-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft Fahrzeugaufhängungsanordnungen
und im Besonderen eine Aufhängungsanordnung
zur Steuerung der Position einer Achse relativ zu einem Fahrzeugrahmen
während
des Fahrzeugbetriebs. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine
Fahrzeugaufhängungsanordnung
zur Beibehaltung der relativen Position der Achse, worin die Anordnung
eine verringerte Komplexität,
weniger Gewicht und niedrigere Kosten aufgrund des Ersatzes herkömmlicher
Aufhängungsanordnungsträger durch
eine vorgefertigte Drehmoment-Kastenstruktur aufweist.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Achsen/Aufhängungssysteme
für Fahrzeuge sind
eine der wichtigsten Strukturen eines Fahrzeugs, da sie den Passagieren
eine komfortable Fahrt im Fahrzeug ermöglichen und die im Fahrzeug befindliche
Ladung vor übermäßigen Stößen schützt. Achsen/Aufhängungssysteme
stellen dem Fahrzeug ebenfalls eine Stabilität durch Steuerung der verschiedenen,
auf die Achse wirkenden Kräfte
zur Verfügung,
welche wiederum unerwünschte
Positionsveränderungen
der Achse in Bezug auf den Fahrzeugrahmen verursachen könnten. Derartige
Kräfte
wirken insbesondere dahingehend, die vertikale, seitliche und/oder
longitudinale Position der Achse in Bezug auf den Fahrzeugrahmen
zu verändern
und können
dadurch Achsenbewegungen, wie etwa Schlingern (Rollen), Gieren oder
Nicken, verursachen.
-
Ein
herkömmliches
Achsen/Aufhängungssystem
schränkt üblicherweise
die sechs möglichen Achsenbewegungen
durch den Einbau einer Anzahl an Bestandteilen, die den verschiedenen
Kräfte
entgegenwirken und diese steuern, in die die Achse lagernde Aufhängungsanordnung
ein. Obwohl solch herkömmliche
Aufhängungsanordnungen
im Allgemeinen ihre gewünschten
Funktionen erfüllen,
können
Anzahl und/oder Art der Bestandteile eines Systems nach dem Stand
der Technik auch zu unerwünschten
Auswirkungen hinsichtlich Komplexität, Gewicht und Kosten der Aufhängungsanordnungenführen.
-
Die
vorliegende Erfindung vermindert die zuvor erwähnten Probleme erheblich, indem
die Anzahl und/oder Komplexität
der zur Steuerung der auf die Achse wirkenden Kräfte verringer wird und im Besonderen
das Trägerpaar
einer herkömmlichen
Aufhängungsanordnung
durch einen vorgefertigten „Drehmomentkasten" ersetzt wird. Je
nach der zu Vergleichszwecken herangezogenen Aufhängungsanordnung
nach dem Stand der Technik, verringert das in die vorliegende Erfindung
eingebaute Drehmoment-Kastenkonzept die Anzahl und Komplexität der Bestandteile
zur Kosten- und Gewichtsreduktion oder es verringert lediglich die
Komplexität
zur Erzielung derselben Einsparungen. Die resultierende, vereinfachte
Aufhängungsanordnung
der vorliegenden Erfindung zeigt ebenfalls Gestaltungsflexibilität, wodurch
deren Aufhängungsmerkmale,
wie die Rollrate, beispielsweise leicht zur Anpassung des Anordnungskonzepts
an verschiedene Anforderungen der Fahrzeugtypen verändert werden
können.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Ziele
der vorliegenden Erfindung umfassen das Bereitstellen einer Aufhängungsanordnung
für ein
Fahrzeug, welches im Allgemeinen die Position der starren Achse
relativ zum Fahrzeugrahmen während
des Fahrzeugbetriebs beibehält,
indem die vertikale, seitliche und longitudinale Verschiebung der Achse
sowie Schlinger-(Roll-), Gierungs- und Nickbewegungen der Achse
eingeschränkt
werden.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer derartigen Fahrzeugaufhängungsanordnung,
die eine verringerte Anzahl und/oder Komplexität der Bestandteile aufweist,
was zu weniger Gewicht und niedrigeren Kosten führt und welche eine „nicht
gegenwirkende Anordnung" oder eine
Anordnung ist, bei der im Wesentlichen kein Achsendrehmoment oder
Nicken der Achse auftritt.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer derartigen Aufhängungsanordnung,
welche einfach an die verschiedenen Anforderungen der Fahrzeuge
hinsichtlich verschiedener Aufhängungseigenschaften
angepasst werden kann.
-
Diese
Ziele und Vorteile werden durch eine Aufhängungsanordnung zum Anbringen
einer Achse an einer sich der Länge
nach erstreckenden Fahrzeugstruktur umgesetzt, wobei die Aufhängungsanordnung
ein Paar quer beabstandete Aufhänger
umfasst, wobei jeder aus dem Paar von Aufhängern auf und der Fahrzeugstruktur
angebracht ist und von dieser nach unten wegsteht, ein Paar sich
der Länge nach
erstreckenden Achsschenkeln, wobei jeder aus dem Paar von Achsschenkeln
ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende
jedes Achsschenkels durch eine Buchse schwenkbar an einem entsprechenden
aus dem Paar Aufhänger befestigt
ist und das zweite Ende jedes Achsschenkels durch eine Buchse schwenkbar
an einem entsprechenden aus einem Paar Achssitze befestigt sind,
wobei das Paar Achssitze eine sich quer erstreckende Achse unbeweglich
aufnimmt, ein Paar quer beabstandete Luftfedern, wobei jede aus
dem Paar Luftfedern auf der Achse oder auf einem zugehörigen der
Achssitze befestigt ist, wobei sich jede aus dem Paar Luftfedern
nach oben erstreckt und an der Fahrzeugstruktur befestigt ist, sowie
ein Mittel, das unbeweglich auf der Fahrzeugstruktur und der Achse
befestigt ist und sich zwischen der Fahrzeugstruktur un der Achse
erstreckt, wobei ein Abschnitt des Mittels in verschiedene Richtungen
beweglich ist, welche ein Zusammenwirken mit den Achsschenkeln und
den Luftfedern ermöglichen,
um die während
des Betriebs der Fahrzeugstruktur auf die Achse wirkenden Kräfte zu kontrollieren,
sodass die Aufhängungsanordnung
ein Nicken der Achse verringert.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, die die beste Ausführungsform veranschaulichen,
in der die Anmelder den Erfindungsgedanken umgesetzt haben, werden
in der folgenden Beschreibung erörtert
und anhand der Zeichnungen dargestellt und werden ausführlich und
gesondert erläutert und
in den beigefügten
Ansprüchen
dargelegt.
