DE20304107U1 - Lenkachse - Google Patents

Description

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Lenkachse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkachse, insbesondere Nachlauflenkachse, für Fahrzeuge, wie Zugfahrzeuge, Anhänger, Sattelauflieger oder dgl., an deren Achskörper die Räder mittels einer Spurstange miteinander verbundenen Lenkgabeln angelenkt sind, mit einer zwischen dem Achskörper und den Rädern wirksamen Stabilisierungseinrichtung.

Derartige Lenkachsen sind an sich bekannt (vgl. DE 19 45 589 A1, DE 44 05 325 C1 und DE 197 16 150 A1). Die dabei vorgesehenen Stabilisierungssysteme sollen Flatterbewegungen der Räder bei Geradeausfahrt verhindern, über einen Nachlaufeffekt lenken, die Lenkbewegungen bei Kurvenfahrt dämpfen und die Rücklenkkraft unterstützen. Die Funktionen "Stabilisieren" und "Dämpfen" werden bei den bekannten Nachlauflenkachsen nur mit erheblichem technischem Aufwand erfüllt: Das Dämpfen von Auslenk- bzw. Lenkbewegungen erfolgt praktisch ausschließlich über hydraulische Lenkungsdämpfer oder Gasdruckdämpfer, welche meist einerseits am Achskörper und andererseits an der Spurstange befestigt sind und somit während der Lenkbewegungen aus- und einfahren. Für das Stabilisieren, d. h. Vermeiden von Flatterbewegungen der gelenkten Räder in Geradeausfahrt ist bisher weiterer mechanischer Aufwand nötig, wie z. B. druckluftbeaufschlagte Stabilisiereinrichtungen, wie sie u. a. aus der DE 1 945 589 A1 und der DE 73 38 796 U hervorgehen, oder z. B. rein mechanische Einrichtungen gemäß DE 44 05 325 C1 und DE 197 16 150 A1. Derartige Dämpfungs- und Stabilisierungssysteme genügen zwar im Allgemeinen den Anforderungen an die allgemeine Fahrpraxis. Insbesondere aufgrund des hohen technischen Aufwandes können sich jedoch systembedingte Auffälligkeiten zeigen, welche sich bspw. in einem zu späten oder gar nicht stattfindenden Einlenken der Achse bei leichten und unbeladenen Fahrzeugen oder in uner-

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wünschten Ausschwenkungen des Fahrzeughinterteils bei voll beladenen insbesondere kurzbauenden Fahrzeugen in kurvenreichen Strecken und bei scharfer Fahrweise äußern.

Lenkachsen, insbesondere Kraftfahrzeug-Vorderachsen oder zwangsgelenkte Achsen in Sattelaufliegern müssen sich möglichst ohne großen Widerstand lenken lassen. Hierfür wird mitunter ein großer technischer Aufwand bis hin zu nadelgelagerten Lenkbolzen betrieben. Auch bei Nachlauflenkachsen bisheriger Konstruktion wird mindestens über den Aufwand von Lagerbuchsen, welche auf gehärteten Lenkschenkelbolzen laufen, eine Leichtgängigkeit der Lenkbewegung erreicht. Da Lenkbewegungen an Nachlauflenkachsen nur aufgrund von Querkraften in Verbindung mit mindestens einer starren Führungsachse hervorgerufen werden und keine führenden Lenkgestänge etc. zur Verfügung stehen, müssen diese mit Hilfe von erheblichem zusätzlichem Aufwand, nämlich mit Dämpfungs- und Stabilisierungseinrichtungen wieder gewissermaßen "kontrolliert schwergängig" gemacht werden, um die beschriebenen Funktionen zu erfüllen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der anhand des Standes der Technik geschilderten Nachteile eine Lenkachse vorzuschlagen, welche mit geringem technischem, gewichts- und kostenmäßigem Aufwand alle Funktionen des Dämpfens und Stabilisierens, welche an eine derartige Lenkachse gestellt werden, in dauerhaft zuverlässiger Weise erfüllt.

Diese Aufgabe wird bei einer Lenkachse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß z. B. dadurch gelöst, dass die Stabilisierungseinrichtung in der jeweiligen Gelenkverbindung zwischen Achskörper und der jeweiligen Lenkgabel ausgebildet ist und wenigstens ein die Drehachse der Gelenkverbindung eng umschließendes elastisches Lagerelement aufweist, welches in einer Lageröffnung der Lenkgabel eingesetzt, vorzugsweise eingepresst und mittels einer zu

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der Drehachse koaxialen Schraubverbindung axial gegen eine Stirnfläche der Achsfaust verspannt ist.

