CN111770873A - 转向头轴承装置 - Google Patents

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CN111770873A CN201980015412.3A CN201980015412A CN111770873A CN 111770873 A CN111770873 A CN 111770873A CN 201980015412 A CN201980015412 A CN 201980015412A CN 111770873 A CN111770873 A CN 111770873A
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安德里亚斯·沃尔纳
本杰明·乌波利特-戈巴滕科
西蒙·默斯曼
克里斯蒂安·哈科特
曼弗雷德·克劳斯
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Abstract

本发明涉及一种用于安装用于机动车辆的车轮模块(10)的转向头轴承装置(16)，所述转向头轴承装置设置有：转向杆(14)，所述转向杆可连接到转向致动器(12)和叉臂(20)；轴承凸缘(40)，所述轴承凸缘可与所述机动车辆的支撑框架(18)直接地或间接地连接以供所述转向杆(14)通过；第一滚子轴承(42)，所述第一滚子轴承布置在所述轴承凸缘(40)中以用于将所述转向杆(14)安装在所述轴承凸缘(40)中；第二滚子轴承(44)，所述第二滚子轴承布置在所述轴承凸缘(40)中以用于将所述转向杆(14)安装在所述轴承凸缘(40)中；以及保持环(46)，所述保持环旋拧到所述转向杆(14)上以用于使所述第二滚子轴承(44)抵靠所述第一滚子轴承(42)偏置。通过借助于所述拧紧的保持环(46)使基本上间隔开的滚子轴承(42、44)彼此抵靠偏置，可以大幅度地消除所述转向杆(14)在所述轴承凸缘(40)中的径向间隙和轴向间隙，从而可以避免磨损密集的峰值应力并且可以牢固地安装机动车辆的转向杆(14)。

Description

转向头轴承装置
技术领域
本发明涉及转向头轴承装置，借助于该转向头轴承装置，可将用于机动车辆的车轮模块的转向杆可旋转地安装在机动车辆中。
背景技术
CN 206679065 U提供了一种具有车轮模块的机动车辆，其中车轮模块的车轮可围绕竖直转向轮轴旋转90°，以便即使在狭窄的停车空间也能够停放机动车辆。
一直需要牢固地安装机动车辆的转向杆。
发明内容
本发明的目的是展示能够牢固地安装机动车辆的转向杆的措施。
根据本发明，通过具有权利要求1的特征的转向头轴承装置来实现该目的。在从属权利要求和下文的描述中指定了本发明的优选实施例，其中的每个均可单独地或组合地代表本发明的一个方面。
根据本发明，提供了一种用于安装用于机动车辆的车轮模块的转向头轴承装置，该转向头轴承装置设置有：转向杆，该转向杆可连接到转向致动器和叉臂；以及轴承凸缘，该轴承凸缘可与机动车辆的支撑框架直接地或间接地连接以供转向杆通过；第一滚子轴承，该第一滚子轴承布置在轴承凸缘中以用于将转向杆安装在轴承凸缘中；第二滚子轴承，该第二滚子轴承布置在轴承凸缘中以用于将转向杆安装在轴承凸缘中；以及保持环，该保持环旋拧到转向杆上以用于使第二滚子轴承抵靠第一滚子轴承偏置。