-
1A ist
eine perspektivische Ansicht eines Aufhängungsanordnungspaars nach
Stand der Technik, wobei jedes aus diesem Paar eine Achse lagert
und an einen Fahrzeugrahmen angebracht dargestellt ist, welcher
nur teilweise im Schnitt abgebildet ist;
-
1B ist
eine Seitenansicht von Strukturen nach Stand der Technik, wie in 1A abgebildet;
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Aufhängungsanordnung der vorliegenden
Erfindung, welche auf einen Fahrzeugrahmen in Tandemform angebracht
und ein Achsenpaar lagernd dargestellt ist;
-
3 ist
eine Seitenansicht des Drehmomentkastens, der einen Teil der Aufhängungsanordnung
der vorliegenden Erfindung bildet, wobei die nicht sichtbaren Abschnitte
durch Strichlinien dargestellt sind;
-
4 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von 3;
-
5 ist
eine teilweise Seitenansicht der Aufhängungsanordnung, der Achsen
und des Fahrzeugrahmens von 2, wobei
die aufgeschnittenen Abschnitte und die nicht sichtbaren Teile durch Strichlinien
dargestellt sind;
-
6 ist
eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Drehmoment-Kastenkomponente der
Aufhängungsanordnung
der vorliegenden Erfindung, wobei die nicht sichtbaren Teile durch
Strichlinien dargestellt sind; und
-
7 ist
eine zu 6 ähnliche Ansicht einer dritten
Ausführungsform
der Drehmomentkasten-Komponente der Aufhängungsanordnung der vorliegenden
Erfindung.
-
In
allen Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen dieselben
Bestandteile.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Ein
Paar Achsen/Aufhängungssysteme,
in die jeweils die Aufhängungsanordnung
der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, wird im Allgemeinen jeweils
mit 10 bezeichnet und ist in den 2 und 5 abgebildet.
-
Insbesondere
das Achsen/Aufhängungssystem 10A ist
ein Luftfederungs-Achsen/Aufhängungssystem
vom Führungslenker-Typ
und System 10B ist ein Luftfederungs-Achsen/Aufhängungssystem
vom Längslenker-Typ.
Jedes Achsen/Aufhängungssystem 10 ist
an einem Rahmen 11 eines Fahrzeugs befestigt dargestellt.
Es ist verständlich,
dass beide Achsen/Aufhängungssysteme 10 vom
Führungslenker- oder Längslenkertyp
sein könnten,
ohne dass dies das Gesamtkonzept der vorliegenden Erfindung beeinträchtigen
würde.
Jedes Achsen/Aufhängungssystem 10 umfasst
eine Aufhängungsanordnung 15, welches
eine Achse 17 an einem Fahrzeugrahmen 11 festlegt.
-
Um
die Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung am besten verständlich zu machen, wird im Folgenden
eine herkömmliche
Aufhängungsanordnung
nach dem Stand der Technik beschrieben.
-
Ein
Paar Achsen/Aufhängungssysteme,
in die jeweils eine Aufhängungsanordnung
nach dem Stand der Technik eingebaut ist, wird im Allgemeinen jeweils
mit 20 bezeichnet und ist in den 1A und 1B abgebildet.
Insbesondere jedes der Achsen/Aufhängungssysteme 20 ist
ein Achsen/Aufhängungssystem
vom Typ mit Längslenker
und Luftfederung und ist an einem Rahmen 11 eines Fahrzeugs befestigt
dargestellt. Jedes Achsen/Aufhängungssystem 20 umfasst
eine Aufhängungsanordnung 25, das
eine Achse 17 an einem Fahrzeugrahmen 11 befestigt.
Obwohl viele verschiedene Typen von Fahrzeugrahmen existieren, die
verschiedene Aufhängungsanordnungsmerkmale
je nach Art der Verwendung, wie etwa als schwere und mittlere Nutzfahrzeuge
oder als leichte Nutzfahrzeuge, benötigen, wobei ein herkömmlicher, üblicherweise
in Lastkraftwagen verwendeter Fahrzeugrahmen eines schweren Nutzfahrzeugs
in den 1A und 1B abgebildet
ist und im Folgenden beschrieben wird.
-
Der
Fahrzeugrahmen 11 wird üblicherweise aus
einem robusten Material, wie etwa Stahl ausgebildet, außer es ist
etwas anderes vorgesehen, wobei die Bestandteile des Achsen/Aufhängungssystem 20 nach
Stand der Technik auch aus Stahl oder einem ähnlich robusten Material ausgebildet
sind. Der Fahrzeugrahmen 11 umfasst ein Paar beabstandete,
parallele, sich der Länge
nach erstreckende längliche Elemente 12.
Jedes Element ist im Wesentlichen eine C-förmige Struktur und ist an seiner
Innenseite in gegenüberliegender
Beziehung zum anderen Element. Längsverlaufende
Elemente 12 sind durch ein Paar von longitudinal beabstandeten,
parallelen und sich quer erstreckenden Querelementen 13 voneinander
beabstandet. Jedes Querelement 13 ist eine umgekehrte U-Form
und ist durch ein passendes Mittel an jedem längsverlaufenden Element 12 starr
angebracht und verschachtelt. Es wird vorausgesetzt, dass die Querelemente 13 andere
Formen und eine andere Gestalt aufweisen können, ohne dass dadurch das
Konzept der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt würde.
