DE102004049296A1

DE102004049296A1 - In einem Radträger gelagerte Nabeneinheit für ein Rad eines zweispurigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102004049296A1
Application number: DE200410049296
Authority: DE
Inventors: Roland Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-10-09
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2006-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in einem Radträger gelagerte Nabeneinheit für ein Rad eines zweispurigen Fahrzeugs mit einem um die Radachse drehbar gelagerten Radflansch, die unter Zwischenschaltung eines kreiszylindrischen Verstellringes, dessen Zylinderachse zur Achse des Rades schräg gestellt ist, gegenüber dem Radträger um diese Zylinderachse drehbar im Radträger gelagert ist. Vorzugsweise ist der Verstellring in einem Komplementärring gelagert, der den Verstellring umgibt und diesem geometrisch derart angepasst ist, dass der Verstellring um seine Zylinderachse gegenüber dem Komplementärring drehbar ist und dass der Komplementärring um eine so genannte Neutralachse, die in einer Grundposition des Verstellringes mit der Radachse zusammenfällt, drehbar letztlich im Radträger gelagert ist. Über eine Verdrehung dieser Ringe sind Sturz und/oder Spur des Rades einstellbar, und zwar über eine Verstelleinheit zum Verdrehen des Verstellringes und/oder des Komplementärringes. Zusätzlich kann der Verstellring und/oder der Komplementärring derart gelagert sein, dass mit einer einen negativen Radsturz erzeugenden oder vergrößernden Verdrehung des Verstellringes eine Verlagerung des Radflansches nach außen - annähernd in Richtung der Radachse - erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine in einem Radträger gelagerte Nabeneinheit für ein Rad eines zweispurigen Fahrzeugs mit einem um die Radachse drehbar gelagerten Radflansch. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 100 08 182 B4 verwiesen und daneben auf die DE 100 45 956 A1 .

Wichtige fahrwerksgeometrische Kenngrößen bei einem Kraftfahrzeug, bspw. PKW, sind u.a. Spur und Sturz (bzw. Spurwinkel und Sturzwinkel) der Fahrzeug-Räder. Üblicherweise sind diese Kenngrößen bei nicht aktiv lenkbaren Fahrzeugrädern durch die Auslegung der Radaufhängung bzw. Radführung vorgegeben, wobei sich diese Kenngrößen bekanntlich abhängig vom jeweiligen Fahrzustand und somit von der aktuellen Lage der radführenden Lenker ändern können. Auch wurde bereits vorgeschlagen, diese Kenngrößen gezielt einstellbar zu verändern, und zwar mittels in ihren Abmessungen oder in ihrer Position gezielt veränderbarer Lenker. Hierfür zeigt die eingangs zweitgenannte DE 100 45 956 A1 eines von vielen Beispielen.

Die bekannten Ausführungen zur Einstellung von Radsturz und/oder Spur (letzteres insbesondere an nicht lenkbaren Rädern) sind jedoch relativ aufwändig bzw. benötigen relativ viel Bauraum, weshalb hiermit eine andere Möglichkeit zur gezielten Veränderung von Rad-Sturz und/oder -Spur aufgezeigt werden soll (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine in einem Radträger gelagerte Nabeneinheit für ein Rad eines zweispurigen Fahrzeugs (nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1) dadurch gekennzeichnet, dass die Nabeneinheit unter Zwischenschaltung eines kreiszylindrischen Verstellringes, dessen Zylinderachse zur Achse des Rades schräg gestellt ist, gegenüber dem Radträger um diese Zylinderachse drehbar im Radträger gelagert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Es wurde erkannt, dass praktisch am Rade selbst, d.h. zwischen einem Radträger und dem in diesem drehbar gelagerten Radflansch, an welchem das Rad befestigt ist, eine geeignete Vorrichtung zur Verstellung von Sturz und/oder Spur eingebaut werden kann, wodurch sich eine äußerst kompakte Anordnung ergibt. Aufwändige Maßnahmen an den (weiterhin vorhandenen) radführenden Lenkern oder dgl. sind somit nicht erforderlich. Erreicht werden kann eine Sturz- bzw. (Vor)Spur-Verstellung gemäß vorliegender Erfindung, indem zwischen einer Nabeneinheit, die den Radflansch (und somit das Rad) trägt und dem sog. Radträger, an dem üblicherweise die radführenden Lenker angelenkt sind, zumindest ein zur Radachse schräggestellter kreiszylindrischer sog. Verstellung verdrehbar angeordnet wird. Wird dieser Verstellring um seine Zylinder-Achse verdreht, so beschreibt die Radachse eine Kegelfläche. Dies bedeutet für die angestrebte Funktion, dass sich Radsturz und Spurwinkel gleichzeitig und abhängig voneinander verändern.