Mit einem derartigen Stabilisierungssystem wird ein gutes und sicheres Fahrverhalten bei geringem Fertigungs- und Kostenaufwand erreicht.

Ergänzend kann bei der erfindungsgemäßen Lenkachse vorgesehen sein, dass in der jeweiligen Gelenkverbindung der Spurstangenenden mit der Lenkgabel eine zusätzliche Dämpfungseinrichtung ausgebildet ist, welche wenigstens ein die Drehachse dieser Gelenkverbindung eng umschließendes elastisches Lagerelement aufweist, welches in eine Lageröffnung der Lenkgabel eingesetzt, vorzugsweise eingepresst und mittels einer zu der Drehachse koaxialen Schraubverbindung axial gegen einander gegenüber liegende Abstützflächen einer Aussparung der Lenkgabel verspannt ist. Diese Dämpfungseinrichtungen unterstützen die Stabilisierungseinrichtung in der Gelenkverbindung zwischen Achskörper und Lenkgabel. Die Summe aller an der Verdrehung beteiligten Federraten führen zu dem gewünschten Rücklenkeffekt.

Die Lagerelemente können als Buchsen ausgebildet sein und/oder eine Gummi-Metall-Verbindung aufweisen bzw. aus einer solchen bestehen.

Insbesondere können die Lagerelemente eine rohrförmige Innenhülse aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, auf deren Außenfläche ein elastisches Material, z. B. Gummi, aufgebracht, vorzugsweise aufvulkanisiert ist, und eine das elastisehe Material umgebende dünnwandige Außenhülse aufweisen.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Außenhülse als dünnwandiges Stahlrohr ausgebildet und mit hoher Vorspannung auf das elastische Material aufgepresst.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal kann darin bestehen, dass die Enden der Innenhülse nach außen verdickt und/oder die Enden der Außenhülse nach innen gebogen sind.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass zwischen einer Stirnfläche der Achsfaust und einer Abstützfläche einer die Achsfaust aufnehmenden Aussparung der Lagergabel ein Paar von unter axialer Spannung miteinander zugekehrten welligen Anlageflächen aneinander gehaltenen Wellscheiben angeordnet ist, wobei die eine Wellenscheibe drehfest mit der Achsfaust und die andere Wellenscheibe drehfest mit der Lenkgabel verbunden sind und wobei bei Geradeausfahrt die beiden Wellenscheiben, vorzugsweise ganzflächig oder im Wesentlichen ganzflächig, aneinander liegen und eine Raststellung bilden und bei Verdrehen der Wellenscheiben gegeneinander bereichsweise zwischen ihnen Spalten entstehen und sich die aneinander liegenden Flächenbereiche der welligen Anlageflächen mit ansteigendem Lenkwinkel verkleinern. In der Raststellung der Wellscheiben werden so bei schneller Geradeausfahrt Flatterbewegungen der Räder, welche durch Unwuchten und/oder Straßenunebenheiten auftreten können, verhindert. Während des Lenkvorganges verdrehen sich beide Wellscheiben gegeneinander derart, dass sich die Berührungsbereiche der Anlageflächen je nach Lenkwinkel verkleinern oder vergrößern. Mit zunehmendem Lenkwinkel wird das Fahrzeug den schrägen Ebenen der Wellscheiben entsprechend angehoben und gleichzeitig das elastische Material in dem wenigstens einen Lagerelement verformt. Durch die Federraten des elastischen Materials erfolgt eine Unterstützung der Rücklenkkraft, welche um so größer ist, je größer der Lenkwinkel ist. Der Einsatz von Wellscheiben ist an sich bekannt (vgl. DE 36 16 998 A1). Dort ist jedoch lediglich beabsichtigt, die Wellscheiben als Druckscheiben in Verbindung mit je einer Schraubenfeder zur Stabilisierung der Geradeausfahrt einzusetzen. Es erfolgt jedoch dort keine lenkwinkelabhängige Rücklenkkraft und der übliche Aufwand buchsengelagerter und gehärteter Lenkschenkelbolzen ist zwingend erforderlich.

