DE69321199T2

DE69321199T2 - Achsaufhängungssystem

Info

Publication number: DE69321199T2
Application number: DE69321199T
Authority: DE
Inventors: Scott N.W. Canton Ohio 44718 Dilling; Michael J. N.W. Canton Ohio 44718 Keeler; John N.W. Canton Ohio 44708 Ramsey; Joseph M. N.E. North Canton Ohio 44720 Ross
Original assignee: Boler Co
Current assignee: Hendrickson International Corp
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1993-10-14
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: MX9306307A; KR940008929A; ATE171422T1; EP0600198A3; CA2108724C; DE69334210D1; US5366237A; ATE390331T1; EP0863060B1; EP0600198A2; AU4614293A; KR970000623B1; EP0863060A2; EP0600198B1; DE69334210T2; DK0600198T3; CA2108724A1; AU666572B2; ES2121909T3; BR9304278A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Achsaufhängungssysteme für Fahrzeuge mit Rädern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Achsaufhängungssysteme mit Trägern, die die Unversehrtheit des Umfangs der Achse während des Betriebs erhalten.

Hintergrund der Erfindung

Der Gegenstand der Erfindung findet in der Schwerlastzug- und Anhängerindustrie besondere Anwendung. In dieser Industrie ist der Gebrauch von Luftbremsen und luftgefederten Trägeraufhängungen ziemlich weitverbreitet. Derartige Aufhängungen gibt es in vielfältigen und variationsreichen Formen. Im allgemeinen enthalten sie jedoch ein Paar sich longitudinal erstreckender Träger (flexibel oder starr), von denen jeweils einer nahe jedem der zwei Seitenrahmenschienen angeordnet ist, die unter der Karosserie des Lkws oder Anhängers liegen. Diese Träger werden dann an einem Ende gelenkig an der Rahmenhalterung angebracht, die an der Rahmenschiene des Fahrzeugs befestigt ist. Eine Lufttasche (Balg) und eine Achse sind um die verbleibende Länge des Trägers beabstandet angeordnet. Der Träger kann bezüglich der Achse hängend ausgebildet oder oberhalb dieser angeordnet sein, und die Lufttasche(n) kann/können vor oder hinter der Achse oder in einer vertikalen Linie mit ihr angeordnet sein. Die Achse kann an dem Träger starr oder federnd befestigt sein. Der Träger kann sich in eine nachfolgende oder führende Richtung bezüglich seines Drehpunktes erstrecken, wodurch eine Aufhängung mit führendem oder nachfolgendem Träger definiert wird. Funktionell ähnliche Elemente wie Lufttaschen, z. B. große Gummibälle oder Kissen oder hydraulische Zylinder, können anstelle der Luftbälge eingesetzt werden.
Vor dem Erscheinen der Erfindung in US-Patent Nr. 4166 640 war man nach dem Stand der Technik bei Lkw- und Anhängeraufhängungen nicht in der Lage, eine starre Achs-/Träger-Verbindung mit einem starren Träger erfolgreich bereitzustellen. Kurz gesagt mußte entweder eine Achs-/Träger-Verbindung auf irgendeine Weise federnd gemacht werden und/oder der Träger mußte flexibel gemacht werden, um die betriebsbedingten Gelenkkräfte erfolgreich abzufangen, die er während des Fahrzeugbetriebs erfährt, auch wenn schon eine federnde Hülse an der Drehverbindung (z. B. an der Hängehalterung) zwischen dem Träger und der Rahmenschiene angebracht war. Durch die Verwendung einer ausreichend großen, federnden Verbindung, die ein größeres Auslenkungsmaß halterungsseitig wie trägerseitig unter Aufnahme der betriebsbedingten Kräfte am Drehpunkt bereitstellte, während Zieh- und Rollstabilität erhalten blieben, stellte die in dem oben zitierten '640er Patent (siehe Fig. 5, 6 und 8) offenbarte Erfindung einen wesentlichen, in der Tat bahnbrechenden Fortschritt auf dem Gebiet der Lkw- und Anhängeraufhängungen dar. Diesen bahnbrechenden Fortschritt gab es deshalb, weil durch den Gebrauch dieser besonderen Drehverbindung ein starrer Träger und eine starre Achs-/Träger-Verbindung in Kombination mit dieser federnden Drehverbindung benutzt werden konnten. In der Tat war das federnde Drehpunkthülsensystem in den bevorzugten Ausführungen dieses Patents so konstruiert, daß es im wesentlichen alle während des Fahrzeugbetriebs auftretenden Gelenkkräfte erfolgreich aufnehmen konnte, während die Aufhängung als Ganzes alle Kriterien einer sehr sicheren Aufhängung erfüllte. Gleichzeitig wurden die Wartungserfordernisse sehr reduziert und die Lebenserwartung gegenüber den bekannten Aufhängungen, die eine federnde Achs-/Träger-Verbindung benutzten, stark erhöht, wobei gleichzeitig das zusätzliche Gewicht von begleitenden, federnden Trägern (z. B. Blattfedern) vermieden wurde. In manchen Fällen überdauerten die federnden Hülsen am Drehpunkt die Lebensdauer des Fahrzeugs.
1991 wurde mit der Ausgabe des US-Patents Nr. 5 037 126 eine wichtige Verbesserung der oben genannten Erfindung offenbart. Unter Benutzung der grundlegenden Konzepte des '640er Patents, einer starren Achs-/Träger-Verbindung, einem starren Träger, und einer mit einer Öffnung versehenen, federnden Drehhülse, enthielt die Erfindung des '126er Patents einen besonderen, starren Träger mit eine Achsverbindung, die das Gewicht der gesamten Aufhängung noch weiter wesentlich verringerten.