Um den Radsturz und den Spurwinkel unabhängig voneinander verstellen zu können, kann der Verstellung in einem zweiten, in seiner Gestalt entsprechend angepassten sog. Komplementärring gelagert sein, der mit seiner äußeren Mantelfläche drehbar im Radträger gelagert ist, und zwar um eine sog. Neutralachse. Dabei fällt in einer sog. Grundposition des Verstellringes, in welcher für den Rad-Sturz und für den Spurwinkel Normalwerte oder Grundwerte vorliegen, die Neutralachse als Drehachse des Komplementärrings, um die dieser verdrehbar (direkt oder indirekt) im Radträger gelagert ist und die das Zentrum für eine Lageraufnahme für den Komplementärring bildet, mit der Rad-Achse zusammen. Verdreht man (bspw. ausgehend von dieser Grundposition) den Verstellung und den Komplementärring gleichzeitig und gegensinnig jeweils um den gleichen Drehwinkel, so beschreibt die Radachse einen ebenen Schwenkwinkel. Ein ebener Schwenkwinkel eignet sich aber offensichtlich sowohl für eine unabhängige Radsturzverstellung als auch für eine unabhängige Spurwinkelverstellung, d.h. Lenkbewegung.

All dies (und weiteres) lässt sich am besten anhand der beigefügten Prinzipskizzen erläutern, in denen – auf das wesentliche reduziert – ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit eines Radträgers mit Nabeneinheit sowie mit den hiermit vorgeschlagenen Ringen dargestellt ist. Dabei zeigt 1 in einer räumlichen Ansicht und 2 in ebener Darstellung einen Schnitt durch diese Baueinheit, während aus den in 3 enthaltenen Abbildungen aus einem Kinematikmodell hervorgeht, dass ein gleichzeitiges, gegensinniges Verdrehen dieser vorgeschlagenen Ringe zu einem ebenen Schwenken der Radachse führt. 4 schließlich zeigt eine beispielhafte Darstellung für den Antrieb des Systems in Form eines mechanischen Mischers. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
Zunächst auf die 1, 2 Bezug nehmend ist mit der Bezugsziffer 1a ein (üblicher) Radflansch gekennzeichnet, an dem ein nicht dargestelltes Rad eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Dieser Radflansch 1a ist Bestandteil einer Nabeneinheit 1 und ist in einem Nabenkörper 1b um die Achse 2 des Radflansches 1a bzw. des daran befestigten Rades verdrehbar gelagert. Die Nabeneinheit 1 ist in einem Radträger 3 gelagert, der in üblicher Weise über nicht dargestellte Lenker oder dgl. letztlich gegenüber dem nicht dargestellten Fahrzeug-Aufbau geführt ist und an dem der Fahrzeug-Aufbau über eine ebenfalls nicht dargestellte Tragfeder abgestützt ist.