-
Da
der in den den Stand der Technik darstellenden 1A und 1B abgebildete
Fahrzeugrahmen 11 zwei im Allgemeinen identische Achsen/Aufhängungssysteme 20 festlegt,
wird im Folgenden lediglich eines der Systeme sowie deren dazugehörige Aufhängungsanordnung 25 beschrieben.
-
Aufhängungsanordnungen 25 nach
dem Stand der Technik werden auf einem Fahrzeugrahmen 11 durch
ein Paar Aufhänger 21 befestigt,
wobei jedes aus diesem Paar auf den längsverlaufenden Elementen 12 und
von diesen nach unten wegstehend angeordnet ist. Besonders ein vorderes
Ende eines jeden aus dem Paar Längslenkern
oder Trägern 22 ist
von jeweils einer der Aufhängungen 21 in einer
in auf dem Gebiet der Aufhängungen
bekannten Weise vertikal eingespannt. Eine Achsensitzanordnung 23 ist
in einer herkömmlichen
Weisen auf einem zentralen Abschnitt jedes Schenkels 22 fest
angebracht und bildet einen Teil des Schenkels oder Trägers. Jede
Achsensitzanordnung 23 nimmt einen Abschnitt der Achse 17 starr
auf, der sich wiederum quer über
den Fahrzeugrahmen 11 erstreckt.
-
Ein
Verlängerung 24 jedes
Trägers 22,
die sich der Länge
nach von der Achse 17 nach hinten erstreckt, stellt eine
Halterung für
die Anbringung einer Elastomer-Luftfeder 30 auf
jedem der Schenkel zur Verfügung.
Es ist jedoch für
Fachleute auf dem Gebiet der Aufhängungen verständlich,
dass der Trägerverlängerung 24 gewisse,
traditionelle Funktionen fehlen, dass sie jedoch eine geeignete
Befestigungsstelle für
die Luftfedern 30 einer Aufhängungsanordnung 25 darstellen.
Ein Hilfsstützelement 29 erstreckt sich
quer zwischen den hinteren Enden der Trägerverlängerungen 24, um als
Hilfe beim Anbringen/Stabilisieren der Luftfedern 30 zu
dienen. Insbesondere jedes Ende eines Halterungselements 29 ist
fest auf einem jeweiligen hinteren Ende der Trägerverlängerungen 24 angebracht.
Ein hinterer Abschnitt jeder Luftfeder 30 ist am jeweiligen
Ende der Halterungselemente 29 mithilfe üblicher
Mittel befestigt und erstreckt sich zwischen dem Halterungselement
und seinem entsprechenden Fahrzeugrahmen-Längselement 12, an
dem ein oberer Abschnitt der Luftfeder festsitzend angebracht ist.
In ähnlicher
Weise ist ein Stossdämpfer 31 fest
auf dem hinteren Ende der Trägerverlängerung 24 angebracht
und erstreckt sich zwischen dieser und deren jeweiligem länglichen Rahmenelement 12,
benachbart zur entsprechenden Luftfeder 30.
-
Die
Träger 22 stellen
zwei der fünf
Hauptkomponenten oder „-verbindungen" dar, die die Aufhängungsanordnung 25 bilden.
Zwei andere Verbindungen sind die Längsachsschenkel 27.
Jeder Achsschenkel 27 ist durch eine Buchse (nicht sichtbar) schwenkbar
an dessen vorderem Ende an jeweils einem Aufhänger 21 befestigt.
Jeder Achsschenkel 27 ist schwenkbar an dessen hinterem
Ende durch eine Buchse (nicht sichtbar) am jeweiligen Achsensitz 23 angebracht.
Es wird jedoch angenommen, dass die Achsschenkel 27, und
somit zwei der fünf
Hauptverbindungen der Aufhängungsanordnung 25 nach
dem Stand der Technik, durch eine schwenkbare Befestigung des vorderen
Endes jedes Trägers 22 an
dessen jeweiligem Aufhänger 21 mittels
einer Buchse ersetzt werden können,
was Fachleuten auf dem Gebiet der Aufhängungen sehr wohl bekannt ist.
-
Die
fünfte
Verbindung der Aufhängungsanordnung 25 ist
ein Seitenachsschenkel 28. Genauer gesagt, ist der Seitenachsschenkel 28 schwenkbar an
einem seiner Enden durch eine Buchse/Halterungsanordnung 32 an
einem aus den länglichen Rahmenelementen 12 ausgewählten Element
befestigt. Das andere Ende des Seitenachsschenkels 28 ist
schwenkbar durch eine Buchse/Halterungsanordnung 33 an
einem zentralen Abschnitt der Achse 17 befestigt. Es ist
verständlich
und auf dem Gebiet bekannt, dass der Seitenachsschenkel 28 der
anderen Aufhängungsanordnung 25 des
Tandempaars der Aufhängungsanordnungen,
die auf dem Fahrzeugrahmen 11 befestigt sind, in umgekehrter
Weise, nämlich
am anderen Fahrzeugrahmenelement 12 und am zentralen Abschnitt
der Achse 17, angebracht ist.
-
Die
fünf Hauptkomponenten
oder -verbindungen der Aufhängungsanordnungen 25 nach
dem Stand der Technik steuern die verschiedenen Belastungen, hierin
obenstehend erläutert,
die auf die Achse 17 folgendermaßen wirken. Vertikale Belastungen werden
durch die Luftfedern 30 und die vorderen Enden der Träger 22 gesteuert.
Seitliche Belastungen werden durch die Seitenachsschenkel 28 gesteuert. Longitudinale
Belastungen werden durch die Längsachsschenkel 27 kontrolliert.
Das Schlingern oder Rollen wird durch die Luftfedern 30 und
die Träger 22 gesteuert,
wobei etwa 90 Prozent der Steuerung von den Trägern 22 ausgeführt wird.
Das Gieren wird durch die Seitenachsschenkel 28, die Längsachsschenkel 27 und
die Träger 22 eingeschränkt. Schließlich wird
das Nicken der Achse, das üblicherweise
durch Brems- und Beschleunigungsbewegungen des Fahrzeugs entsteht
und das für Aufhängungsanordnungen 25 nach
dem Stand der Technik eine erhebliche Bedeutung hat, durch die Luftfedern 30 und
die vorderen Enden der Träger 22 kontrolliert.