Die oben genannten zwei patentierten Aufhängungen sind typische Beispiele von Aufhängungen mit starrem Träger und nachfolgenden Armen, die eine große Akzeptanz in der Lkw- und Anhängerindustrie finden. Das bahnbrechende Erfindungskonzept des US-Patents Nr. 4 166 640 stellt in dieser Beziehung den bevorzugten Hintergrund für die vorliegende Erfindung dar.
Weitere Beispiele von federnd umhüllten Achs-/Träger- Verbindungsaufhängungen, die starre Träger verwenden, können z. B. in den US-Patentschriften Nr. 3 332 701; 3 140 880; 3 482 854; 3 547 215 und 3 751 066 gefunden werden. Beispiele für flexible Trägeraufhängungen mit federnden oder starren Achs-/Träger-Verbindungen enthalten die US-Patentschriften Nr. 3 785 643; 3 918 738; 3 612 572 und die GMC Astro-Air- Aufhängung, die Dayton Air Aufhängung, Western Unit Air Aufhängungen, Hotchens Aufhängungen und die Fruehauf Aufhängung Cargo Care und Pro-Par Aufhängungen, um nur einige zu nennen.
Grundsätzlich tritt in Aufhängungen mit führendem und nachfolgendem Träger ein besonderes Problem auf. Das Problem ist, daß die Achse während des Fahrzeugbetriebs zu einer anderen Querschnittsform gezwungen werden kann, als zu der, in der sie hergestellt worden ist (z. B. von ihrer ursprünglich runden Form abweichend, wenn eine zylindrische Achse verwendet wird). Es gibt zwei verschiedene Belastungsbedingungen, die dieses besondere Problem verursachen:
1. Kräfte, die auf die Aufhängung und die Achse während Kurvenfahrten wirken; und
2. Kräfte, die von der Aufhängung während einer vertikalen, einrädrigen Leistungsaufnahme aufgenommen werden.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 zeigen sich diese Kräfte in einer Rückansicht eines typischen Anhängers sehr gut. Anhänger 1 ist aus einer Karosserie 3, Rädern 5, Achse 7 und Seitenrahmenschienen 9 (die Aufhängung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen) aufgebaut.
Fig. 1 zeigt die Kräfte, die während einer Kurvenfahrt des Anhängers entstehen. CG ist der Schwerpunkt des Fahrzeugs. Wenn der Anhänger 1 um eine Ecke gefahren wird, greift eine Zentrifugalkraft F an dem Fahrzeug an seinem Schwerpunkt CG an. Diese Kraft F ist proportional zu dem Radius der Kurve oder der Ecke und proportional zu dem Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit. Hierdurch entsteht ein Drehmoment M, das proportional zu der Höhe des Schwerpunktes bezüglich des Bodens und der Größe der Zentrifugalkraft F ist. Weil das Fahrzeug in einer Gleichgewichtslage ist, besitzt das Drehmoment ein Gegenmoment an der Grenzfläche Rad/Straße durch das Entlasten des Rades auf einer Seite des Fahrzeugs durch die Kraft W und die Erhöhung der Last auf das Rad auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Kraft mit demselben Betrag W.
Das Drehmoment bewirkt, daß sich der Anhänger, veranlaßt durch Rad und Aufhängungsauslenkungen, schräg legt, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Radauslenkung ist proportional zu W und der radialen Federkonstanten der Räder. Die Aufhängungsauslenkung ist proportional zur Kraft F, dem effektiven Drehzentrum der Aufhängung und der Drehgeschwindigkeit der Aufhängung.
Die Kräfte, die durch dieses Drehmoment verursacht werden, müssen von der Fahrzeugkarosserie durch die Aufhängung in die Achse und durch die Räder auf die Straße übertragen werden. Diese Kraftübertragung durch die Aufhängung in die Achse ist im Fall von Luftaufhängungen mit führendem oder nachfolgendem Arm sehr verschieden von jeder anderen Art einer Aufhängung, wobei das oben erwähnte, besondere Problem der Luftaufhängungssysteme mit nachfolgendem oder führendem Arm auftritt.
Fig. 2 zeigt den gleichen Anhänger 1 und die gleiche Lastkonfiguration wie in Fig. 1, wobei die Achse, die Räder und Teile der Aufhängung nicht gezeigt sind. Die Elemente 11 in der Zeichnung sind Halterungsteile, die die Aufhängung an der Karosserie des Anhängers befestigen. In diesem Fall ist das Drehmoment M durch gleiche aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte 5, die die Aufhängung auf die Halterungen 11 ausübt, ausgeglichen. Die Kräfte S sind für praktisch alle bekannten Typen von Aufhängungen ähnlich. Die Kräfte S auf die Halterungen 11 sind natürlich für jede Aufhängung ausgestattet mit Halterungen 11 dieselben (wie in typischer Form dargestellt).
Nun wird Bezug genommen auf Fig. 3. Fig. 3 zeigt eine Seite einer typischen Federaufhängung 13, die aus einer vorderen Aufhängungshalterung 21, einer hinteren Aufhängungshalterung 22, einer Stahlfeder 23, einem Mittel 24 zur Befestigung der Feder 23 an der Achse 7 und einem Radiusstab 26 besteht. Die Kraft S wird, wie in Fig. 2 dargestellt, zwischen den zwei Aufhängungshalterungen 21 und 22 auf beide Enden der Feder 23 aufgeteilt und dann durch eine Feder/Achs-Verbindung 24 in die Achse 7 übertragen. Die resultierende Kraft, die in die Achse 7 übertragen wird, ist einfach die vertikale Kraft Sv. Wenn die andere Seite dieser Art von Aufhängung gezeigt wäre, wäre diese Lastverteilung dieselbe, mit Ausnahme der vertikalen Kraft, die in die entgegengesetzte Richtung gerichtet wäre.
