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Pendelhinterachse für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Pendelhinterachse
für Kraftfahrzeuge mit zwei über ein Kreuzgelenk mit beweglicher Nabe angetriebenen
Pendelhalbachswellen, die in einem unter dem Mittelpunkt des Kreuzgelenkes angelenkten
Tragrohr gelagert sind.
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Es sind bereits Pendelhinterachsen dieser Bauart bekanntgeworden.
Sie finden insbesondere bei Heckmotorfahrzeugen Anwendung. Zu den Vorteilen zählt
das geringe unabgefederte Gewicht, das insbesondere bei kleinen Fahrzeugen die Federung
und Kurvenstabilität günstig beeinflußt. Nachteilig ist jedoch die Spuränderung
während des Federns. Diese bewirkt eine Querverschiebung der Reifen auf der Fahrbahn,
so daß die Bereifung verhältnismäßig schnell verschleißt.
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Die Spuränderung ist um so größer, je kürzer die Pendelhalbachsen,
d. h. je schmaler die Spur ist. Anderseits nimmt die Spuränderung
ab, wenn man den Drehpunkt der Pendelhalbachsen tief legt.
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Da die Spur aus offensichtlichen Gründen in engen Grenzen festliegt,
bleibt zur Vermeidung der oben erwähnten Nachteile nur die Möglichkeit, den Pendeldrehpunkt
tief zu legen. Man hat dies bereits bei modernen Fahrzeugkonstruktionen angewendet
und Pendelachssysteme mit einem oder mit zwei tiefgelegten Drehpunkten gebaut. Hierbei
ergab sich je-
doch die Schwierigkeit, daß wegen der erforderlichen Bodenfreiheit
nur eine begrenzte Tieflegung der Pendeldrehpunkte möglich ist, so daß man nur eine
geringe Verbesserung der nachteiligen Eigenschaften erreicht.
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Beispielsweise ist bei einer bekannten hinteren Pendelachse für Kraftfahrzeuge
ein die Achshalbwelle umgebendes Pendelrohr mit einem Halter versehen, der sich
mittels eines Kugelzapfens in einer unter dem Boden des Differentialgehäuses angeordneten
Kugelpfanne abstützt. Durch diese Anordnung wird die Bodenfreiheit herabgesetzt.
Will man mit dieser Anordnung die bei größeren Wagen auftretenden erheblichen Seitenkräfte
aufnehmen, so wird durch die dadurch notwendige Vergrößerung der Kugelfläche die
Bodenfreiheit weiter vermindert.
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Die Verwendung virtueller Drehpunkte ist bei der Aufhängung von Kraftfahrzeugrädern
im Prinzip bekannt, wurde jedoch bisher nur für Vorderachsen vorgeschlagen und dient
dort der Erhöhung des Momentanzentrums. Da jedoch bei der Hinterachse der Drehpunkt
der Pendelachse möglichst tief gelegt werden soll, haben solche Vorschläge für Hinterachslagerungen
bisher keine Bedeutung erlangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pendelhinterachse zu
schaffen, die eine genügende Bodenfreiheit und einen tiefliegenden Drehpunkt aufweist
und die einfach aufgebaut ist.
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Dies wird erfindungsgemäß in erster Linie dadurch erreicht, daß die
Anlenkung jedes Tragrohres an dem Gehäuse des Hinterachsgetriebes jeweils mittels
einer am inneren Ende des Tragrohres um dieses drehbar angebrachten, als Kugelschalengelenk
ausgebildeten Stütze erfolgt, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Kugelschale unter
dem Mittelpunkt des Kreuzgelenkes liegt, und daß jede der axial verschieblich mit
ihren Ankupplungsstellen verbundenen Pendelhalbachswellen in an sich bekannter Weise
mittels eines Pendellagers im Tragrohr gelagert ist. Auf diese Weise läßt sich der
Drehpunkt des Tragrohres bis unter die Unterfläche des Differentialgetriebes herabziehen
und in die jeweils optimale Lage bringen.
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Vorzugsweise wirkt die Stütze mit einer am Gehäuse des Hinterachsgetriebes
fest angebrachten Stützschale zusammen, die eine als Lagerfläche dienende konvexe
kugelförmige Stätzfläche aufweist, auf der eine dazu komplementäre Fläche der Stütze
lagert.
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Die Stützschale weist vorzugsweise eine zentral liegende ovale öffnung
auf, und der Kugelflächenabschnitt der Stütze trägt eine Halteschraube, die einen
auf der inneren Kugelfläche der Stützschale aufsitzenden Kopf mit einer zu diesr
Kugelfläche komplementär geformten Kugelfläche aufweist, wobei die radial äußere
und die radial innere Kugelfläche der Stützschale konzentrisch sind.