借助于旋拧到转向杆上的保持环，可将第二滚子轴承压向第一滚子轴承，从而使滚子轴承形成接触安装，其中滚子轴承彼此抵靠偏置而无轴向间隙。为此，可将第一滚子轴承例如以外环在外侧径向地支撑在轴承凸缘的肩部上，同时可将第一滚子轴承的内环支撑在转向杆的插入到轴承凸缘中的肩部上。可将第二滚子轴承的外环在外侧径向地支撑在肩部上，与第一滚子轴承在轴向方向上间隔开足够远的距离。保持环(其特别地以轴螺母的方式拧紧)可在一定螺杆长度之后紧靠第二滚子轴承的内环并且可在进一步拧紧保持环时带动第二滚子轴承的内环。由此可以消除滚子轴承之间的轴向间隙。在这种情况下，转向杆可在轴承凸缘的方向上(特别地，也克服了重力)从保持环中拉出，由此可将第一滚子轴承无间隙地夹在转向杆和轴承凸缘之间。轴承凸缘尤其优选地设计为紧固到支撑框架，特别地紧固到支撑框架的纵向构件和/或横向构件。因此，轴承凸缘可很容易具有对应于支撑框架的厚度或超过支撑框架的厚度的轴向伸出，特别地在竖直方向上。轴承凸缘的这种轴向伸出使得滚子轴承之间能够具有相对大的轴向距离。滚子轴承之间的大的轴向距离最大程度地减少了转向杆在轴承凸缘中的倾斜，例如因径向间隙引起的倾斜。为此，滚子轴承特别地设计为角接触球轴承、锥形滚子轴承或圆锥滚针轴承。通过借助于拧紧的保持环使基本上间隔开的滚子轴承彼此抵靠偏置，可以大幅度地消除转向杆在轴承凸缘中的径向间隙和轴向间隙，从而可以避免磨损密集的峰值应力并且可以牢固地安装机动车辆的转向杆。
特别地，在保持环的背向滚子轴承的后部上布置有用于检测转向杆的旋转角度的旋转角度传感器。在拧紧的保持环消除了滚动轴承的轴向间隙之后，转向杆的轴端仍然从保持环突出。这里，转向杆的轴端的轴向伸出被选择得足够长，以使得保持环能够被拧紧并且优选地能够与转向致动器形成连接，特别地正向连接。转向杆的轴端的这个自由轴向距离可用于提供角度传感器。在这种情况下，可在转向杆的轴向区域中设置旋转角度传感器，该轴向区域无论如何都存在并且在该轴向区域中为旋转角度传感器预留了足够的安装空间。因此，基本上可以安装旋转角度传感器而无需任何额外的安装空间。特别地，旋转角度传感器可光学地检测可旋转的转向杆相对于固定的轴承凸缘的旋转角度位置。车轮模块的车轮相对于正前方位置所呈现的角度基本上对应于转向杆的角度位置和/或可从转向杆的角度位置确定。这使得很容易经由转向杆来控制车轮的期望的转向位置。
旋转角度传感器优选地具有在转向杆的轴向方向上对准的扫描方向。因此，旋转角度传感器不需要在径向方向上对准，以便光学地扫描转向杆的外表面。从而可以避免由形成在用于保持环的转向杆的外表面上的外螺纹引起的旋转角度传感器的扫描误差。相反，旋转角度传感器可扫描从转向杆径向突出的部件。
旋转角度传感器尤其优选地连接到轴承凸缘，其中旋转角度传感器光学地扫描保持环的后部。这利用了以下知识，即保持环在滚子轴承被偏置之后以旋转固定的方式旋拧到转向杆上，使得保持环相对于轴承凸缘的角度位置对应于转向杆相对于轴承凸缘的角度位置。此外，不需要用保持环的背部来偏置滚子轴承，使得可以很容易在保持环的后部粘贴光学标记，可通过旋转角度传感器的扫描方向来识别光学标记。因此，保持环还可起到测量旋转角度的作用。可省去单独的传感器盘，从而节省了制造成本和安装空间。
特别地，将用于居中接纳可连接到转向杆的转向致动器的安装凸缘连接到轴承凸缘，其中安装凸缘至少部分地覆盖旋转角度传感器和/或传感器接纳环，该传感器接纳环轴向地和/或径向地接纳旋转角度传感器。安装凸缘可例如通过旋拧而紧固到轴承凸缘。为此，轴承凸缘和安装凸缘在紧固点处需要一定的最小厚度，以便实现稳定而牢固的紧固。轴承凸缘已经具有足够的轴向伸出，以在彼此之间的足够距离处容纳滚子轴承。在与轴承凸缘的紧固点的区域中，安装凸缘在轴向方向上的厚度可大于使转向致动器居中所需的厚度。安装凸缘的这个轴向伸出可用于以盖的方式至少部分地覆盖旋转角度传感器。因此，可使保持环和旋转角度传感器的区域中的突出超过滚子轴承的轴承凸缘的轴向伸出相应地更短，由此可以节省轴向安装空间。因此，不仅通过轴承凸缘而且通过安装凸缘以节省空间的方式保护旋转角度传感器或接纳旋转角度传感器的传感器接纳环免受环境影响。