Eine andere bekannte Aufhängungsart ist in Fig. 4 gezeigt. Hier besteht eine Hälfte einer typischen Schwenkträger-Aufhängung 15 aus einer vorderen Aufhängungshalterung 31, einer hinteren Aufhängungshalterung 32, einer Stahlfeder 33 und einer Sattelanordnung 34, die die Feder 33 drehbar an dem Schwenkträger 35 befestigt. Achshalterungen 36 befestigen den Träger 35 drehbar an den Achsen 7A und 7B. Die Kraft S wird, wie in Fig. 2 gezeigt, zwischen den zwei Aufhängungshalterungen 31 und 32 verteilt, auf beide Enden der Feder 33 und daraufhin durch die Sattelanordnung 34 auf den Schwenkbalken 35 übertragen. Die Kraft wird dann gleichverteilt auf die Achsen 7A und 7B übertragen. Die resultierende Kraft, die auf jede der Achsen 7A und 7B übertragen wird, ist einfach die Hälfte der vertikalen Kraft S (hier als S/2 bezeichnet). Wenn die andere Seite dieser Art von Aufhängung gezeigt wäre, wäre die Lastverteilung dieselbe, bis auf die Tatsache, daß die Kraft S in die entgegengesetzte Richtung wirken würde.
Die meisten bekannten Aufhängungen verhalten sich so, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, also so, daß die Kräfte, die auf die Aufhängung übertragen werden, um dem Drehmoment M einen Widerstand zu leisten, in Kräften in die Achse resultieren, die allein vertikaler Art sind. Ausnahmen hiervon sind allerdings die Luftaufhängungen mit nachfolgendem oder führendem Arm, bei denen eine zusätzliche Kraft auf die Achse wirkt.
Eine typische Aufhängung 17 mit nachfolgendem Arm ist in dieser Beziehung in den Fig. 5. 6 und 8 gezeigt. Sie besteht aus einer Aufhängungshalterung 41, die drehbar bei 46 an einem nachfolgenden Armträger 42 befestigt ist, der an einem Ende durch eine Halterung 41 und an dem anderen Ende durch eine Luftfeder 43 gestützt ist. Der Träger 42 hat ein Mittel zur starren Befestigung 44 an der Achse 7. Die Aufhängung 17 enthält weiterhin einen typischen Bremsbetätigungsmechanismus 19, der eine Bremskammer 27 besitzt, einen Stab 29 und einen S-Nocken 37, ein S-Nockenlager 37A und einen Einrichter 45 für das Spiel. Mit dieser Ausführung besitzt die Luftfeder 43 eine sehr geringe Federkonstante (d. h. Kraft pro Auslenkung) und trägt deshalb zum Widerstand gegen das Drehmoment M bei. Die Kraft S wird, wie in Fig. 2 dargestellt, im wesentlichen in die Aufhängungshalterung 41, dann in ein Ende des Trägers 42 nach Art des nachfolgenden Arms, durch die starre Achsverbindung 44 und in die Achse 7 übertragen. Die resultierenden Kräfte in die Achse 7 sind eine vertikale Kraft entsprechend S und eine Torsionskraft T, die gleich der vertikalen Kraft S multipliziert mit der Trägerlänge L (d. h.: T = S * L) ist.
Weiterhin wirkt die Achse als ein Trägerelement, das die vertikalen Lasten aufnimmt, die von den Rädern durch die Achse und die Aufhängung in den Fahrzeugrahmen übertragen werden. Diese Lasten erzeugen in der Achse ein Biegemoment, wobei der untere Teil der Achse eine Zugspannung erhält und der obere Teil der Achse eine Druckspannung. Eine Schweißstelle auf der Oberfläche stellt bei Zugbeanspruchung eine Quelle für eine die Lebensdauer der Achse reduzierende Spannungsüberhöhung da.
Nun wird Bezug genommen auf Fig. 6, die die vollständige Aufhängung 17 von der Art des nachfolgenden Arms mit Rädern 5 und einer daran befestigten Achse 7 zeigt (der Bremsbetätigungsmechanismus 19, der in Fig. 5 abgebildet ist, ist hier nicht gezeigt).
Fig. 6 zeigt die Achse 7 mit daran befestigten, nachfolgenden Armträgern 42 und ihren auf die Achse 7 resultierenden Kräften. Die vertikale Last S ist für alle Aufhängungen ähnlich, aber dieser Typ von Aufhängungen 17 mit führendem oder nachfolgendem Arm fügt eine zusätzliche Torsionskraft T auf die Achse hinzu. Es ist diese Torsionskraft, die ein besonderes Spannungsproblem verursacht, das bei der Entwicklung von Aufhängungen mit führendem oder nachfolgendem Arm gelöst werden muß.
Während die Aufhängungen, die in den US-Patenten Nr. 4 166 640 und 5 037 126 offenbart sind, dieses besondere Problem in den Griff bekommen haben, löst es die vorliegende Erfindung in einer einzigartigen und höchst vorteilhaften Art und Weise, wobei eine weitere Verbesserung auf der Basis der grundlegenden bahnbrechenden Erfindung des '640er Patents bereitgestellt wird. In diesem Zusammenhang sollte daran erinnert werden, wie in Fig. 7 dargestellt, daß die Kräfte, die auf eine Aufhängung und damit auch auf die Achse wirken, dieselben sind bei einer Leistungsaufnahme durch ein einzelnes Rad (z. B. wenn ein Doppelrad, wie dargestellt, durch eine Kurve C läuft oder wenn ein Doppelrad in ein Schlagloch fährt), wie auch im Fall einer Kurvenfahrt des Anhängers, wie oben im Hinblick auf Fig. 1 bis 6 beschrieben.
