die beiden Metallrohre innen zwecks Erhöhung der Belastbarkeit des Vierpunktlenkers mit einem Material zu verstärken, bei dem es sich bspw. um eine Füllung mit faserverstärktem Kunststoff und/oder in sie eingepasste Innenrohre handeln kann.
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In jedem Fall ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Bauart ein Vierpunktlenker, der vergleichsweise leichtgewichtig, einfach und kostengünstig herstellbar ist und allen Belastungen im Fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs sicher standhält.
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Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Vierpunktlenker anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisiert eine Ausführungsform eines Vierpunktlenkers in Draufsicht,
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2 einen Schnitt entlang Schnittlinie II-II durch den Zentralbereich des Vierpunktlenkers gemäß 1,
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3 einen Schnitt entsprechend Schnittlinie II-II durch den Zentralbereich eines zu 1, 2 alternativen Vierpunktlenkers, und
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4 einen Schnitt entsprechend Schnittlinie II-II durch den Zentralbereich eines weiteren alternativen Vierpunktlenkers.
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In den Figuren sind der Übersichtlichkeit und des besseren Verständnisses wegen gleiche bzw. einander entsprechende Teile eines Vierpunktlenkers mit gleichen Bezugszeichen angezogen.
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Der mit 1 bezeichnete Vierpunktlenker weist vier von seinem Zentralbereich 2 X-förmig abgehende Arme 3, 4, 5, 6 auf. Dabei fluchten die Arme 3 und 5 miteinander, ebenso die Arme 4 und 6 miteinander. Am freien Ende jedes der Arme 3, 4, 5, 6 ist ein Lagerauge 7, 8, 9, 10 angeordnet, in das ein Gelenk, z. B Molekulargelenk eingebaut ist. Über die Lageraugen 7, 8 und deren Gelenke ist der Vierpunktlenker 1 an Lagerstellen 11, 12 an dem hier nur durch zwei Längsträger 13, 14 angedeuteten Rahmen des Nutzfahrzeugs angelenkt. Über die Lageraugen 9, 10 und deren Gelenke ist der Vierpunktlenker 1 an Lagerstellen 15, 16 einer Starrachse 17 des Nutzfahrzeugs angelenkt.
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Entsprechend der Erfindung ist der Vierpunktlenker 1 aus zwei sich in dessen Zentralbereich kreuzenden Metallrohren 18, 19 zusammengesetzt, an deren beiden Enden jeweils ein Lagerauge 7, 9 bzw. 8, 10 angeschlossen, insbesondere angeschweißt ist. Jedes der beiden Metallrohre 18, 19 ist außerdem im Kreuzungsbereich zur Bildung einer Einbuchtung 20, 21 auf oder ca. die Hälfte seiner Höhe bzw. seines Durchmessers gestaucht. Mit den ebenen Böden 22, 23 dieser solchermaßen entstandenen Einbuchtungen 20, 21 werden die beiden Metallrohre 18, 19 bei ihrer Zusammenfügung aneinander anliegend positioniert und dann miteinander verbunden, insbesondere randseitig miteinander verschweißt, oder alternativ durch wenigstens eine Schraubverbindung. Durch den Kreuzungsbereich der solchermaßen miteinander verbundenen Metallrohre 18, 19 ist der Zentralbereich 2 des Vierpunktlenkers 1 gebildet, an dem die strahlenförmig abgehenden Rohrabschnitte die jeweils zueinander fluchtenden Arme 3, 5 bzw. 4, 6 des Vierpunktlenkers 1 bilden.
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Die beiden Metallrohre 18, 19 haben jeweils den gleichen Ausgangsquerschnitt. Dieser kann verschiedene Formen haben, von denen drei beispielhaft in der Zeichnung aufgezeigt sind. So haben die beiden Metallrohre 18, 19 im Beispiel gemäß 1 und 2 einen Kreisringquerschnitt. Im Fall von 3 besteht der Ausgangsquerschnitt der beiden Metallrohre 18, 19 aus zwei beabstandet zueinander parallel verlaufenden, gleich langen Seitenwänden 24, 25, die an ihren Enden jeweils in Kreisringrohrhälften 26, 27 übergehen. Im Beispiel gemäß 4 besteht der Ausgangsquerschnitt der beiden Metallrohre 18, 19 aus einem gleichschenkligen Dreieck, wobei jeweils zwei Schenkelwände 28 und 29 bzw. 29 und 30 über Kreisringrohrsegmente 31, 32, 33 ineinander übergehen. Weitere alternative Ausgangsquerschnitte sind möglich, jedoch zeichnerisch nicht dargestellt.