Es wird angenommen, dass in Aufhängungsanordnungen
nach dem Stand der Technik, die die Längsachsschenkel 27 durch
Anbringen des vorderen Endes jedes Trägers 22 an dessen
jeweiligem Aufhänger 21 mittels
einer schwenkbaren Buchsenbefestigung nicht mehr länger benötigt, die
durch die Längsachsschenkel 27 kontrollierten
Kräfte
statt dessen durch die Träger
aufgenommen werden. Es ist ferner verständlich, dass Aufhängungsanordnungen 25 nach
dem Stand der Technik als Aufhängungen vom
Reaktions-Typ aufgrund der maßgebenden Nick-
oder Drehmomentkräfte
angesehen werden, die durch die Drehung der Achse in einer Aufhängungs anordnung
vom Trägertyp
entstehen. Es ist den Fachleuten ebenso bekannt, dass ein solcher Träger 22 unter
hoher Beanspruchung steht, und daher kostenintensiv in Herstellung
und Aufbau ist.
-
Im
Folgenden wird nun auf die Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung eingegangen, dabei wird jedoch nur ein Achsen/Aufhängungssystem 10 beschrieben,
in dem die Aufhängungsanordnung
der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, da der Fahrzeugrahmen 11 bereits
weiter oben unter Bezug auf Achsen/Aufhängungssysteme 20 nach dem
Stand der Technik näher
erläutert
wurde und üblicherweise
derselbe oder ein ähnlicher
Rahmen, unabhängig
vom Typ des darauf befestigten Achsen/Aufhängungssystems, sein wird.
-
Ein
Paar Achsen/Aufhängungssysteme,
in das jeweils eine Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung eingebaut ist, wird, wie zuvor erwähnt, im
Allgemeinen mit 10A und 10B bezeichnet und ist
in den 2 und 5 dargestellt. Da das Luftfederungs-Achsen/Aufhängungssystem 10A vom
Führungslenker-Typ
und das Luftfederungs-Achsen/Aufhängungssystem 10B vom
Längslenker-Typ
einander ähnlich
sind, mit Ausnahme der Führungs-
oder Längsausrichtung,
wird im Folgenden lediglich ein Achsen/Aufhängungssystem 10B vom
Typ mit Längslenker
und Luftfederung zur Veranschaulichung der Umgebung, in der die
Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung eingebaut wird, beschrieben.
-
Das
Achsen/Aufhängungssystem 10B umfasst
eine Aufhängungsanordnung 15,
die eine Achse 17 an einem Fahrzeugrahmen 11 befestigt.
Die Aufhängungsanordnung 15 ist
auf einem Fahrzeugrahmen 11 mithilfe eines Aufhängerpaars 21' (nur einer
abgebildet) befestigt. Jeder Aufhänger 21' ist auf jeweils einem länglichen
Rahmenelement 12 angebracht und ragt von diesem nach unten
weg. Ein vorderes Ende eines jeden aus dem Paar Längsachsschenkel 27' ist schwenkbar
auf dem jeweiligen Aufhänger 21' durch eine
Buchse (nicht sichtbar) in einer auf dem Gebiet der Aufhängungen bekannten
Weise angebracht. Jeder Achsschenkel 27' ist schwenkbar an dessen hinteren
Ende durch eine Buchse (nicht sichtbar) an einem entsprechenden
aus einem Paar Achssitze 23' angebracht.
Jeder Achsensitz 23' nimmt
einen Ab schnitt der Achse 17 angrenzend an ein entsprechendes
Ende der Achse fest auf, welche sich wiederum quer über den
Fahrzeugrahmen 11 erstreckt.
-
Ein
Halterungselement 35 ist auf jedem Achsensitz 23' angebracht
und erstreckt sich der Länge nach
von der Achse 17 nach hinten. Die Halterungselemente 35 stellen
eine Fläche
zum Anbringen eines Paars Luftfedern 30 zur Verfügung. Insbesondere
der hintere Abschnitt jeder Luftfeder 30 ist am entsprechenden
Halterungselement 35 mithilfe der üblichen Mittel befestigt und
erstreckt sich zwischen dem Halterungselement und dessen jeweiligem
länglichen
Element 12 des Fahrzeugrahmens, an dem ein oberer Abschnitt
der Luftfeder fest angebracht ist. In ähnlicher Weise wird ein Stoßdämpfer 31 fest
angebracht und erstreckt sich zwischen jedem Halterungselement 35 und
einem entsprechenden länglichen
Element 12, angrenzend an dessen jeweilige Luftfeder 30.
-
In Übereinstimmung
mit einem der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung wird ein
vorgefertigter Drehmomentkasten 40 auf dem Fahrzeugrahmen 11 und
der Achse 17 befestigt und erstreckt sich zwischen diesen.
Daher ist, besonders in Bezug auf die 2 und 5,
ersichtlich, dass die Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung aus lediglich drei Hauptkomponenten oder
-verbindungen besteht, wobei diese das Paar Längsachsschenkel und der Drehmomentkasten 40 sind.
Dies wird mit der Aufhängungsanordnung 25 nach
dem Stand der Technik verglichen und dieser gegenübergestellt,
die je nach Typ der herkömmlichen
Anordnung fünf Hauptkomponenten
umfasst, die in den 1A und 1B dargestellt
sind, oder in einer alternativen Form nach dem Stand der Technik
auch drei Hauptkomponenten umfassen kann, indem die Längsachsschenkel 27 und
die Befestigung der Träger 22 an
die Aufhänger 21 über Buchsen
ersetzt werden.