Insbesondere
aus Gründen einer günstigen Kräfteverteilung ist es vorteilhaft, wenn die Achse
der Antriebswelle einen Winkel von weniger als 45' mit der zentralen Achse der kugelförmigen
Fläche einschließt.
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Zur Verhinderung von Axialbewegungen der Nabe des Kreuzgelenkes sind
die Nabenbuchsen des Achswellenrades des Ausgleichsgetriebes mit einer ringförmigen
Ausnehmung von Kugelflächenform versehen, in die die komplementär geformten Flächen
der Gleitstücke des Kreuzgelenkes ein,-reifen.
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Die Stütze ist vorzugsweise beiderseits mit normal zur Fahrzeuglängsachse
orientierten Stützflächen versehen, die mit geringem Spiel zwischen zwei am Gehäuse
des Hinterachsgetriebes festen Anschlägen liegen.
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Hierdurch er,-eben sich vor allem folgende wesentliche Vorteile der
erfindungsgemäßen Pendelachse: Die Schwenkpunkte der Achswelle und des Tragrohres
liegen in unmittelbarer Nähe der Fahrzeuglängsachse, so daß sich große Hebelwege
für die Schwenk-bewegungen dieser Teile und also geringe Spuränderungen ergeben.
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Durch geeignete Bemessung der Stütze läßt sich der Schwenkpunkt des
Tragrohres beliebig tief legen, so daß ohne Schwierigkeiten eine optimale Lage desselben
wählbar ist, die sehr geringe Spuränderungen zur Folge hat.
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Die Achsen der Achswelle und des Tragrohres bilden während der Federungsbewegungen
nur sehr kleine Winkel miteinander, so daß nicht unbedingt ein besonderes Gelenk
im Radnabenbereich der Tragwelle vorgesehen zu sein braucht.
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Die Bodenfreiheit wird trotz dieser günstigen Eigenschaften nicht
verringert.
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Die durch die neuartige Konstruktion bedingten Lagerstellen lassen
sich mit großen Oberflächen herstellen, so daß die spezifische Belastung derselben
und also die Abnutzung sehr klein ist.
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Für die Lage des virtuellen Schwenkpunktes des Tra-rohres sind lediglich
die Orientierung und der Krümmungsradius des Verbindungsgelenkes wesentlich. Die
Schwenkpunktlage kann damit durch Austauschen weniger Teile verändert werden.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
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F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer bekannten
Pendelhinterachse, aus der die Wirkung von normal- und tiefgelegtem Drehpunkt erkennbar
ist; F i -. 2 ist eine schematische Darstelluno, einer Hinterachse
7 gemäß der Erfindung im Aufriß; F i g. 3 ist ein Grundriß der Anordnung
nach F i g. 2; F i g. 4 ist ein vertikaler Schnitt eines Teiles einer
Hinterachse; F 1 5 ist eine Seitenansicht zu F i g. 4, die die kugelförmigeStützeunddieSeitenfährun
derAchsezeigt; 9 C
Fig.6 zeigt den Einfluß der Lage der kugelförmigen Stätzfläche
auf die Lage des Drehpunktes. In F i g. 1 ist der Einfluß der Lage des Drehpunktes
auf die Radbewegung gezeigt. Die Kurve a stellt die Bahn eines in der Mitte liegenden
Umfangspunktes des Rades für einen in der Achse der Welle liegenden Drehpunkt dar.
Die Kurve b zeigt die Bewegung des gleichen Punktes bei tiefer liegendem
Drehpunkt. Man erkennt, daß die seitliche Komponente der Radbewegung bei tiefliegendem
Drehpunkt wesentlich kleiner ist. Die Pendelhinterachse nach dem in den F i
g. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt ein Gehäuse
1 des Hinterachsantriebes, in dem ein Ausgleichsgetriebe untergebracht ist.
An dieses Gehäuse sind an den Austrittsseiten für die Pendelhalbachswellen
11 Seitendeckel 19 angesetzt. Das Ausgleichsgetriebe umfaßt ein Tellerrad
2, das an einem in Kugellagern 4 gelagerten Ausgleichsgehäuse 3 befestigt
ist. In diesem Gehäuse befindet sich ferner noch der Ausgleichsradsatz mit zwei
mit den Wellen drehfest verbundenen Achswellenkegelrädern 8. Diese Kegelräder
8 stehen jeweils über ein Kreuzgelenk mit einer Pendelhalbachswelle
11 in Verbindung, um deren Bewegung beim Durchfedem der Halbachsen zu ermöglichen.
