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Pendelhinterachse für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Pendelhinterachse für Kraftfahrzeuge, mit zwei tiefer als die Radachsen liegenden Gelenkpunkten für die Pendelhalbachsen, die mittels eines mit einer verschiebbaren Nabe versehenen Kreuzgelenkes angetrieben und in einem unter dem Mittelpunkt des Kreuzgelenkes am Hinterachsgetriebegehäuse pendelnd angelenkten Tragrohr gelagert sind.
Die bisher bekanntgewordenen Pendelhinterachsen, wie sie insbesondere bei Heckmotorfahrzeugen Verwendung finden, weisen neben ihren Vorteilen auch Nachteile auf. Zu den Vorteilen ist das geringe unabgefederte Gewicht zu rechnen, das insbesondere bei kleineren Fahrzeugen die Federung und Kurvenstabilität günstig beeinflusst. Nachteilig ist die Spuränderung beim Durchfedern. Diese Spur änderung der Reifen bewirkt eine Querverschiebung der Reifen auf der Fahrbahn, was zu einem verhältnismässig schnellen Verschleiss der Bereifung führt. Je kürzer die Halbachse, d. i. je schmäler die Spur desto grösser die Spuränderung beim Durchfedern. Durch tiefere Anordnung des Drehpunktes, um den die Halbachse pendelt, verringert sich die Spuränderung, wodurch auch der Nachteil eines erhöhten Reifenverschleisses behoben wird.
Bei den modernen Fahrzeugkonstruktionen zeigt sich die Tendenz, den Pendeldrehpunkt der Halbachse so tief als möglich anzuordnen, nachdem dadurch die erwähnte Verringerung der Spuränderung erreicht wird. Es sind auch bereits verschiedene Pendelhinterachssysteme für Kraftfahrzeuge mit tiefgelegten Drehpunkten vorgeschlagen worden, wobei das die Achshalbwelle umfassende Tragrohr mittels einer an seinem Ende angebrachten Stütze am Achsgetriebegehäuse angelenkt ist. Die Nachteile solcher bekannter Ausführungen liegen vor allem darin, dass die Halbachsen mit einem einzigen gemeinsamen, in einem Gummifutter gelagerten Zapfen pendelnd angeordnet sind, der sich unter dem Achsgetriebegehäuse befindet und der somit die Bodenfreiheit des Fahrzeuges vermindert.
Da die erforderliche Bodenfreiheit aufrecht erhalten werden muss, ist die Tieflegung der Pendeldrehpunkte nur in einem beschränkten Ausmass möglich, so dass auch die Verringerung der Spuränderung und die dadurch bedingte Verringerung des Reifenverschleisses stark begrenzt sind.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Pendelhinterachse, welche die aufgezeigten Mängel vermeidet. Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass für die Anlenkung jedes Tragrohres am Gehäuse des Hinterachsgetriebes am Ende des Tragrohres eine drehbare Stütze angebracht ist, die eine Stützpratze mit einer unterseitigen Hohlkugelstützfläche besitzt, die auf einer äusseren kugelförmigen Fläche einer am Hinterachsgetriebegehäuse befestigten Stützschale aufsitzt und mit einer durch die in der Stützschale vorgesehene Ovalöffnung gehenden Halteschraube, die einen mit einer kugelförmigen Fläche versehenen Kopf aufweist, der auf einer inneren kugelförmigen Fläche der Stützschale aufsitzt, versehen ist, wobei sämtliche kugelförmigen Flächen einen gemeinsamen,
unter dem Mittelpunkt des Kreuzgelenkes in der Vertikalebene durch die Pendelachse liegenden Krümmungsmittelpunkt haben und dass zwei Anschlagschrauben zur beiderseitigen Abstützung der Stütze in Fahrzeuglängsrichtung vorgesehen sind.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist zwecks Verhinderung der Axialbewegung der Nabe des Kreuzgelenkes beim Durchfedern des Rades die Nabe des Achswellenkegelrades, die mit axialen Aussparungen für die Gleitsteine der Kreuzgelenkzapfen versehen ist, in zwei sie umhüllenden, ringförmigen Buchsen gelagert, deren zueinander gekehrte und eventuell sich berührende Stirnflächen zu beiden Seiten der durch den Kreuzgelenkmittelpunkt gehenden senkrechten Querebene liegen, wobei beide Buchsen mit kugelför-
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miger Aussparung einen gemeinsamen, durch den Kreuzgelenkmittelpunkt gehenden Durchmesser aufwei- sen, der ungefähr gleich ist der äusseren, ebenfalls zum Kreuzgelenkmittelpunkt konzentrischen Kugel- fläche der Kreuzgelenkzapfen und vorzugsweise auch der Gleitsteine.