-
In
der vorherigen, in den 1A und 1B abgebildeten
Ausführungsform
führen
die zusätzlichen
Teile zu mehr Komplexität,
Gewicht und Kosten der Aufhängungsanordnung 25 und,
wie obenstehend erläutert,
führt besonders
die Verwendung herkömmlicher
Träger
zu mehr Gewicht, Kosten und Komplexität der Aufhängungsanordnung. Obwohl eine
alternative Gestaltungsform die Längsachsschenkel 27 nicht mehr
einsetzt, ist es die Verwendung eines Paars herkömmlicher Träger, wie oben beschrieben,
welche die Herstellungskosten der Aufhängungsanordnung erhöht und der
Anordnung im Allgemeinen ein höheres
Gewicht und eine höhere Komplexität zuführt.
-
Im
Gegensatz dazu verringert die Verwendung eines eingebauten, vorgefertigten
Drehmomentkastens 40, in Kombination mit einem Paar einfacher,
herkömmlicher
Längsachsschenkel 27', zur Ausbildung
der Aufhängungsanordnung 15,
die keine herkömmlichen
Träger
verwendet, erheblich die Herstellungskosten, die Komplexität und das
Gewicht der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung im Hinblick auf Aufhängungsanordnungen nach dem
Stand der Technik, einschließlich
der hierin beschriebenen Aufhängungsanordnung 25 der 1A und 1B.
Trotz der verringerten Anzahl an Bestandteilen und/oder der geringeren
Komplexität,
hält die
Aufhängungsvorrichtung 15 der
vorliegenden Erfindung die Position der Achse 17 in Bezug auf
den Rahmen 11 während
des Fahrzeugbetriebs bei und spart immer noch an Gewicht und Kosten
ein. Außerdem
weist die Aufhängungsanordnung 15 im Vergleich
mit Aufhängungsanordnungen
nach dem Stand der Technik eine verbesserte Gestaltungsflexibilität auf, wodurch
die Erfindungsaufhängungsanordnung
leicht verändert
werden kann, um die Anforderungen der verschiedenen Fahrzeugtypen,
wie etwa Rollrate und andere Parameter zu erfüllen. Ferner ermöglicht die
Konstruktion ohne Träger
der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung der Aufhängungsanordnung
eine nicht reagierende und im Wesentlichen von dem durch Brems- und Beschleunigungsbewegungen
des Fahrzeugs verursachten Nicken der Achse verschont zu bleiben.
-
Besonders
der Drehmomentkasten 40, und hier speziell in den 3 und 4,
ist im Allgemeinen ein starrer, rechteckig geformter, vorgefertigter Stahlkasten
mit beabstandeten oberen bzw. unteren Deckplatten 41, 42 und
einem Paar beabstandeter Seitenwände
oder Schubplatten 43, die sich zwischen den Deckplatten
erstrecken und diese mithilfe jedes geeigneten Mittels, wie etwa
Schweißen,
miteinander verbinden. Die bevorzugte Dicke jeder Deckplatte 41, 42 beträgt von ungefähr 0,2 Zoll
bis etwa 0,25 Zoll. Die Schubplatten 43 haben jeweils eine
bevorzugte Dicke von etwa 0,2 Zoll bis ungefähr 0,5 Zoll. Jedes Ende jeder
Schubplatte 43 ist mit einem im Allgemeinen halbkreisförmigen Ausschnitt 44 ausgebildet,
um den Sitz eines sich quer erstreckenden Befestigungsrohrs 45 an
jedem Ende der Platten 41, 42, 43 auszubilden.
Jedes Befestigungsrohr 45 ist mit den Deckplatten 41, 42 und
den Schubplatten 43 verschweißt und erstreckt sich entlang
der gesamten Dicke der Platten 41, 42, 43.
Diese vorgefertigte Konstruktion des Drehmomentkastens 40 verringert das
Gewicht des Drehmomentkastens. Insbesondere da die Schubplatten 43 höheren Belastungen
beim Übertragen
der Belastungen von den Befestigungsrohren unterworfen sind, weisen
die Schubplatten eine größere Dicke
auf, aber da die Deckplatten 41, 42 separate Teile
aufgrund des verwendeten Herstellungsverfahrens sind, können diese
dünner
sein, wodurch Gewicht eingespart wird. Wenn gewünscht, kann jedoch die Herstellung
durch Ausbilden einer der selektierten Deckplatten 41, 42 und
der Schubplatten 43 als ein einziges Teil und darauffolgendes Anbringen
der anderen Deckplatte am kompletten Drehmomentkasten 40 vereinfacht
werden. Als Alternative dazu kann in der vorliegenden Erfindung
von der Möglichkeit
Gebrauch gemacht werden, die Ausbildung des Drehmomentkastens 40 mithilfe
anderer Verfahren und Materialien, wie etwa Formpressen mithilfe
kohlenstoffverstärkter
Harze oder Ähnlichem, durchzuführen.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren der wichtigen Merkmale der vorliegenden Erfindung
umfasst der Drehmomentkasten 40 eine Hantel-Buchsenanordnung 50,
die in jedes Befestigungsrohr 45 eingepresst wird. Insbesondere
jede Hantel-Buchsenanordnung 50 beinhaltet eine Welle 51,
worin die Welle 51 eine größere Länge als die Länge ihres
entsprechenden Befestigungsrohrs 45 aufweist. Die Länge jeder
Welle 51 ist vorzugsweise kurz genug, um zwischen die länglichen
Elemente 12 des Fahrzeugrahmens 11 zu passen,
aber sie sollte so lang wie möglich
sein, um die Belastungen auf die Verbindungspunkte von Fahrzeugrahmen 11 und
Achse 17 zu verringern. Die Welle 51 weist vorzugsweise
eine Länge
von etwa 25,5 Zoll auf.