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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:
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Fig. 1 eine die Erfindung aufweisende Nachlauflenkachse mit Führungslenkern für Luftfederung in Draufsicht bei Geradeausfahrt,

Fig. 2 die Nachlauflenkachse gemäß Fig. 1 in Draufsicht bei eingelenkten Rädern,

Fig. 3 ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Lenkschenkellagerung und Spurstangenlagerung,

Fig. 3a eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 4a ein erfindungsgemäßes Wellscheibenpaar in Geradeausfahrtposition und

Fig. 4b das Wellenscheibenpaar gemäß Fig. 4a bei eingelenktem Zustand der Räder.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte als Nachlauflenkachse ausgebildete Lenkachse hat einen an zwei im Abstand voneinander angeordneten, an ihrem jeweiligen Vorderende am Fahrzeugchassis angelenkten z. B. aus Blech gebil-

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deten und an ihrem hinteren Ende Löcher z. B. für die Aufnahme von Luftfederelementen aufweisenden Führungslenkern 12 angebrachten z. B. festgespannten oder festgeschweißten Achskörper 2, an dessen äußeren in Fahrtrichtung gekröpften Enden je eine Lenkgabel 10 angelenkt ist. Die Führungslenker 12 können auch durch herkömmliche Federlenker oder Blattfedern ersetzt sein. Die Drehachsen 14 der Gelenkverbindungen liegen im Abstand A in Fahrtrichtung vor der Achsmitte. Eine Spurstange 3 sorgt für die Spurtreue der Räder 4, indem die den Rädern 4 gegenüberliegenden Seiten der Lenkgabel 10 über Gelenke mit dem äußeren Ende der Spurstange 3 verbunden sind. Die Nachlauflenkachse hat keine mechanischen Lenkübertragungen, wie Gestänge, Seilzüge, Hydraulikzylinder etc.. Die Lenkwirkung erfolgt ausschließlich über die bei Kurvenfahrt auftretenden Seitenkräfte K zwischen Reifen und Straße. Sie müssen deshalb mit mindestens einer starren Führungsachse, welche davor oder dahinter angeordnet sein kann, gemeinsam laufen.

In den Figuren 3 und 3a ist das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Lenkachse verdeutlicht. Anstelle von sonst üblichen gehärteten Lenkschenkelbolzen, welche büchsen- oder nadelgelagert sind, sind in der jeweiligen Gelenkverbindung zwischen Achskörper 2 und der jeweiligen Lenkgabel 10 zur Ausbildung einer Stabilisierungseinrichtung 1 die jeweilige Drehachse 14 der Gelenkverbindung umschließende elastische Lagerelemente 5 vorgesehen und zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb von Lageröffnungen 17 der Lenkgabel 10 oberhalb und unterhalb der Achsfaust 9 des Achskörpers 2.

Die Lagerelemente 5 weisen eine rohrförmige Innenhülse 7 vorzugsweise aus Stahl auf, welche auf ihrer Außenumfangsfläche ein elastisches Material 22, wie eine Gummimischung, aufvulkanisiert trägt. Das elastische Material 22 ist von einer Außenhülse 21 aus einem dünnwandigen Stahlrohr gebildet, welches zur Erzielung einer hohen Belastbarkeit auf den Mantel aus elastischem Material 22 mit hoher Verspannung aufgepresst ist.

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Damit das elastische Material 22 einerseits bei einer hohen Radialbeanspruchung an den Enden nicht ausquillt, andererseits aber für den im Fahrbetrieb auftretenden Verformungsgrad eine ausreichend dicke und elastische Materialschicht vorhanden sein kann, sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Enden der Innenhülse 7 nach innen hin verdickt, indem z. B. ein dickwandiges Rohr mit Ausnahme der Enden schlanker gedreht ist. Auch können zu diesem Zweck die Enden der Außenhülse 21 nach innen gebogen sein, um das elastische Material 25 auch stirnseitig einzuschließen.

Die Lagerelemente 5 sind jeweils in ihre Lageröffnungen 17 eingepresst. Die Innenhülsen 7 der Lagerelemente 5 sind mittels einer Schraubverbindung 6, welche koaxial zu der Drehachse 14 sowohl die Lageröffnungen 17 der Lenkgabel 10 als auch die Achsfaust 9 durchgreifen, axial gegen eine Stirnfläche 8 der Achsfaust 9 verspannt. Dabei ist das buchsenartige Lagerelement 5, welches aus der beschriebenen Gummi-Metall-Verbindung gebildet ist, passend auf dem Gewindebolzen der Schraubverbindung 6 aufgenommen. Die Lagerelemente 5 erfüllen so die Funktion sowohl der gelenkigen Lagerung zwischen Achskörper 2 und Lenkgabel 10 als auch des Dämpfens der Lenkbewegung sowie des Unter-Stutzens der Rücklenkkraft. Sie bildet somit einen wesentlichen Bestandteil einer Stabilisierungseinrichtung 1.