Um Bewegungen der Gleitstücke 7
des Kreuzgelenkes in Richtung der Pendelhalbachswelle
zu verhindern, sind in das Ausgleichsgehäuse 3
zwei Buchsen 5 und
6 eingesetzt mit einer ringförinigen Ausnehmung von Kugelflächenform, deren
Mittelpunkt mit dem Schwenkpunkt bzw. Mittelpunkt S
des Kreuzgelenkes zusammenfällt.
Der Durchmesser dieser Ausnehmung ist größer als der Innendurchmesser der Buchse,
so daß die Gleitstücke 7 des Kreuzgelenkes sich nicht in Richtung der Pendelhalbachswelle
bewegen können, sondern lediglich um den SchwenkpunktS schwenkbar sind. Die Gleitstücke
7 sind in Ausnehmungen der Achswellenkegelräder 8 verschieblich gelagert
und übertragen die Antriebskraft mit Hilfe von zylindrischen Bolzen 9, die
mit einer Nabe 10 des Kreuzgelenkes verbunden sind.
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In die Nabe 10 greift das eine Ende einer Pendelhalbachswelle
11 ein, wobei die Keilverbindung vorzugsweise verhältnismäßig lang ist, um
die spezifischen Drücke klein zu halten. Die Pendelhalbachswelle 11 ist am
anderen Ende in einem in der entsprechenden Nabe 26 des Tragrohres 12 einer
Hinterhalbachse befestigten Pendelkugellager 23 gelagert. Das Tragrohr 12
ist an einer radnahen Stelle mit einem Lenker 24 verbunden, der die übertragung
der Antriebsschubkräfte und der Bremskräfte zwischen Fahrzeug und Rädern übernimmt.
Das verlängerte Ende eines Lenkers dient als Sitz für eine Schraubenfeder
25, die die vertikal wirkenden Kräfte und Gewichte aufnimmt. Die an einem
Rad angreifenden Seitenkräfte werden von dem Tragrohr aufgenommen, das zu diesem
Zweck am inneren Ende mit einem Ansatz13 versehen ist, der in der Bohrung der Stütze14
axial unbeweglich, jedoch drehbar gelagert ist. Diese Stütze14 hat einen konkaven
Kugelflächenbereich, der auf einer komplementär geformten Fläche einer Stützschale
16 aufliegt, die an einer schiefen Sitzfläche des Seitendeckels
19
des Hinterachsgetriebegehäuses befestigt ist. Die Stützschale
16 hat an der Unterseite ebenfalls eine Kugelflächenform, die konzentrisch
zur äußeren Kugelfläche ist. Die Stütze 14 ist inmitten des Kugelflächenabschnittes
von einem Bolzen 27 durchquert, der durch eine passend liegende ovale öffnung
der Stützschale 16 hindurchgreift und dessen Kopf mit einer kugelförmigen,
an der inneren kugelförmigen C ZD Fläche der Stützschale 16 anliegenden Sitzfläche
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versehen ist, so daß Stütze 14 und Stützschale 16 sich lediglich
in Umfangsrichtungen gegeneinander verschieben können.
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Zur übertragung der Seitenkräfte der Räder müssen die Tragrohre 12
in Achsrichtung fest mit dem Getriebegehäuse verbunden sein. Dies geschieht mittels
Muttern 18, die auf die Ansätze der Tragrohre 12
aufgeschraubt
sind und gegen eine Stimberührungsfläche 14 a der Stütze 14 kommen.
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Um beim Durchfedern des Rades und beim Gleiten der kugelförmigen Stützfläche
15 auf der Stützschale 16 Seitenabweichungen der Achse des Tragrohres
12 gegenüber der Pendelhalbachswelle 11 in Fahrzeuglängsrichtung zu verhindern,
ist die Stütze 14 beiderseits mit normal zur Fahrzeuglängsrichtung liegenden Führungsflächen
21 versehen, die sich mit einem gewissen geringfügigen Spiel zwischen zwei Anschlagschrauben
22 bewegen (F i g. 5). Das erforderliche Spiel hängt ab von der Grundrißwinkeländerung
der Achse der Achswelle 11 zwischen dem unbelasteten und dem voll durchgefederten
Zustand.