-
Eine
Buchse 52 ist direkt auf der Welle 51 angrenzend
an jedes Wellenende in einer auf dem Gebiet der Gummiformen bekannten
Weise ausgebildet. Jede Buchse 52 weist vorzugsweise eine
Querlänge von
etwa 4 bis etwa 6 Zoll und einen Durchmes ser von ungefähr 3,4 Zoll
im freien Zustand auf. Der bevorzugte Härtegrad jeder Buchse 52 beträgt ungefähr 60 und
der Abstand zwischen den Buchsen jeder Hantel-Buchsenanordnung 50 liegt
vorzugsweise zwischen etwa 12 Zoll und etwa 20 Zoll. Der bevorzugte
Längsabstand
zwischen den Mittellinien der Befestigungsrohre 45 reicht
von ungefähr
12 Zoll bis ungefähr
20 Zoll, wobei 16 Zoll die bevorzugte Abstandslänge ist.
-
Wie
zuvor erwähnt,
wird jede Hantel-Buchsenanordnung 50 innerhalb ihres entsprechenden Befestigungsrohrs 45 durch
Einpassen der Buchsen 52 der Anordnung innerhalb des Rohrs
angebracht. Jedes Ende jeder Welle 51 erstreckt sich vom
Befestigungsrohr 45 nach außen und ist mit einer Öffnung 53 zum
unbeweglichen Anbringen des Drehmomentkastens 40 auf dem
Fahrzeugrahmen 11 und der Achse 17 ausgebildet.
Wie in den 2 und 5 dargestellt,
ist der Drehmomentkasten 40 in einer im Allgemeinen geneigten
Ausrichtung relativ zum horizontalen Fahrzeugrahmen 11 angeordnet.
Insbesondere die am nächsten
zum Querelement 13 des Fahrzeugrahmens 11 befindliche
Welle 51 des Drehmomentkastens 40 ist oberhalb
der anderen Welle zur Ausbildung der geneigten Aufstellung des Drehmomentkastens
positioniert. Die oberste Welle 51 ist in ihrem entsprechenden
Befestigungsrohr 45 so angeordnet, dass Öffnungen 53 im
Allgemeinen vertikal angeordnet sind und die unterste Welle 51 ist
in ihrem entsprechenden Befestigungsrohr 45 so positioniert, dass
die Öffnungen 53 im
Allgemeinen horizontal ausgerichtet sind. Die Öffnungen 53 der obersten Welle 51 des
Drehmomentkastens 40 sind mit den in komplementärer Größe ausgeformten Öffnungen (nicht
abgebildet) ausgerichtet, die als Querelementhalter 14 ausgebildet
sind. Die Verbindungselemente 54 werden durch die ausgerichteten Öffnungen
der obersten Welle 51 und die Halter 14 zum festen
Anbringen des obersten Endes des Drehmomentkastens 40 am
Fahrzeugrahmen 11 geführt.
Ein Paar quer beabstandeter Halter 55 sind oben auf der
Achse 17 so angebracht, dass die auf der untersten Welle 51 ausgebildeten Öffnungen 53 des
Drehmomentkastens 40 mit den in komplementärer Größe ausgebildeten Öffnungen
in den Haltern 55 ausgerichtet werden können. Die Verbindungselemente 54 werden
in ähnlicher
Weise durch die ausgerichteten Öffnungen
der untersten Welle 51 und der Halter 55 geführt, um
die unbewegliche Anbringung des Drehmomentkastens 40 an der
Achse zu vervollständigen. Daher
ist der Drehmomentkasten 40 unbeweglich am Fahrzeugrahmen 11 und
an der Achse 17 befestigt, um die Anordnung der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung zu vervollständigen.
-
Die
Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung arbeitet in der folgenden Art und Weise.
Während
des Fahrzeugbetriebs wirken viele Kräfte auf die Achse des Fahrzeugs,
welche die vertikale, seitliche und/oder longitudinale Position
der Achse in Bezug auf den Fahrzeugrahmen verändern können und auch Achsenbewegungen,
wie Schlingern, Gieren und Nicken, hervorrufen können. Wie oben erwähnt verwenden
Aufhängungsanordnungen nach
dem Stand der Technik herkömmlicherweise fünf Bestandteile
oder Verbindungen, einschließlich eines
Paars herkömmlicher
Träger,
um diesen Kräften
entgegenzuwirken, oder sie verwenden als Alternative dazu, drei
Bestandteile oder Verbindungen, worin die Trägerverbindungen zum Entgegenwirken auf
die Kräfte
modifiziert wird, auf welche üblicherweise
ein Paar Längsachsschenkel
gegenwirkt. In jedem Fall erhöht
die Verwendung eines herkömmlichen
Trägers,
der einem hohen Druck ausgesetzt ist, die Herstellungskosten der
Aufhängungsanordnung sowie
deren Komplexität
und vergrößert das
Gesamtgewicht der Aufhängungsanordnung.
Ferner wird die Aufhängungsanordnung
durch die Verwendung eines herkömmlichen
Trägers
als Verbindung in der Aufhängungsanordnung
zu einer „gegenwirkenden" Aufhängungsanordnung,
die hierin als Anordnung definiert wird, die ein beträchtliches
Nicken oder Drehen der Achse zulässt.
Insbesondere Aufhängungsanordnungen
nach dem Stand der Technik, wie etwa die in den 1A und 1B und
obenstehend näher
erläuterte
Aufhängungsanordnung 25, weisen
Achsen-Nickwerte von etwa neun (9) bis etwa zehn (10) Grad auf.
-
Im
Gegensatz dazu wird durch eine Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung das Achsen-Nick- oder Drehmomentproblem beseitigt, indem
auf den Einsatz herkömmlicher
Träger
in der Aufhängungsanordnung
verzichtet wird und in einigen Fällen
die geringere Anzahl der Anordnungskomponenten verwendet wird. Dieser
Wirkungsgrad der vorliegenden Erfindung führt zu Kosten- und Zeiteinsparungen
sowie zu einer „nicht
gegenwirkenden" Aufhängungsanordnung,
da das Nicken der Achse minimiert wird. Besonders die Aufhängungsanordnung 15 weist
Achsen-Nick werte von etwa einem (1) Grad oder weniger auf oder von
etwa zehn (10) Prozent der in einer herkömmlichen Aufhängungsanordnung
vorhandenen Nickwerte auf.