Die Achsfaust 9 ist in einer Aussparung 19 der Lenkergabel 10 aufgenommen. Zwischen einer unteren Stirnfläche 8 der Achsfaust 9 und einer dieser gegenüber liegenden Abstützfläche 20 der Aussparung 19 ist zur Bildung einer Rücklenkeinrichtung ein Paar von Wellscheiben 11, 11a positioniert. Die untere Wellscheibe 11a ist über mindestens ein Sicherungselement 13 an der Lenkgabel 10 verdrehsicher gehalten. Die obere Wellscheibe 11 ist zwischen der Innenhülse 7 des Lagerelementes 5 und der Stirnfläche 8 der Achsfaust 9 positioniert und verdrehsicher an der Achsfaust 9 gehalten.

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Wie insbesondere aus den Figuren 4a und 4b ersichtlich, haben die Wellscheiben 11, 11a einander zugekehrte wellige Anlageflächen 15, 15a, welche in Geradeausfahrtposition möglichst großflächig aneinander liegen und eine Raststellung bilden. Die Raststellung verhindert bei schneller Geradeausfahrt Flatterbewegungen der Räder, welche durch Unwuchten und/oder Straßenunebenheiten auftreten können. Während des Lenkvorganges drehen sich die Wellscheiben 11, 11a gegeneinander, so dass bereichsweise Spalte 16 entstehen und sich die Flächenbereiche, in welchen die welligen Anlageflächen 15, 15a aneinander liegen, mit zunehmendem Lenkwinkel verkleinern. Auf diese Weise wird mit zunehmendem Lenkwinkel das Fahrzeug den zusammenwirkenden Schrägflächen der welligen Anlageflächen 15, 15a entsprechend angehoben und gleichzeitig das elastische Lagerelement 5 verformt. Durch die Federrate der Lagerelemente 5 wird eine Rücklenkunterstützung erzeugt, welche um so größer ist, je größer der Lenkwinkel ist.

Die jeweiligen Wellenspitzen der Wellscheiben 11, 11a sind unter Bildung von radialen Nuten 23, 23a zur Aufnahme von Schmierstoff konkav ausgebildet. Die Nuten 23, 23a können auch eventuell anfallenden Abrieb der welligen Anlageflächen 15, 15a aufnehmen. Des weiteren können die welligen Anlageflächen 15, 15a durch (nicht dargestellte) elastische Dichtmanschetten vor äußerer Schmutzeinwirkung und/oder Spritzwasser geschützt sein. Beide Maßnahmen dienen der Erhöhung der Nutzungsdauer.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Lenkverbindungen der Spurstangenenden 18 mit der Lenkgabel 10 als zusätzliche Dämpfungseinrichtung Y ausgebildet. Zu diesem Zweck ist wenigstens eine die zugehörige Drehachse 14' dieser Gelenkverbindung umschließendes elastisches Lagerelement 5' vorgesehen, welches in eine Lageröffnung 17' der Lenkgabel 10 eingesetzt, vorzugsweise eingepresst und mittels einer zu der Drehachse 14'

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koaxialen Schraubverbindung 6¹ radial gegen die Innenfläche der Lageröffnung 17' und axial gegeneinander gegenüberliegende Abstützflächen 20' eine Aussparung 19' der Lenkgabel 10 verspannt ist. Das Lagerelement 5' besitzt eine Innenhülse 7', in welche der Gewindebolzen der Schraubverbindung 6' eingepasst ist. Das buchsenartig ausgebildete Lagerelement 5' ist wie das Lagerelement 5 von einer Gummi-Metall-Verbindung gebildet, indem auf die Innenhülse T ein elastisches Material 22' aufvulkanisiert und auf letzteres eine dünnwandige Außenhülse 21" aus Stahl aufgepresst ist. Diese Dämpfungseinrichtung 1' unterstützt die Wirkung der in der Gelenkverbindung zwischen Achskörper 2 und Lenkgabel 10 ausgebildeten Stabilisierungseinrichtung 1. Unabhängig davon, wie die Spurstangenlagerung ausgeführt ist, führt die Summe aller an der Verdrehung beteiligten Federraten zu dem gewünschten Rücklenkeffekt.