Jedoch ist die Nabeneinheit 1 nicht direkt, sondern unter Zwischenschaltung eines kreiszylindrischen sog. Verstellringes 4, dessen Zylinderachse 4a zur Achse 2 des Rades bzw. Radflansches 1a schräg gestellt ist, gegenüber dem Radträger 3 um diese Zylinderachse 4a drehbar letztlich im Radträger 3 gelagert. Das Wort „letztlich" verdeutlicht, dass beim hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der sog. Verstellring 4 nicht direkt im Radträger 3 gelagert ist – was grundsätzlich auch möglich ist -, sondern hier unter Zwischenschaltung eines sog. Komplementärringes 5. Der Verstellring 4 ist also in einem Komplementärring 5 gelagert, der den Verstellring 4 umgibt und diesem geometrisch derart angepasst ist, dass der Verstellring 4 um seine Zylinderachse 4a gegenüber dem Komplementärring 5 drehbar ist, der seinerseits um eine sog. Neutralachse 5a drehbar im Radträger 3 gelagert ist. Wie die 1 und 2 zeigen, bedeutet die besagte „geometrische Anpassung" des Komplementärringes 5, dass dessen Innenfläche parallel zur (gegenüber der Rad-Achse 2 schräg gestellten) Zylinderachse 4a des Verstellringes 4 verläuft, während die Außenfläche des Komplementärringes 5, über die dieser im Radträger 3 gelagert ist, zur sog. Neutralachse 5a des Komplementärringes 5 parallel ist. Dabei fällt in der in den 1,2 dargestellten Position des Verstellringes 4, die als sog. Grundposition bezeichnet wird, die Neutralachse 5a mit der Rad-Achse 2 zusammen. In dieser Grundposition des Verstellringes 4 nehmen der Rad-Sturz und der Spurwinkel jeweils einen bestimmten Normalwert oder Grundwert an.
Drehbar gelagert ist der Verstellring 4 in bzw. gegenüber dem Komplementärring 5 über ein geeignetes bzw. übliches Vierpunktlager 6 oder dgl., während zur drehbaren Lagerung des Komplementärringes 5 in bzw. gegenüber dem Radträger 3 zwischen diesen Elementen ein geeignetes Kugellager 7 oder ein auch ein Kugelumlauftrieb vorgesehen ist, worauf an späterer Stelle noch näher eingegangen wird. Figürlich dargestellt ist ferner eine mit dem Radflansch 1a drehfest verbundene Antriebswelle 8.
Aus 2 wird die Neigung der Zylinderachse 4a gegenüber der Rad-Achse 2 besonders gut ersichtlich. Verständlich wird hieraus auch, dass mit einem Verdrehen nur des Verstellzylinders 4 um die Achse 4a die Naben einheit 1 (und somit auch der Radflansch 1a) derart relativ zur Neutralachse 5a quasi „gekippt" oder verschwenkt wird, dass sich der Sturzwinkel und der Spurwinkel ändern. (Lediglich der Vollständigkeit halber sei erläutert, dass – wie allgemein bekannt – der in 2 dargestellte Winkel α zwischen der Ebene des Radflansches 1 und der in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Vertikalebene der Sturzwinkel ist, wenn 2 die in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Vertikalebene (bezüglich des Fahrzeugs) wiedergibt, während dann, wenn 2 die in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Horizontalebene wiedergibt, der dargestellte Winkel α der gegenüber der Fahrzeug-Längsrichtung gemessene Spurwinkel ist).
Wird alleine der Verstellring 4 ausgehend von der figürlich dargestellten Position um seine Zylinder-Achse 4a verdreht, so wird die Rad-Achse 2 hierbei auf einer Kegelfläche verlagert. Dies hat zur Folge, dass sich der Rad-Sturz und der Spurwinkel gleichzeitig und abhängig voneinander verändern. Werden hingegen der Verstellring 4 (um seine Zylinder-Achse 4a) und der Komplementärring 5 (um die Neutralachse 5a) gleichzeitig und gegensinnig zueinander um den gleichen Drehwinkel verdreht, so beschreibt die Rad-Achse 2 einen ebenen Schwenkwinkel. Ein ebener Schwenkwinkel eignet sich sowohl für eine unabhängige Radsturzverstellung als auch für eine unabhängige Spurwinkelverstellung, d.h. Lenkbewegung. Die Darstellungen in 3 aus einem Kinematikmodell zeigen, dass ein gleichzeitiges, gegensinniges Verdrehen von Verstellring 4 und Komplementärring 5 zu einem ebenen Schwenken der Rad-Achse 2 führt. Selbstverständlich ist mit einer entsprechenden Kombination der Drehbewegungen des Verstellringes 4 und des Komplementärringes 5 auch eine Kombination aus Sturzverstellung und Spurverstellung (= Lenkbewegung) darstellbar.