-
Insbesondere
die Luftfeder 30 der Aufhängungsanordnung der vorliegenden
Erfindung reagiert noch immer auf vertikale Belastungen und Rollkräfte, so
wie dies auch der Fall für
die Aufhängungsanordnung 25 nach
dem Stand der Technik ist. Die Längsachsschenkel 27' der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung reagieren auf longitudinale Belastungen im
Allgemeinen ähnlich
wie die Aufhängungsanordnung 25 nach
dem Stand der Technik. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete,
vorgefertigte Drehmomentkasten 40 ersetzt jedoch die Funktionen
der in der Aufhängungsanordnung 25 nach
dem Stand der Technik vorhandenen Querachsschenkel 28 sowie
der in diesen herkömmlichen
Aufhängungsanordnungen
befindlichen Träger 22.
Genauer gesagt, reagiert der Drehmomentkasten 40 auf seitliche
Belastungen, trägt
zur Reaktion auf longitudinale Belastungen und Gieren bei und ersetzt
die Funktion eines herkömmlichen
Trägers, indem
er auf bis zu 90 Prozent der Rollbewegungen der Achse 17 reagiert.
Die Längsachsschenkel 27' tragen ebenfalls
zur Reaktion auf das Gieren bei. Daher ist ersichtlich, dass die
drei Komponenten oder Verbindungen der Aufhängungsanordnung 15 der vorliegenden
Erfindung dieselben Ergebnisse erzielen wie Aufhängungsanordnungen nach dem
Stand der Technik, aber dies mit einer geringeren Anzahl an Teilen
umsetzen und/oder weniger Komplexität sowie Gewichts- und Kostenreduktion
aufweisen. Dies wird vor allem aufgrund der Verwendung eines vorgefertigten
Drehmomentkastens 40 und dem Verzicht auf herkömmliche
Träger
erzielt, die in Aufhängungsanordnungen
nach dem Stand der Technik, wie etwa Aufhängungsanordnung 25, üblich sind.
Daher zielt die Verwendung des Drehmomentkastens 40 darauf ab,
die Belastungen zwischen den Hantel-Buchsenanordnungen 50 zu
transferieren, was durch eine unkomplizierte, leichte und kostenwirksame
Struktur erreicht wird.
-
Trotz
der starren Konstruktion des Drehmomentkastens 40 und der
unbeweglichen Anbringung des Drehmomentkastens 40 am Fahrzeugrahmen 11 und
an der Achse 17, kann die Aufhängungsanordnung 15 auf
die auf die Achse 17 wirkenden Kräfte erfolgreich reagieren.
Das gewünschte
Ergebnis wird aufgrund den Einschluss von Buchsen 52 in
den Drehmomentkasten 40 erzielt. Die Buchsen 52 stellen
eine Bewegung in verschiedene Richtungen der Unteranordnung der
Platten 41, 42, 43 und der Befestigungsrohre 45 relativ
zu den Wellen 51 des Drehmomentkastens bereit, die am Fahrzeugrahmen 11 und
der Achse 17 unbeweglich angebracht sind. Die Nachgiebigkeit
der Elastomer-Buchsen 52 ermöglicht eine derartige Bewegung.
Es ist verständlich,
dass in der vorliegenden Erfindung die Verwendung anderer nachgiebiger
Strukturen als den Buchsen 52, wie etwa von Spiralfedern
oder Ähnlichem, möglich ist,
um die Umsetzung des Erfindungskonzepts zu erreichen.
-
In Übereinstimmung
mit einem der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung stellt die
Aufhängungsanordnung 15,
aufgrund der Struktur des Drehmomentkastens 40, einen optimalen
Pegel an Rollsteifigkeit oder Winkelausschlag der Achse 17 zur Verfügung. Anders
gesagt, wenn eine Aufhängungsanordnung
hinsichtlich des Rollens unendlich starr wäre, wären die Belastungen, die erzeugt
werden, wenn auf ein Rad aufgrund des Kontakts mit einem Schlagloch
oder einer Kurve ein Stoß ausgeübt wird, übermäßig hoch
und die Achsen/Aufhängungssystem-Struktur
würde beschädigt werden.
Wenn die Aufhängungsanordnung
zu wenig Rollsteifigkeit aufweist, würde das Fahrzeug zu stark während des
Manövers
schlingern, was für
den Fahrer nicht akzeptabel wäre
und sogar ein Umkippen des Fahrzeugs hervorrufen könnte. Trotz
der Gesamt-Steifigkeit und dem unbeweglichen Anbringen des Drehmomentkastens 40,
aufgrund der Federrate der Buchsen in Kombination mit dem Querabstand
zwischen jedem Buchsenpaar, wirkt der Abstand der Buchsen 52 auf jede
aus dem Paar Hantel-Buchsenanordnungen 50 wie zwei, in
einem Abstand gespannte Federn, um eine Rollrate bereitzustellen.
Die Buchsen 52 stellen ebenfalls eine konische Steifigkeit
zur Verfügung,
die die oben beschriebene Rollsteifigkeit erhöht. Der im Allgemeinen starre
Drehmomentkasten 40 verbindet die zwei Hantel-Buchsenanordnungen
beim Rollen in Serie. Dies erhöht
die Nachgiebigkeit der Aufhängungsanordnung 15,
so dass mit angemessen großen
Buchsen eine ausreichend niedrige Rollrate erzielt werden kann,
da schmale Buchsen höhere
Federraten aufweisen, die nicht genug Nachgiebigkeit bereitstellen
würden.
Die Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung kann daher, aufgrund der Verwendung des Drehmomentkastens 40,
eine bevorzugte Rollrate der Aufhängungsanordnung von etwa 150
000 inlb./dag mit plus oder minus zwei Grad im Arbeitsbereich erzielen.
Außerdem
kann die ideale Rollrate erreicht werden, ohne dabei auf die strukturelle
Vollständigkeit
der Aufhängungsanordnung verzichten
zu müssen.