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Bezugszeichenliste:

	1,1'	Stabilisierungseinrichtung, Dampfungseinrichtung	I ·	S 19 G 128 11
5	2	Achskörper
	3	Spurstange
	4	Räder
	5,5'	Lagerelemente
	6,6'	Schraubverbindungen
10	7,7'	Innenhülsen
	8	Stirnflächen
	9	Achsfaust
	10	Lenkgabeln
	11, 11a	Wellscheiben
15	12	Führungslenker
	13	Sicherungselement
	14, 14'	Drehachsen
	15, 15a	wellige Anlageflächen
	16	Spalte
20	17, 17'	Lageröffnungen
	18	Spurstangenenden
	19, 19'	Aussparungen
	20, 20'	Abstützflächen
	21,21'	Außenhülsen
25	22, 22'	elastisches Material
	23, 23'	Nuten
	24	Löcher
	A	Abstand
30	K	Seitenkräfte
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Claims (8)

1. Lenkachse, insbesondere Nachlauflenkachse, für Fahrzeuge, wie Zugfahrzeuge, Anhänger, Sattelauflieger oder dgl., an deren Achskörper (2) die Räder (4) mittels einer Spurstange (3) miteinander verbundenen Lenkgabeln (10) angelenkt sind, mit einer zwischen dem Achskörper (2) und den Rädern (4) wirksamen Stabilisierungsvorrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsvorrichtung (6) in der jeweiligen Gelenkverbindung zwischen Achskörper (2) und der jeweiligen Lenkgabel (10) ausgebildet ist und wenigstens ein die Drehachse (14) dieser Gelenkverbindung eng umschließendes elastisches Lagerelement (5) aufweist, welches in einer Lageröffnung (17) der Lenkgabel (10) eingesetzt, vorzugsweise eingepresst und mittels einer zu der Drehachse (14) koaxialen Schraubverbindung (6) axial gegen wenigstens eine Stirnfläche (8) der Achsfaust (9) verspannt ist.

2. Lenkachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Gelenkverbindung der Spurstangenenden (18) mit der Lenkgabel (10) eine zusätzliche Dämpfungseinrichtung (1') ausgebildet ist, welche wenigstens ein die Drehachse (14') dieser Gelenkverbindung eng umschließendes elastisches Lagerelement (5') aufweist, welches in eine Lageröffnung (17') der Lenkgabel (10) eingesetzt, vorzugsweise eingepresst und mittels einer zu der Drehachse (14') koaxialen Schraubverbindung (6') axial gegen einander gegenüberliegende Abstützflächen (20') einer Aussparung (19') der Lenkgabel (10) verspannt ist.

3. Lenkachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (5, 5') als Buchsen ausgebildet sind.

4. Lenkachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (5, 5') eine Gummi-Metall-Verbindung aufweisen bzw. aus einer solchen bestehen.

5. Lenkachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (5, 5') eine rohrförmige Innenhülse (7, 7') aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, auf deren Außenflächen ein elastisches Material (22, 22'), z. B. Gummi, aufgebracht, vorzugsweise aufvulkanisiert ist und eine das elastische Material (22, 22') umgebende Außenhülse (21, 21') aufweisen.

6. Lenkachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (21', 23') als dünnwandiges Stahlrohr ausgebildet und mit hoher Vorspannung auf das elastische Material (22, 22') aufgepresst ist.

7. Lenkachse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Innenhülse (7) nach außen verdickt und/oder die Enden der Außenhülse (23) nach innen gebogen sind.

8. Lenkachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stirnfläche (8) der Achsfaust (9) und einer Abstützfläche (20) einer die Achsfaust (9) aufnehmenden Aussparung (19) der Lenkergabel (10) ein Paar von unter axialer Spannung mit einander zugekehrten welligen Anlageflächen (15, 15a) aneinander gehaltenen Wellenscheiben (11, 11a) angeordnet ist, wobei die eine Wellenscheibe (11a) drehfest mit der Achsfaust (9) und die andere Wellenscheibe (11a) drehfest mit der Lenkgabel (10) verbunden sind, wobei bei Geradeausfahrt die beiden Wellenscheiben (11, 11a), vorzugsweise ganzflächig oder im Wesentlichen ganzflächig, aneinander liegen und eine Raststellung bilden und bei Verdrehen der Wellenscheiben (11, 11a) gegeneinander bereichsweise zwischen ihnen Spalten (16) entstehen, und wobei sich die aneinanderliegenden Flächenbereiche der welligen Anlageflächen (15, 15a) mit ansteigendem Lenkwinkel verkleinern.