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Sämtliche kugelförmigen Flächen sind reichlich bemessen, um die spezifische
Belastung so klein wie möglich zu halten. Die Schmierung erfolgt durch das im Achsgetriebegehäuse
1 enthaltene öl. Das Eindringen von Schmutz oder das Auslaufen von
Schmiermittel ist durch Gummimanschetten 20 verhindert, die einerseits an den freien
Enden der Seitendeckel 19 und anderseits an den entsprechenden Enden des
Traggrohres 12 befestigt sind.
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Die Pendelachse gemäß der Erfindung hat fol-Gende Wirkungsweise:
C
Bei Auf- und Abwärtsbewegungen des Rades schwingt die Pendelhalbachswelle
11 um den Schwenkmittelpunkt S des Kreuzgelenkes als Drehpunkt, während
das Tragrohr 12 auf Grund der Aufhängung über die Stütze 14 und die Stätzschale
16
um den virtuellen, unterhalb des Punktes S liegenden DrehpunktB
schwingt. Man muß darauf bedacht sein, die Winkelabweichungen der Achsen der Pendelhalbachswelle
11 und des Tragrohres 12 beim Durchfedern so niedrig wie möglich zu halten.
Zu diesem Zweck ist es im allgemeinen günstig, die obenerwähnte Anordnung untereinanderliegender
Drehpunkte zu wählen. Auf Grund einfacher trigonometrischer überlegungen erkennt
man leicht, daß die Winkelabweichungen der obenerwähnten Achsen beim Durchfedern
sehr gering sind. Sie liegen bei den üblichen Abmessungsverhältnissen und Federwe-en
in der Größe von Bogenminuten.
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Beim Durchfedern tritt noch eine andere Wirkung auf. Infolge der ungleichen
Schwenkpunkte der Pendelhalbachswelle 11 und des Tragrohres 12 und der festen
Verbindung des Tragrohres 12 in bezug auf Axialverschiebuncren gleitet das mit Keilnuten
versehene Ende der Achswelle 11 in der Keilnabe des Kreuzgelenkes. Diese
ist durch die Buchsen 5 und 6
mit ringförinigen Ausnehmungen von Kugelflächenform,
die mit den Gleitstücken 7 mit entsprechend ae formten Flächen zusammenwirken,
geführt.
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Da das Tragrohr 12 mittels eines Lenkers 24 von endlicher Länge mit
dem Fahrzeug, gekuppelt ist, beschreibt das Tragrohr bei Federschwingungen eine
Kegelmantelbahn, so daß Verdrehungen des Tragrohres gegenüber dem Achsgetriebegehäuse
1 mit den Seitendeckeln 19 auftreten. Das Tragrohr 12 muß daher drehbeweglich
mit dem Getriebegehäuse verbunden sein. Dies geschieht dadurch, daß der Ansatz
13 des Tragrohres 12 in der Bohrung der Stütze 14 drehbar gelagert ist.
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Da die Verbindung von Traggrohr 12 und Gehäuse 1, 19 als Kugelflächengelenk
ausgebildet ist, muß i noch dafür gesorgt sein, daß das Tragrohr 12 sich nicht um
eine parallel zu dessen Achse verlaufende, durch den PunktB gehende Achse verdrehen
kann. Dies ist dadurch erreicht, daß die Stütze 14 beiderseits mit Führungsflächen
21 versehen ist, die mit geringem Spiel zwischen zwei Anschlagschrauben 22 bewegbar
sind, welche lediglich Bewegungen in normal zur Fahrzeuglängsrichtung liegenden
Ebenen ermöglichen.
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Die Idnematischen Größen und die Schwenkpunkte sind im einzelnen in
F i g. 6 dargestellt. Der Punkt A
stellt den Scheitelpunkt kugelförmiger
Flächen dar, deren Mittelpunkte B bzw. D unterhalb des Schwenkmittelpunktes
S des Kreuzgelenkes liegen. Die beiden durch den Punkt A gehenden
kugelförmigen Flächen haben einen der Entfernung A-B bzw. A-D entsprechenden Krümmungsradius.
Die Winkel der durch den Scheitelpunkt A gehenden Radien mit der Senkrechten durch
den Schwenkpunkt S des Kreuzgelenkes betragen a bzw. ß. Mit den beiden
etwa an derselben Stelle liegenden Kugelflächen lassen sich also verschiedene SchwenkpunktlagenB
und D erreichen, deren Abstände von dem Schwenkpunkt der Achswelle
10 gleich x bzw. xsind.
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Außer der in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Stütze mit ku,gelflächenförmigen
Lagerflächen kann man auch andere Stützvorrichtungen für das Tragrohr 12 verwenden,
die einen virtuelIen Schwenkpunkt aufweisen, z. B. zusammengesetzte Hebelkonstruktionen.