Nacheinem andern Erfindungsmerk- mal sind die Hohlkugelstützflächen an der Innenseite der Seitendeckeln des Hinterachsgetriebegehäuses befestigt, wobei sie sich im Ölsumpf befinden, mit dem das Hinterachsgetriebegehäuse gefüllt ist. Dabei können die Seitendeckel in bekannter Weise mit am Achsrohr dichtend anliegenden Gummimanschetten versehen sein.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung darge- stellt sind, näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der bekannten Pendelhin- terachsen mit normal-und tiefgelegten Drehpunkten : Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemässen beispielsweisen Anordnung der Hinterachse im Aufriss ; Fig. 3 einen Grundriss der erfindung- gemässen Hinterachse ; Fig. 4 einen teilweisen Aufrissschnitt der erfindungsgem ssen Hinterachse ;.
Fig. 5 eine
Seitenansicht zu Fig. 4 im Schnitt und eine Ansicht der kugelförmigen Abstützung und deren seitenführung in der Achse ; Fig. 6 eine schematische Darstellung der Lageverstellung des tiefgelegten Drehpunktes in
Abhängigkeit von der Lage der kugelförmigen Stützfläche. Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Kreuzge- lenk mit dem Mittelpunkt S im vergrösserten Massstab und Fig. 8 eine Draufsicht auf das Kreuzgelenk.
Zur Klarlegung der Probleme und der Zweckmässigkeit der Hinterachsausführungenmit tiefgelegtem
Pendeldrehpunkt ist zunächst in Fig. 1 eine Pendelhalbachse mit normalem Drehpunkt veranschaulicht, wo der Aufstandspunkt des Rades bei der Bewegung beim Durchfedern eine Kurvenbahn a beschreibt. Bei der
Pendelhalbachse mit tiefgelegtem Drehpunkt wird eine Kurvenbahn b beschrieben. Der Unterschied zwi- schen den Kurvenbahnen a und b stellt den Vorteil der Pendelhalbachse mit tiefgelegtem Drehpunkt dar.
Die weiteren Fig. 2 - 5 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgem ssen Pendelhinter- achse mit tiefgelegtem Drehpunkt. In einem Achsgetriebegehäuse 1 mit Seitendeckeln 19 ist ein übliches Ausgleichsgetriebe angeordnet, dessen Tellerrad 2 an einem in Kugellagern 4 gelagerten Ausgleichgehäuse 3 befestigt ist. Im Ausgleichgehäuse 3 sind zwei Büchsen 5, 6 eingesetzt, die mit einer mit dem Zentrum S des Kreuzgelenkes gleichen Mittelpunkt besitzenden kugelzonenförmigen Aussparung versehen sind. Der Durchmesser dieser Aussparung ist grösser als der Innendurchmesser des zylindrischen Teiles der Buchse und verhindert deshalb beim Durchfedern der Halbachsen Bewegungen der Gleitsteine 7 des Kreuzgelenkes in Richtung der Achswelle.