优选地设置了清洁元件，用于机械地清洁旋转角度传感器和/或保持环。当转向杆相对于轴承凸缘旋转时，连接到旋转角度传感器或传感器安装环或轴承凸缘的清洁元件可相对于保持环进行相对运动。在这种情况下，可在保持环后部的光学标记上方引导清洁元件(其例如被设计为刷子)，因此可以除去可能损害旋转角度传感器的光学扫描的污染物。因此，清洁元件(其例如以刷子形式设计)可被紧固到保持环并且可在进行相对旋转时除去旋转角度传感器上(特别地光敏元件上)的污染物。这使得能够在较长的操作周期内高精度地测量旋转角度。
尤其优选的是，一种用于将转向运动引入转向杆的转向致动器与转向杆基本上同轴地设置，其中转向致动器特别地经由端面齿(Hirth toothing)与转向杆正向联接。该转向致动器的驱动轴可容易且节省安装空间地连接到转向杆。可避免驱动轴和转向杆的径向伸出的凸缘，从而可以节省凸缘所需的空间。
特别地，转向杆与轴承凸缘一起在轴承凸缘的下部轴向侧上在重力方向上形成迷宫式密封件，特别地，其中该迷宫式密封件具有插入在环形沟槽中的环形腹板。迷宫式密封件可很容易保持因重力诸如磨损而掉落的污染物。可以消除弹性密封件。
优选地，转向杆基本上竖直地取向，特别地，其中转向杆的转向轮轴相对水平基座的转向头角度α为70°≤α≤95°，特别地75°≤α≤93°，优选地80°≤α≤90°，并且尤其优选地85°≤α≤88°。由于转向轮轴的尤其急剧的对准，可以很容易实现尤其大的转向角度。这使得在尤其急的弯道行驶成为可能。甚至很容易实现，机动车辆不仅基本上在纵向方向上，而且甚至在横向方向上的行驶。这使得可以在没有纵向方向上的机动距离的情况下，在尤其狭窄的停车空间停车。
本发明还涉及一种用于机动车辆特别是多轨道乘用车的车轮模块，该车轮模块具有：车轮，该车轮用于使机动车辆行进；转向头轴承装置，该转向头轴承装置可如上所述设计和开发，以用于将转向杆安装在机动车辆的支撑框架上；叉臂，该叉臂连接到转向杆以形成相对于车轮径向偏离的铰接点；摇臂，该摇臂可枢转地连接到叉臂的铰接点并且可枢转地连接到车轮；以及减震器，该减震器连接到摇臂和叉臂以衰减车轮的相对运动的振动。通过借助于拧紧的保持环使转向头轴承装置的基本上间隔开的滚子轴承彼此抵靠偏置，可以大幅度地消除转向杆在轴承凸缘中的径向间隙和轴向间隙，从而可以避免磨损密集的峰值应力并且可以牢固地安装机动车辆的转向杆。
附图说明
在下文中，参考使用了优选的示例性实施例的附图，通过示例的方式对本发明进行说明，下文示出的特征能够单独地和组合地代表本发明的一个方面。在附图中：
图1：示出了车轮模块的示意图，
图2：示出了图1的车轮模块的实施例的示意性透视图，并且
图3：示出了图2的车轮模块的转向头轴承装置的示意性剖面图。
具体实施方式