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Für die Herstellung der Einbuchtung 20, 21 wird jedes der beiden Metallrohre 18, 19 in eine Matritze eines Presswerkzeugs eingelegt und in einer dortigen Vertiefung symmetrisch zu einer durch die strich-punktierte Linie 36 angedeuteten Mittelhochebene zentriert. Mittels eines Stempels wird dann die Einbuchtung 20, 21 erzeugt. Die Vertiefung in der Matritze gibt auch die Form der im Bereich unter der Einbuchtung 20, 21 während deren Einpressung sich ergebenden Querschnittsformveränderung vor. Während der Herstellung der Einbuchtung 20, 21 erfährt jedes der beiden Metallrohre 18, 19 innerhalb der Matritze durch den Stempel quer zur Rohrlängsrichtung eine symmetrische Querschnittsveränderung mit einer gegenüber dem Ursprungsmaß entsprechend verbreiterten ebenen Bodenplatte 22, 23 und die Einbuchtung 20, 21 hat danach in Rohrlängsrichtung gesehen einen etwa trapezförmigen Querschnitt mit sich nach außen hin erweiternden und über Verrundungen in die anschließenden Rohrbereiche übergehenden vorderen und hinteren Begrenzungswänden 34, 35.
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Sofern das Material und Wandstärke der verwendeten Metallrohre 18, 19 es erlauben, können deren Einbuchtungen 20, 21 im Presswerkzeug durch Kaltumformung hergestellt werden. Da die Metallrohre 18, 19 in vielen Anwendungsfällen aber dickwandig sind, erfolgt bei diesen die Herstellung der Einbuchtungen 20, 21 im Anschluss an einen Wärmebehandlungsprozess durch Warmumformung in einer Presse.
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Vorzugsweise sind die beiden Metallrohre 18, 19 durch Stahlrohre gebildet, deren Stahllegierung, deren Querschnittsgröße und Wandstärke einerseits auf die Beherrschung der im Fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs auf den Vierpunktlenker 1 einwirkenden Kräfte, andrerseits auf eine gute Verformbarkeit für die Herstellung der Einbuchtungen 20, 21 sowie Schweißbarkeit zu ihrer Verbindung miteinander im Kreuzungsbereich 2 und mit den endseitig anzubringenden Lageraugen 7, 8, 9, 10 abgestellt ist. Für besonders hoch belastete Vierpunktlenker 1 kann es sich als zweckmäßig erweisen, das Stahlmaterial der beiden Metallrohre 18, 19 im Rahmen des Wärmebehandlungsprozesses vor Herstellung der Einbuchtungen 20, 21 auf eine bestimmte hohe Temperatur zu bringen und unmittelbar nach dem Einpressen der Einbuchtungen durch ein spezielles Verfahren abzukühlen, so dass es eine Vergütung mit Gefügeänderung erfährt, die die mechanischen Eigenschaften der Metallrohre 18, 19 hinsichtlich Zug- und Druckfestigkeit gegenüber den Werten des Ausgangsmateriales signifikant steigert.
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Als Material für die beiden Metallrohre
18,
19 kann bspw. ein Stahl mit Legierungsbestandteilen verwendet werden, wie im Anspruch 1 der
DE 3434759 C2 angegeben. Auch das darin erwähnte Wärmebehandlungs- und anschließende Abkühlverfahren bietet sich zur Anwendung bei den beiden erfindungsgemäßen Metallrohren
18,
19 an.
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Bei ihrem Zusammenbau werden die beiden Metallrohre 18, 19 nach ihrer korrekten Positionierung im Kreuzungsbereich 2 entweder durch randseitiges Verschweißen oder durch wenigstens eine vertikal durchgehende Schraubverbindung miteinander verbunden. Aufgrund der dann mit ihren Böden 22, 23 der Einbuchtungen 20, 21 aufeinander liegenden beiden Metallrohre 18, 19 ist damit ein Vierpunktlenker 1 mit einem entsprechend versteiften und sehr stabilen Zentralbereich 2 gegeben, von dem sich die vier äußeren, die Arme 3, 4, 5, 6 bildenden Abschnitte der beiden Metallrohre 18, 19 in einer Ebene liegend zu den außenendigen Lageraugen 7, 8, 9, 10 hin erstrecken.
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Sofern notwendig, können die beiden Metallrohre 18, 19 auch noch mit einem deren Belastbarkeit erhöhenden Material verstärkt werden, wobei dies bspw. durch eine Füllung mit faserverstärktem Kunststoff und/oder in sie eingepasste, entsprechend vorbereitete Innenrohre realisierbar sein kann.