Die Gleitsteine 7 sind in schlitzförmigen Aussparungen der Achswellenkegelräder 8 verschieblich gelagert und übertragen die Antriebskraft mit Hilfe von zylinderförmigen Bolzen 9, die mit einer Keilnabe 10 des Kreuzgelenkes verbunden sind. In die Keilnabe 10 greift das Ende einer Achswelle 11 ein, das mit verhältnismässig langen Keilnuten zwecks Herabsetzung der spezifischen Drücke versehen ist. Die Achswelle 11 lagert mit dem einen Ende in der Keilnabe 10 und mit dem andern Ende in einem, in einer Nabe 26 eines Tragrohres 12 der Hinterachshalbwelle befestigten Pendelkugellager 23 (Fig. 2). Die Antriebs-Schubkräfte und die Bremskräfte werden von je einem Lenker 24 aufgenommen, an dessen verlängertem Ende hinter der Halbachse eine Schraubenfeder 25 angebracht ist.
Die auf das Rad wirkenden Seitenkräfte werden von dem Tragrohr 12 aufgenommen, das an seinem inneren Ende mit einem Ansatz 13 versehen ist, auf dem die Stütze 14, die unter der Gelenkwellenachse eine kugelförmige Fläche trägt, deren Mittelpunkt B unter dem Mittelpunkt S de ? Kreuzgelenkes liegt, drehbar gelagert ist. Diese kugelförmige Stützfläche bewegt sich beim Durchfedern auf der äusseren kugelförmigen Fläche einer Stützschale 16. Diese hat eine Ovalöffnung, die von einer Halteschraube 27 durchsetzt ist, deren Kopf mit einer kugelförmigen, an der inneren kugelförmigen Fläche der Stützschale 16 anliegenden Sitzfläche 17 versehen ist und die in der Stütze 14 befestigt ist.
Die an der Stützschale 16 vorgesehene Öffnung (Fig. 5) erlaubt eine Auf-und Abwärtsbewegung der Stütze 14. Die Stützschale 16 ist auf der schrägen Sitzfläche des Seitendeckels 19 des Hinterachsgetriebegehäuses befestigt. Die auf das Rad nach aussen wirkenden Seitenkräfte werden mittels einer Mutter 18 über eine Stirnberührungsfläche 14a auf die Stütze 14 übertragen. Die Stütze 14 liegt sodann mittels der Halteschraube 27 mit kugelförmiger Sitzfläche 17 an der inneren kugelförmigen Fläche der Stützschale 16 an. Sämtliche kugelförmigen Flächen, die reichlich bemessen sind, um die spezifischen Drücke so klein als möglich zu halten, werden mit dem Öl aus dem.
Achsgetriebegehäuse 1 einwandfrei geschmiert. Gegen Eindringen von Schmutzund Auslaufen von Schmierstoff sind sämtliche kugelförmigen Flächen durch Gummimanschetten 20 geschützt.
Die Funktion der Pendelhinterachse mit einem derart tiefgelegten Drehpunkt beim Durchfedern ist folgende :
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Die Mitte A liegt ebenfalls auf einer kugelförmigen Fläche, deren Mittelpunkt B genau unter der Achse des Kreuzgelenkes S liegt, um die Lageunterschiede der Achswelle 11 und der Achse des Tragrohres 12 beim Durchfedern so niedrig als nur möglich zu halten. Diese geringfügigen Unterschiede zwischen den
Bewegungskurven der Achswelle 11 und des Tragrohres 12, die etwa im Bereich von l, 2bisl, 5mm liegen, werden durch Kippen des Pendellagers 23 ausgeglichen. Infolge der ungleichen Mittelpunkte, um welche die Achswelle 11 und das Tragrohr 12 schwingen, gleitet das mit Keilnuten versehene Ende der Achswel- le 11 in der Kreuzgelenknabe 10.