Fig. 5 zeigt eine Ausbildung der Erfindung, die in der oben genannten US-Patentschrift Nr. 5 037 126 offenbart und beansprucht ist. In dieser Aufhängung werden, wie es auch im Stand der Technik weit verbreitet ist, U-Bügel 39 benutzt, um die durchgeleiteten Torsionskräfte T, die durch die Aufhängung mit nachfolgendem Arm verursacht werden, in der Achse zu verteilen. In dem '126er Patent wird auch eine starre, geschweißte Achs-/Träger-Verbindung genutzt. Es werden relativ dicke Achsen verwendet und durch ein richtige Konstruktion nimmt dann die Achse die Torsionsbelastung T sicher auf. Nichtsdestoweniger sind U-Bügel oder ähnliche Teile notwendig und die Achse muß stark genug (z. B. schwer) ausgebildet sein, um diese Kräfte aufnehmen zu können.
Man hat nun festgestellt, daß praktisch alle vorhergehenden, kommerziell akzeptablen Ausführungen einer Aufhängung mit führendem oder nachfolgendem Träger, sowohl des '126er Patents wie auch anderer, oben in den Zitaten dargestellter Arten durch ihre Konstruktion, die ermöglicht, daß die Achse Torsionsbelastungen T aufnehmen kann, gleichzeitig bewirken, daß die Achse ihre Umfangsform (d. h. ihre Querschnittsform) verläßt (z. B. in eine unrunde Form, wenn die Achse zylindrisch ist, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt). Dies wird durch das Angreifen von Torsionskräften an zwei Punkten M und N (Fig. 5) lediglich rund um den Achsumfang bewirkt. Die U-Bügel, die in vorhergehenden, bevorzugten Konstruktionen eingesetzt wurden, dienen dem Zweck, diese Änderung der Querschnittsform stark zu minimieren. Würde man dies nicht machen, könnten sonst unakzeptable Spannungsüberhöhungen an dem Punkt der Behinderung (z. B. an der Schweißstelle der Achse mit den Trägern) entstehen. Deshalb sind in den akzeptabelsten bekannten Konstruktionen von der Art des führenden oder nachfolgenden Trägers die U-Bügel das bevorzugte Mittel, um die Lebensdauer der Aufhängung und der Achse zu verbessern. Das Europäische Patent EP 458 665 offenbart eine Fahrzeugaufhängung, bei der eine verformbare Achse mit den ersten Enden von parallelen Trägern verbunden ist, welche zweite Enden besitzen, die drehbar an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind. Diese Aufhängung enthält ebenfalls ein Paar Spiralfedern, von denen jede zwischen dem Träger und der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
Unter Berücksichtigung des oben Beschriebenen wird deutlich, daß eine beträchtliche und langexistierende Notwendigkeit für eine neue Aufhängung mit führendem oder nachfolgendem Träger besteht, die alle Vorteile der Ausbildungen des Standes der Technik beinhaltet, jedoch die Notwendigkeit umgeht, U-Bügel zu verwenden, wobei gleichzeitig keine Spannungsüberhöhungen an der Achs-/Träger-Verbindung aufgrund von Torsions- und Biegekräften entstehen sollen. Es ist Aufgabe dieser Erfindung, diesen Nachteil im Stand der Technik zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Achse an der Achs-/Träger-Verbindung wirkungsvoll mit einer starren Verbindung im wesentlichen 360º um ihren Umfang zu umgeben, wobei insbesondere verhindert wird, daß die Achse aus ihrer durch die Herstellung erhaltenen Querschnittsform (z. B. Verhinderung des Auftretens von Unrundungen bei zylindrischer Achse) heraus verspannt wird und die Notwendigkeit von U-Bügel in einer Aufhängung mit führendem oder nachfolgendem Tragarm beseitigt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Achsaufhängungssystem für Fahrzeuge mit Rädern vorgeschlagen, wie in Anspruch 1 beansprucht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für ein von Biege- und Torsionskräften beaufschlagtes Trägertyp-Achsaufhängungssystem ein Mittel zur starren Verbindung der Achse mit dem Träger bereitgestellt, das in dem Träger eine Öffnung mit einem grösseren Durchmesser aber im wesentlichen gleicher Querschnittsform wie die der Achse enthält, wodurch die Achse mit einer starr daran befestigten Muffe hindurchgleiten gelassen oder gepreßt wird. Der Träger ist dann starr mit der Muffe verbunden. Die Muffe kann mit Fenstern versehen sein, an denen die starren Verbindungen mit der Achse hergestellt werden können. Diese Öffnungen beseitigen die Notwendigkeit, die Achse entlang der Fläche mit der maximalen Zugspannung, nämlich der unteren Fläche der Achse, zu schweißen. Die Spannungen entstehen aufgrund des Biegemoments, das durch die vertikalen Lasten, die von den Rädern durch die Achsaufhängung in die Fahrzeugkarosserie übertragen werden, entsteht. Das oben beschriebene Vorgehen maximiert die Lebensdauer der Achse bei Biegebeanspruchung dadurch, daß potentielle Spannungsüberhöhungen auf der Fläche mit maximaler Zugbeanspruchung beseitigt werden.
In bestimmten, vorteilhaften Ausführungsformen dieser Erfindung kann jede der oben beschriebenen starren Achs/Träger-Verbindungskonzepte mit dem obigen Bremskomponenten-Anordnungskonzept in einer einzigen Aufhängung verbunden werden. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist darüberhinaus die Drehverbindung von Träger-/Achs-Aufhängungen in Übereinstimmung mit dem US-Patent Nr. 4 16 6 640 (Fig. 5, 6 und 8 daraus und entsprechende Beschreibung) konstruiert. Die vollständige Offenbarung dieses Patents wird hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
Die Erfindung wird nun unter Berücksichtigung bestimmter Ausführungsformen, wie in den begleitenden Figuren dargestellt, beschrieben, wobei:

in den Zeichnungen

Fig. 1 eine schematische Rückansicht eines typischen Anhängers ist, an dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann,
Fig. 2 eine schematische Rück-Teilansicht von Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine Seiten-Teilansicht einer typischen, bekannten Aufhängung ist,
Fig. 4 eine Seiten-Teilansicht einer anderen typischen, bekannten Aufhängung ist,
Fig. 5 eine Seiten-Teilansicht einer Ausführungsform einer Aufhängung entsprechend US-Patent Nr. 5 037 126 ist,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer vollstän digen Aufhängung mit Rädern und Achse der Aufhängung in Fig. 5 ist,
Fig. 7 eine schematische Rückansicht eines Anhängers aus Fig. 1 ist, wobei sich die linken Doppelreifen oben auf einer Kurve befinden,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Aufhängung aus Fig. 6 ist, wobei die Bremsenkammer, der S- Nocken und die Einrichter für das Spiel an der Achse montiert sind,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 10 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform aus Fig. 9 ist,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 12 eine Explosionsdarstellung dieser Ausführungsform aus Fig. 11 ist,
Fig. 13 eine Seitenansicht der Ausführungsform entweder der Fig. 9 oder der Fig. 10 ist,
Fig. 14 eine Einzeldarstellung einer Achse und einer Muffe ist, die in der Ausführungsform der Fig. 11 und 12 gezeigt sind,
Fig. 15 eine Seiten-Teilansicht der Ausführungsform der Fig. 11 und 12 ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Eine erste Ausführungsform dieser Erfindung ist in den Fig. 9 und 10 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist für jede Seite des Fahrzeugs von jedem der Elemente ein Paar gezeigt (außer von der Achse 7), um eine vollständige Aufhängung darzustellen. Eine Seite der Aufhängung ist jeweils in konventioneller Art mit einem Teil des Paares longitudinaler Rahmenschienen des Fahrzeugs (z. B. Rahmenschienen 9 in Anhänger 1, Fig. 1) verbunden.
Diese Erfindung findet einen weiten Anwendungsbereich bei einer Vielzahl von Fahrzeugen. Es wird in diesem Zusammenhang so verstanden, daß jede Aufhängungsumgebung, die die oben beschriebenen Probleme besitzt und bei der diese Erfindung benutzt werden kann, um diese Probleme zu lösen, als im Umfang dieser Erfindung liegend betrachtet wird. Wie bereits gesagt, sind diese Probleme insbesondere bei den Aufhängungen nach Art des führenden oder nachfolgenden Trägers (starr oder flexibel) offensichtlich, und deshalb findet diese Erfindung in solch einer Umgebung eine besondere und vorteilhafte Anwendbarkeit. Ein besonders vorteilhafter Gebrauch liegt in diesem Zusammenhang in der Schwerlastwagen- und Anhängerindustrie z. B. in Anlagen bekannt als "18- Rädrige".
In weiterem Bezug auf die Fig. 9 und 10 beinhaltet die dargestellte Aufhängung Hängehalterungen 55 mit daran an einem Ende befestigten Stoßdämpfern 57. Das andere Ende des Stoßdämpfers 57 ist an der Seite des starren Trägers 59 befestigt. Der starre Träger 59 ist wiederum drehbar und federnd an einem Ende an dem Hänger 55 durch eine Drehanordnung 61 befestigt, die ein Bügelmittel 62 und ein federndes Hülsenteil 63 beinhaltet. Das federnde Hülsenteil 63 hat Öffnungen 65 an seinem Endteil, wie in dem US-Patent Nr. 4 166 640 dargestellt und beschrieben. In der Tat ist die gesamte Drehanordnung 61, die die federnde Hülse 63 enthält, vorzugsweise so ausgebildet, wie in der oben genannten US-Patentanmeldung Nr. 4 166 640 dargestellt.
In den Seitenwänden des Trägers 59 liegen in der Mitte der Enden des Trägers 59 achsbegrenzende Öffnungen 67. Die Öffnungen 67 sind offensichtlich im Querschnitt nur ein wenig größer als die Achse 7, so daß die Achse 7 hindurchgleitet oder hindurchgepreßt wird. Die Querschnittsform der Öffnungen 67 entsprechen in diesem Zusammenhang denen der Achse 7. So sind, wie gezeigt, die Öffnungen 67 rund, weil die Achse 7 zylindrisch ist. Wenn die Achse 7 rechteckig wäre, dann besäßen die Öffnungen 67 eine entsprechend rechteckige Form usw.
Mittels der Anordnung der Achse 7 durch die Öffnungen 67 ist die Achse 7 durch den Träger 59 beschränkt, wie gezeigt. Nach Fig. 13 kann die Achse 7 dann dadurch starr an dem Träger 59 befestigt werden, daß beide lediglich mit einer durchge henden 360º-Schweißung 105 um die Öffnung-/Achsen-Kontaktfläche zur Beseitigung von Spannungsspitzen infolge von Unregelmäßigkeiten zusammengeschweißt werden. Die Achse 7 ist dabei wegen des passenden konstruktiven Entwurfs relativ dick, um die Torsionslasten sicher zu tragen. Weiterhin minimiert die dicke Achse die Auswirkungen von Spannungsüberhöhungen aufgrund des Schweißens, insbesondere entlang der unteren Oberfläche (Fläche Z gezeigt in Fig. 13), die einer Zugbeanspruchung ausgesetzt ist aufgrund des Biegemoments, das durch die vertikalen Belastungen entsteht, die von den Rädern durch das Achsaufhängungssystem bis zum Fahrzeugrahmen übertragen werden. Bei einer solchen Konstruktion können die Torsionskräfte die Achse 7 nicht wesentlich unrund belasten, und Spannungsüberhöhungen, die in der Achse sonst auftreten, werden eliminiert. Darüberhinaus gibt es keine Notwendigkeit für teure, schwere und wartungsbedürftige U-Bügel, um die Achse mit dem Träger zu verbinden. Hierdurch ist eine grundlegende Notwendigkeit zur Verbesserung im Stand der Technik erfüllt.