图1所示的用于设计为多轨道乘用车(multi-track passenger car)的机动车辆的车轮模块10具有转向杆14，该转向杆可通过转向致动器12旋转。转向杆14可经由转向头轴承装置16直接地或间接地可旋转地安装在机动车辆的支撑框架18上，特别地，其中转向杆14例如通过轴向轴承固定不动地安装在转向杆14的轴向方向上。叉臂20附接到转向杆14并且在待转向的车轮模块10的车轮22的旋转轴线38的水平面上形成铰接点24。在铰接点24处，摇臂26以枢转的方式连接到车轮22，由此摇臂26在其另一端以铰接且同轴的方式连接到车轮22。减震器28附接到车轮22和/或摇臂26，该减震器在其另一端附接到转向杆14和/或叉臂20。在所示的示例性实施例中，在减震器28和转向杆14之间设置有水平控制装置30。特别地，可由轮毂驱动器32驱动车轮22和/或使车轮减速。
如图2所描绘的，紧固凸耳34可从转向杆14(该转向杆被设计为中空轴)径向突出，减震器28以及任选地叉臂20附接到该转向杆。这使得可以将减震器28和/或叉臂20轴向地布置在车轮22的旁边。转向轮轴36(特别地，其为基本上竖直的)完全在车轮22的旋转轴线38的前方延伸，使得即使车轮22的直径不同，转向轮轴36也在旋转轴线38的前方作为正切延伸穿过车轮22。这确保了车轮22的正后倾角。当转向致动器12使车轮22旋转时，可带动以节省安装空间的方式布置在车轮22旁边的减震器28，使得转向杆14的转向角度不受减震器28的限制。因此，原则上，车轮22可执行任何数量的旋转。
图3中所详细描绘的转向头轴承装置16具有紧固到支撑框架18的轴承凸缘40，在该支撑框架中可旋转地安装有转向杆14。为此，设置了下部第一滚子轴承42和上部第二滚子轴承44，它们各自被压入轴承凸缘40中。在转向杆14的面向转向致动器12的轴端上拧紧了保持环46，该保持环将第二滚子轴承44压到第一滚子轴承42上，从而使滚子轴承42、44彼此抵靠无间隙地偏置。这里，在轴承凸缘40的下端处，转向杆14的肩部克服重力被拉到轴承凸缘40上，使得第一滚子轴承42可被无间隙地夹在转向杆14和轴承凸缘40之间，并且轴承凸缘40和相对可旋转的转向杆14可形成迷宫式密封件48。在保持环46的背向滚子轴承42、44的后部上，在轴向方向上距保持环46的微小距离处设置有旋转角度传感器52(该旋转角度传感器由传感器接纳环50接纳)。旋转角度传感器可在轴向方向上对准并且可例如借助于光电元件来扫描在保持环46的后部上的光学标记。安装凸缘54被旋拧到轴承凸缘40的上端，借助该安装凸缘可将转向致动器12居中和/或紧固。安装凸缘54可以盖的方式至少部分地覆盖传感器安装环50和旋转角度传感器52。转向致动器12具有电动马达56，该电动马达可经由齿轮级58驱动输出轴60，该电动马达继而经由端面齿62正向联接到转向杆14，以便能够使车轮模块10的车轮22转动由旋转角度传感器30监视的转向角度。
附图标记说明
10 车轮模块
12 转向致动器
14 转向杆
16 转向头轴承装置
18 支撑框架
20 叉臂
22 车轮
24 铰接点
26 摇臂
28 减震器
30 水平控制装置
32 轮毂驱动器
34 紧固凸耳
36 转向轮轴
38 旋转轴线
40 轴承凸缘
42 第一滚子轴承
44 第二滚子轴承
46 保持环
48 迷宫式密封件
50 传感器接纳环
52 旋转角度传感器
54 安装凸缘
56 电动马达
58 齿轮级
60 输出轴
62 端面齿。

Claims (10)

1.一种用于安装用于机动车辆特別是多轨道乘用车的车轮模块(10)的转向头轴承装置，所述转向头轴承装置具有
转向杆(14)，所述转向杆可连接到转向致动器(12)和叉臂(20)，
轴承凸缘(40)，所述轴承凸缘可直接或间接地连接到所述机动车辆的支撑框架(18)以供所述转向杆(14)通过，
第一滚子轴承(42)，所述第一滚子轴承布置在所述轴承凸缘(40)中以用于将所述转向杆(14)安装在所述轴承凸缘(40)中，