-
In Übereinstimmung
mit einem anderen der wichtigen Merkmale der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung kann die Aufhängungsanordnung 15 durch Ändern der
Dicke zwischen den Buchsen 52 jeder Hantel-Buchsenanordnung 50 „abgestimmt" werden, um jedes
gewünschte
Leistungsverhalten zu erzielen. Aufgrund der Tatsache, dass die
Gummibuchsen 52 eine ansteigende Federrate bereitstellen,
wenn sie sich wölben,
wird ein gewünschtes
Merkmal der ansteigenden Rollrate erzeugt. Bei schmalen Rollwinkeln
ist die Rollrate niedriger als bei großen Winkeln. Dies wird in einen
Effekt umgewandelt, der geringe, vom Fahrzeug und der Achse 17 aufgrund
von Schlaglöchern
in der Straße aufgenommene
Ausschläge
geringe Belastungen erzeugen und die Schäden durch Materialermüdung verringern,
während
große
Schlingerbewegungen, wie etwa Kurvenmanöver eine höhere Rollrate bereitstellen
und das Rollen des Fahrzeugs verringern. Diese Abstimmungsfunktion
der vorliegenden Erfindung ist einer der strukturellen Vorteile,
der dazu führt,
dass sich die Aufhängungsanordnung 15 problemlos
an die verschiedenen, spezifischen Aufhängungsanforderungen der unterschiedlichen
Fahrzeugtypen anpassen lässt.
-
Außerdem ist
der longitudinale Abstand der Befestigungsrohre 45 lang
genug, um ausreichend viel an gutem kinematischen Verhalten der
Aufhängungsanordnung 15 bereitzustellen,
aber er ist kurz genug, um das Gewicht des Drehmomentkastens 40 zu
verringern und ein kompaktes Gehäuse
der Anordnung zur Verfügung
zu stellen. Die Breite des Drehmomentkastens 40 ist optimiert,
um den Druck auf die Schubplatten 43 und das Gewicht zu
verringern. Insbesondere je größer die
Breite des Drehmomentkastens 40, umso niedriger der Druck,
der auf die Schubplatten 43 an den Befestigungsrohen 45 wirkt.
Eine größere Breite
des Drehmomentkastens 40 führt jedoch auch zu mehr Gewicht.
Daher optimieren die Spezifikationen für den Drehmomentkasten 40 die
strukturellen Anforderungen, während
das Gewicht verringert wird. Eines der wichtigen Merkmale der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung ist, dass die Breite des Drehmomentkastens 40 je
nach der Art der An wendung optimiert werden kann. Ferner dient die
Verwendung der Halter 14 zwei Zwecken und zwar dem Anbringen
des Querelements 13 des Fahrzeugrahmens und das oberste Ende
des Drehmomentkastens 40 dient auch zur Verringerung der
Komplexität,
des Gewichts sowie der Kosten.
-
Es
versteht sich von selbst, dass der Drehmomentkasten 40 an
einer weiter unten als in den 2 und 5 gezeigten
gelegenen Stelle des Fahrzeugrahmens 11 angebracht werden
könnte, was
von der Art der Anwendung abhängt.
Tandem-Drehmomentkästen 40 sind
an einer hohen Position zwischen dem Fahrzeugrahmen 11 angebracht in
Längslenkerart
abgebildet. Diese Anbringungsausrichtung ist bedeutsam, da das Einhausen
des sich auf der vordersten Antriebsachse einer herkömmlichen
Tandemachsenanordnung befindlichen Drehmomentkastens 40 aufgrund
des Abstands zwischen den Teilen der Achse 17 und dem Drehmomentkasten 40 während des
Anlenkens der Achsen schwierig wäre.
Ferner werden die weiter unten angebrachte Längsachsschenkelpaare 27' für die Tandem-Achsen/Aufhängungssysteme 10A und 10B an
einem einzigen Paar zentraler Aufhänger 21' angebracht, was ebenfalls zu einer
Verringerung der Komplexität, des
Gewichts und der Kosten der Aufhängungsanordnungen 15 führt.
-
Es
versteht sich von selbst, dass verschiedene strukturelle Ausführungsformen
des Drehmomentkastens 40 in der Aufhängungsanordnung 15 der
vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten, ohne das Gesamtkonzept
der Erfindung zu beeinträchtigen.
Daher wird in 6 eine zweite Ausführungsform
des Drehmomentkastens 40 dargestellt, worin ein im Allgemeinen
starrer Drehmomentkasten 40' eine
im Allgemeinen kreuzförmige
Form aufweist. Eine dritte Ausführungsform
ist in 7 zu sehen, wobei eine hintere Welle 51 mit
einer einzigen Buchse 52 anstelle eines Buchsenpaars verwendet werden
kann.
-
Demgemäß wird die
Fahrzeugaufhängungsanordnung
der vorliegenden Erfindung vereinfacht und stellt eine effektive,
sichere, kostengünstige
und effiziente Anordnung zur Verfügung, die all die angeführten Ziele
erreicht, die in den Aufhängungs anordnungen
nach dem Stand der Technik vorhandenen Schwierigkeiten nicht mehr
aufweist, Probleme löst und
neue Ergebnisse für
das Fachgebiet liefert.
-
In
der obigen Beschreibung wurden aus Gründen der Kürze, der Klarheit und des Verständnisses
bestimmte Termini verwendet, aus denen sich jedoch keinerlei unnötige Beschränkungen über die Gegebenheiten
des Stands der Technik hinaus ergeben, da solche Termini für beschreibende
Zwecke verwendet und ihre Verwendungsabsicht eine allgemeinere Auslegung
mit einschließt.
-
Ferner
werden Beschreibung und Veranschaulichung der Erfindung anhand von
Beispielen dargelegt und der Schutzumfang der Erfindung wird durch
die oben gezeigten und beschriebenen genauen Details nicht eingegrenzt.
-
Nach
der nun erfolgten Beschreibung der Merkmale, Neuerungen und Prinzipien
der Erfindung, der Weise, in der die verbesserte Fahrzeugaufhängungsanordnung
gebaut, angeordnet und verwendet wird, der Eigenschaften des Aufbaus
und der Anordnung sowie der vorteilhaften, neuen und nützlichen
erhaltenen Ergebnisse, werden die neuen und nützlichen Strukturen, Vorrichtungen,
Elemente, Anordnungen, Teile und Kombinationen in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.