Am oberen Teil der Träger sind Luftbälge 69 konventioneller Konstruktion mittels Bügel befestigt. Zusätzlich zur Bereitstellung einer luftgefederten Aufhängung dienen sie in der bekannten Ausführung als die andere Verbindung des Trägers mit den Rahmenschienen des Fahrzeugs (ebenfalls in der bekannten Ausführung). Die Luftbälge 69 können von jeglicher konventioneller Art sein und an verschiedenen Stellen oberhalb oder unterhalb der Achslinie liegen, in Übereinstimmung mit bekannten Kriterien für die Fahrhöhe usw.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 11, 12,14 und 15 gezeigt. Die hierin verwendeten Elemente, dieselben wie in den Fig. 9 und 10, sind ähnlich numeriert. In dieser Ausführung wird wiederum ein Paar von jedem Element (außer der Achse 7) für jede Seite des Fahrzeugs gezeigt, um eine vollständige Aufhängung darzustellen. Eine Seite der Aufhängung ist in üblicher Weise an jeweils einem Teil des Paars der longitudinalen Rahmenschienen des Fahrzeugs (z. B. Rahmenschiene 9 in Anhänger 1 der Fig. 1) befestigt.
Bezugnehmend auf Fig. 11 und 12 enthält die dargestellte Aufhängung Hängehalterungen 55 mit daran an einem Ende befestigten Stoßdämpfern 57. Die anderen Enden der Stoßdämpfer 57 sind an der Seite des starren Trägers 59 befestigt. Der starre Träger 59 ist wiederum drehbar und federnd an einem Ende an der Hängehalterung 55 durch eine Drehanordnung 61 befestigt, die ein Bügelmittel 62 und federnde Hülsenteile 63 enthält. Das federnde Hülsenteil 63 hat Öffnungen 65 an seinem Endteil, wie in US-Patent Nr. 4 166 640 gezeigt und beschrieben. Tatsächlich ist die gesamte Drehanordnung 61, die die federnde Hülse 63 enthält, vorzugsweise die, die in der oben genannten US-Patentschrift Nr. 4 166 640 offenbart ist.
Zwischen den Enden des Trägers 59 besitzt die Anordnung in ihren Seitenwänden achsbeschränkende Öffnungen 67. Deutlich erkennbar und im Unterschied zu früheren Ausführungsformen (dargestellt in Fig. 9-10) besitzen die Öffnungen 67 einen größeren Querschnitt als die Achse 7, so daß die Muffe 89, die einer vereinfachten Herstellung halber aus einer oberen Hälfte 91 und einer unteren Hälfte 95 gemacht sein kann, hindurchpaßt. Die Muffe 89 verstärkt die Achse 7 und wird überall dort benutzt, wo voraussichtlich von der Aufhängung während des Gebrauchs schwerere Lasten getragen oder ausgehalten werden sollen.
Wie in Fig. 14 am besten dargestellt, ist die Muffe 89 an der Achse 7 durch Schweißen, Hartlöten, übliches Löten oder eine Adhäsionsverbindung befestigt. Im bevorzugten Fall des Schweißens muß darauf geachtet werden, daß die Muffe nicht in Bereichen hoher Biegespannungen der Achse an der Achse befestigt wird, z. B. entlang der Fläche der Achse nahe an der Stirnfläche 97 der Muffe. In der bevorzugten Ausführungsform sind deshalb im oberen Muffenteil 91 und unteren Muffenteil 95 entlang einer Linie durch die Muffe parallel zu der longitudinalen Achse des Fahrzeugs Fenster 93 vorgesehen zum Anschweißen an der Achse 7 vor und hinter der Achse 7 (siehe Fig. 12). Bezugnehmend auf Fig. 15 beseitigt dies die Notwendigkeit des Schweißens entlang der unteren Oberfläche, die dem Bereich Y der Achse entspricht, welches der Bereich ist, der aufgrund der Biegekräfte in maximale Zugspannung versetzt wird. Fig. 14 zeigt eine Einzelansicht der Achse 7 mit der daran durch Schweißen 101 entlang der Ecken der Fenster 93 starr angeordneten Muffe 89. Die Schweißung ist vorzugsweise durchgehend ausgeführt, wodurch alle Spannungsüberhöhungen durch Unterbrechnung der Schweißnaht verhindert werden. An der Zwischenfläche zwischen der oberen Hälfte 91 und der unteren Hälfte 95 der Muffe 89 kann eine optionale Schweißung 103 gemacht werden. Es muß auch berücksichtigt werden, entsprechend Fig. 14 und insbesondere Fig. 15, daß die Muffe 89 auf ihrer gesamten inneren Oberfläche und gesamten Länge mit der äußeren Oberfläche der Achse 7 in einem engen Kontakt steht. Wie herausgefunden wurde, maximiert ein derartiger Kontakt die Lebensdauer der Achse. Dadurch, daß man die Muffe 89 aus zwei Hälften herstellt, kann die enge Passung der Muffe 89 in vollem Kontakt mit der Achse 7, wie beschrieben, einfach so erreicht werden, daß man Techniken wie z. B. Preßpassen der beiden Hälften anwendet. Eine Schrumpfpassung kann bei Anwendung einer einzelnen runden Muffe, falls gewünscht, ebenfalls angewandt werden.
Wenn die Muffe 89 starr an der Achse 7 befestigt ist, wie oben beschrieben, werden die Achse und die Muffe durch die Öffnung 67 des Trägers 59 hindurchgleiten gelassen oder hindurch gepreßt. Bezugnehmend auf Fig. 15 ist die Muffe 89 dann an dem Träger 59 durch 360º-Schweißung 107 um die Kontaktfläche Öffnung/Muffe der Muffe an dem Träger gut befestigt. Durch eine derartige Konstruktion ist die Möglichkeit der Entstehung von ansonsten auftretenden Spannungsüberhöhungen in der Achse praktisch ausgeschlossen, die Lebensdauer der Achse ist dadurch maximiert, daß an der unteren Oberfläche (Bereich Y der Fig. 15) nicht geschweißt wird, dem Bereich der Achse, der in maximale Zugbelastung versetzt wird aufgrund von Biegemomenten, verursacht durch die vertikale, von den Rädern durch die Achse und die Aufhängung zum Fahrzeugrahmen übertragene Belastung, und Torsionskräfte können die Achse 7 nicht wesentlich von ihrer runden Form abweichend spannungsmäßig belasten.
Weiterhin sind, wie in der Ausführungsform der Fig. 9 und 10 dargestellt, konventionelle Luftbälge 69 mit Bügel an dem oberen Teil des Trägers 59 befestigt, wodurch eine luftgefederte Aufhängung bereitgestellt wird und sie als die andere Verbindung des Trägers zu den Rahmenschienen des Fahrzeugs (alle im bekannten Stand der Technik) dient. Die Luftbälge 69 können jede konventionelle Bauweise besitzen und an verschiedenen Plätzen oberhalb oder unterhalb der Achslinie, in Übereinstimmung mit den bekannten Kriterien der Fahrhöhe, angebracht sein usw.
Aufgrund der oben genannten Offenbarung können sich dem Fachmann vielerlei Eigenschaften, Modifikationen und Verbesserungen eröffnen. Derartige Eigenschaften, Modifikationen und Verbesserungen werden deshalb als Teil dieser Erfindung angesehen, deren Inhalt durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