第二滚子轴承(44)，所述第二滚子轴承布置在所述轴承凸缘(40)中以用于将所述转向杆(14)安装在所述轴承凸缘(40)中，以及
保持环(46)，所述保持环旋拧到所述转向杆(14)上以用于使所述第二滚子轴承(44)抵靠所述第一滚子轴承(42)偏置。
2.根据权利要求1所述的转向头轴承装置，其特征在于，在所述保持环(46)的背向所述滚子轴承(42、44)的后部上布置有用于检测所述转向杆(14)的旋转角度的旋转角度传感器(52)。
3.根据权利要求2所述的转向头轴承装置，其特征在于，所述旋转角度传感器(52)具有在所述转向杆(14)的轴向方向上对准的扫描方向。
4.根据权利要求2或3所述的转向头轴承装置，其特征在于，所述旋转角度传感器(52)连接到所述轴承凸缘(40)，其中所述旋转角度传感器(52)光学地扫描所述保持环(46)的后部。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的转向头轴承装置，其特征在于，将用于居中接纳可连接到所述转向杆(14)的转向致动器(12)的安装凸缘(54)连接到所述轴承凸缘(40)，其中所述安装凸缘(54)至少部分地覆盖所述旋转角度传感器(52)和/或传感器接纳环(50)，所述传感器接纳环轴向地和/或径向地接纳所述旋转角度传感器(52)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转向头轴承装置，其特征在于，设置有用于对所述旋转角度传感器(52)和/或所述保持环(46)进行机械清洁的清洁元件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转向头轴承装置，其特征在于，用于将转向运动引入所述转向杆(14)中的转向致动器(12)与所述转向杆(14)基本上同轴地设置，其中所述转向致动器(12)特别地经由端面齿(Hirth toothing)(62)与所述转向杆(14)正向联接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转向头轴承装置，其特征在于，所述转向杆(14)与所述轴承凸缘(40)一起在所述轴承凸缘(40)的下部轴向侧上在重力方向上形成迷宫式密封件(48)，特别地，其中所述迷宫式密封件(48)具有插入在环形沟槽中的环形腹板。
9.根据权利要求1或8中任一项所述的转向头轴承装置，其特征在于，所述转向杆(14)基本上竖直地取向，特别地，其中所述转向杆(14)的转向轮轴(36)相对水平基座的转向头角度α为70°≤α≤95°，特别地75°≤α≤93°，优选地80°≤α≤90°，并且特别优选地85°≤α≤88°。
10.一种用于机动车辆特别是多轨道乘用车的车轮模块，所述车轮模块具有
车轮(22)，所述车轮用于使所述机动车辆移动，
根据权利要求1至9中任一项所述的转向头轴承装置(16)，所述转向头轴承装置用于将转向杆(14)安装在所述机动车辆的支撑框架(18)上，
叉臂(20)，所述叉臂连接到所述转向杆(14)以形成与所述车轮(22)径向偏离的铰接点(24)，
摇臂(26)，所述摇臂铰接到所述叉臂(20)的所述铰接点(24)并且铰接到所述车轮(22)，以及
减震器(28)，所述减震器连接到所述摇臂(26)和所述叉臂(20)以用于衰减所述车轮(22)相对运动的振动。
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