Um ein Mitreissen der Kreuzgelenknabe 10 infolge der Reibung in der
Achswellenrichtung zu verhindern, ist die Nabe mittels Gleitsteinen 7 mit kugelförmigen Endflächen in- nerhalb der kugelzonenförmigen Aussparung der Buchsen 5,6 form schlüssig geführt. Nachdem sich beim
Durchfedern das mit dem Schublenker 24 festverbundene Tragrohr 12um einen durch die Grösse der Durch- federung und die Länge des Schublenkers 24 gegebenen Winkel verdreht, ist es erforderlich, den Ansatz 13 des Tragrohres 12 in der Öffnung der Stütze 11 drehbar zu lagern. Das Schmieren der Berührungsflächen erfolgt durch das vom Achsgetriebegehäuse 1 ausgespritzte Öl.
Um beim Durchfedern des Rades und beim
Gleiten der kugelförmigen Stützfläche 15 auf der Stützschale 16 Seitenabweichungen der Achse des Trag- rohres 12 gegenüber der Achswelle 11 in Fahrzeuglängsrichtung zu verhindern, ist die Stütze 14 beider- seits mit Führungsflächen 21 versehen (Fig. 5), die sich mit einem geringfügigen Spiel zwischen zwei An- schlagschrauben 22 bewegen. Das erforderliche Spiel ist durch einen im Grundriss durch die Achse der
Achswelle 11 beim unbelasteten Zustand und beim Zustand der vollen Durchfederung bestimmten Winkel gegeben.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Pendelhinterachse mit tiefgelegtem Drehpunkt bestehen darin, dass der Mittelpunkt S des Kreuzgelenkes sich nahe dem Achswellenrad 8 in engster Nähe der Fahrzeug- längsachse befindet, wodurch eine grösstmögliche Länge der schwingenden Halbachse und somit auch eine möglichst geringe Spuränderung beim Durchfedern erreicht wird. Ausserdem ist der tiefgelegte Pendelmit- telpunkt durch die kugelförmige Fläche 15 ausgebildet, die eine grosse Berührungsfläche aufweist, deren Mittelpunkt B im Aufriss (Fig. 4) senkrecht tief unter dem Mittelpunkt S des Kreuzgelenkes liegt, wobei sich die kugelförmige Fläche so nahe als möglich neben der Stütze 14 befindet, so dass der durch den tiefsten Punkt des Achsgetriebegehäuses 1 gegebene Bodenabstand nicht verringert wird.
Die beschriebene Anordnung der kugelförmigen Stützfläche 15 bietet somit den Vorteil, dass der Drehpunkt wesentlich herabgesetzt werden kann, ohne dadurch die Bodenfreiheit des Fahrzeuges zu verringern. Fig. 6 veranschaulicht schematisch die Anordnung einer kugelförmigen Fläche mit dem Scheitelpunkt A und dem Mittelpunkt B, der gegenüber dem Mittelpunkt S des Kreuzgelenkes um den Abstand x niedriger liegt. Der Winkel zwischen dem durch den Scheitelpunkt A gehenden Radius und der Verbindungsgeraden S-B ist mit a bezeichnet.
Durch Andrehen der kugelförmigen Fläche, wobei der durch den Scheitelpunkt A gehende Radius mit der Verbindungsgeraden S-B einen kleineren Winkel 6 einschliesst, und durch entsprechende Vergrösserung des Radius der kugelförmigen Fläche ist die Herabsetzung des Drehpunktes von B nach D konstruktiv ermöglicht und das Mass der Herabsetzung beträgt nun x'Dies bedeutet, dass man durch blosses Andrehen der Stellung der kugelförmigen Stützfläche 15 und durch Abänderung ihres Radius konstruktiv (inder Zeichnung) verschieden herabgesetzte Drehpunkte bekommen kann, ohne dabei die Bodenfreiheit des Fahrzeuges irgendwie zu beeinflussen.
Eine grössere Herabsetzung dieses Drehpunktes bringt allerdings eine grössere Verschiebung des genuteten Endes der Achswelle 11 in der genuteten Nabe 10 des Kreuzgelenkes mit sich.
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