1. Achstragendes Aufhängungssystem nach Art eines führenden oder nachfolgenden Trägers für ein Fahrzeug mit Rädern, worin äußere Kräfte, die auf das Fahrzeug einwirken, an dem das Aufhängungssystem befestigt ist, in Torsionskräften resultieren, die auf die Achse (7) derart einwirken, daß ein Teil der Achse druckbeansprucht und ein Teil der Achse zugbeansprucht wird, so daß die Querschnittsform der Achse geändert wird, wobei das Aufhängungssystem ein Paar Längsträger (59) enthält, von denen jeweils einer nahe jeder Seite des Fahrzeugs liegt und jeder von dem anderen beabstandet angeordnet ist, wobei jeder Träger (59) ein Paar Seitenwände enthält, die sich im wesentlichen in vertikaler Richtung relativ zum Fahrzeug erstrecken, wobei die Achse (7) einer hohlen Querschnittsform hat und sich über im wesentlichen die gesamte Breite des Fahrzeugs erstreckt und an jedem Ende mindestens ein Rad besitzt, einen pneumatischen Balg (69), der an jedem der Träger (59) angeordnet ist, eine Hängehalterung (55) zur Verbindung des Trägers (59) mit einem Rahmenteil des Fahrzeugs, die an einem Ende jedes Trägers (59) angeordnet ist, Mittel zur starren Verbindung der Achse mit jedem der Träger und eine Drehverbindung (61) enthält, um den Träger mit der Hängehalterung federnd zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur starren Verbindung der Achse mit dem Träger ein Mittel zur Verhinderung der Änderung der Querschnittsform der Achse (7) beinhaltet, welches eine berandete Öffnung (67) in jeder der Seitenwände jedes der Träger (59) umfaßt, durch die sich die Achse (7) erstreckt und die die Achse (7) umgibt, wobei sich die Achse (7) vollständig durch und über jede der Öffnungen (67) hinaus erstreckt, und die Wände der Öffnung (67) die Achse (7) umgeben und kontaktieren und an der Achse (7) über im wesentlichen den gesamten Umfang der Achse (7) befestigt sind, wodurch verhindert wird, daß die Querschnittsform der Achse eine von der unveränderten Form wesentlich verschiedene Querschnittsform annimmt, wenn die Torsionskräfte an der Achse angreifen.

2. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Drehverbindung (61) zur federnden Verbindung des Trägers mit der Hängehalterung (55) ein elastisches Mittel enthält, das trägerseitig einen anderes Auslenkungsmaß als halterungsseitig aufweist, wobei das elastische Mittel von dem Achsverbindungsmittel (7) mit Zwischenraum beabstandet im Weg der Gelenkkräfte zwischen dem Träger und der Hängehalterung angeordnet ist und ausreichend federt, um betriebsbedingte Auslenkungen in Reaktion auf die Gelenkkräfte zu erlauben, und gleichzeitig eine longitudinale Bewegung ausreichend einschränkt, um den Abstand zwischen der Hängehalterung (55) und dem Achsverbindungsmittel im wesentlichen konstant zu halten.

3. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 2, bei dem das elastische Mittel angrenzend an die Hängehalterung sitzt.

4. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 3, bei dem das elastische Mittel in vertikaler Richtung eine andere Federkonstante als in horizontaler Richtung hat.

5. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 4, bei dem die halterungsseitige Auslenkung des elastischen Mittels größer ist als die trägerseitige und die Federkonstante in der vertikalen Richtung kleiner ist als in der horizontalen.

6. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 5, bei dem die Drehverbindung (61) zur federnden Verbindung der Hängehalterung und des Trägers einen Haltestift quer zur Richtung des Längsträgers (59) enthält, der mit der Hängehalterung (55) verbunden ist, einen röhrenförmigen Metallzylinder, in dem der Stift drehfest gelagert ist, und bei dem das elastische Mittel ein elastisches, röhrenförmiges Element enthält, dessen innere Oberfläche fest an dem Metallzylinder derart gehalten ist, daß im wesentlichen jede Drehbewegung um den Stift innerhalb des elastischen Elements liegt.

7. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Drehverbindung (61) zur federnden Verbindung der Hängehalterung und des Trägers eine an der Hängehalterung (55) befestigte Drehverbindung enthält und das elastische Mittel ein Element umfaßt, das trägerseitig einen anderen Grad von Auslenkung wie halterungsseitig besitzt.

8. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Hängehalterung (55) zwei transversal ausgedehnte Platten und die Drehverbindung (61) umfaßt, die zur federnden Verbindung des Trägers und der Hängehalterung einen Haltestift enthält, der sich zwischen den Platten erstreckt und mit diesen verbunden ist, wobei sich das Elastomerelement um den Stift herum erstreckt und eine Röhrenform besitzt und das Element relativ zu dem Stift fest gehalten wird, so daß im wesentlichen jede Drehbewegung um den Stift innerhalb des Elastomerelements liegt.

9. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 8, bei dem das röhrenförmige Elastomerelement dickwandig ist und die Oberfläche jeder Wand an jedem Ende des Elements mit wenigstens einer Aushöhlung versehen ist, dazu geeignet, in diesem Element trägerseitig einen geringeres Auslenkungsmaß als halterungsseitig zu gewährleisten.

10. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 9, bei dem in jeder Stirnfläche des Elastomerelements zwei Aushöhlungen (65) in einem vertikalen Abstand von dem Haltestift angeordnet sind, wodurch halterungsseitig ein größeres Auslenkungsmaß als trägerseitig und eine Federkonstante, die in der horizontalen Richtung größer ist als in der vertikalen Richtung gewährleistet wird.

11. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (67) in dem Träger im wesentlichen diegleiche Größe und Form besitzt wie die Achse (7) und die starre Befestigung der Achse (7) an dem Träger durch Schweißen erzeugt ist.

12. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 1, bei dem die starre Befestigung der Achse an dem Träger mittels über 360º um den Umfang der Achse durchgehenden Schweißens erzeugt ist.

13. Achstragendes Aufhängungssystem nach Art eines führenden oder nachfolgenden Trägers für Fahrzeuge mit Rädern nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zur starren Verbindung der Achse (7) mit dem Träger eine Öffnung (67) an jeder Seitenwand jedes Trägers (59) enthält, durch die die Achse (7) verläuft und die die Achse (7) im wesentlichen umgibt und daran starr befestigt ist, und weiterhin ein starr an der Achse (7) befestigtes und diese im wesentlichen umgebendes Muffenmittel (89) enthält und wobei die Öffnung (67) in dem Träger (59) das Muffenmittel (89) im wesentlichen umgibt und starr daran befestigt ist, wobei die Achse (7) vollständig durch und über jede der Öffnungen (62) und das Muffenmittel (89) hinaus verläuft, wodurch verhindert wird, daß die Achsquerschnittsform eine Querschnittsform annimmt, die von der ungeänderten Form wesentlich verschieden ist, wenn die Torsionskräfte an der Achse angreifen.

14. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 13, bei dem das Muffenmittel weiterhin ein Fenstermittel (93) enthält, das eine Kante zum Verschweißen (101) der Muffe (89) mit der Achse (7) enthält, so daß es, wenn die Achse (7) mit der Muffe (89) durch Schweißen entlang der Kante und keiner anderen verbunden ist, keine Schweißnaht an einer Stelle gibt, an der die Achse (7) einer maximalen Zugspannung durch betriebsbedingte Biegekräfte ausgesetzt ist.

15. Achsaufhängungssystem nach Anspruch 13, bei dem die Schweißnaht (101) durchgehend ist.