Ist eine solchermaßen gestaltete Lagerung für eine Nabeneinheit 1 sowohl am rechten als auch am linken Rad eines zweispurigen Fahrzeugs vorgesehen, so kann also der Radsturz, der Lenkwinkel und die Vorspur verstellt werden. Der Drehpunkt einer solchen Verstellung befindet sich nahe der Radmitte, was im besonderen bei einer Sturzverstellung einen möglicherweise unerwünschten Nebeneffekt haben kann. Eine Verstellung beispielsweise des kurvenäußeren Rades in Richtung negativen Sturzes hat nämlich zur Folge, dass das Rad im oberen Bereich nach innen in Richtung Radhaus schwenkt, was möglicherweise zu Freiraumproblemen führen kann. Andererseits schwenkt das Rad im unteren Bereich nach außen, was vorteilhafterweise einer Spurverbreiterung entspricht, sofern nicht das Rad auf der anderen Fahrzeugseite gleichzeitig in positiven Sturz geht.
Zur Vermeidung der soeben genannten Freiraumprobleme kann daher gewünscht sein, den Drehpunkt der Rad-Bewegung in Vertikalrichtung nach oben oder nach unten zu verschieben, letzteres bspw. im Falle anderer räumlicher Engstellen oder zur Erzielung anderer Vorteile, die aus einem nahe der Radaufstandsfläche liegenden Drehpunkt resultieren, so bspw. niedrigere Verstellkräfte sowie allenfalls minimale Spurweitenänderungen und Aufstützeffekte. Eine Möglichkeit zur Verlagerung des Drehpunktes der Rad-Bewegung in Vertikalrichtung besteht darin, den Lagerabschnitt zwischen dem Komplementärring 5 und dem Radträger 3 nicht als reines Drehlager (bspw. wie gezeigt in Form eines einfachen mehrreihigen Kugellagers 7) auszuführen, sondern beispielsweise durch Verwendung eines Kugelumlauftriebs einer Drehbewegung des Komplementärringes 5 um seine Neutralachse 5a eine zusätzliche axiale Bewegung (des selben) nach außen zu überlagern. Dadurch ergibt sich ein virtueller Drehpunkt, der je nach Steigungsrichtung über oder unterhalb der Rad-Achse 2 liegen kann, bzw. durch eine Verlagerung nach außen können räumliche Engpässe vermieden werden. Grundsätzlich kann eine solche Axialbewegung im übrigen auch im Lagerbereich zwischen dem Verstellung 4 und dem Komplementärring 5 generiert werden, dann allerdings mit einer zusätzlichen schrägen Komponente. Allgemein kann also der Verstellung 4 und/oder der Komplementärring 5 derart gelagert sein, dass insbesondere mit einer einen negativen Radsturz erzeugenden oder vergrößernden Verdrehung des Verstellringes 4 eine Verlagerung des Radflansches 1a nach außen – annährend in Richtung der Radachse 2 – erfolgt.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend ist hierin stark abstrahiert eine Verstelleinheit 10 zum Verdrehen des Verstellringes 4 und/oder des Komplementärringes 5 dargestellt. Diese Verstelleinheit 10 ist als sog. mechanischer Mischer ausgebildet und besitzt einen um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Schwenkachse 11 gemäß Pfeilrichtung 12 verschwenkbaren als auch linear gemäß Pfeilrichtung 13 (hier horizontal) verlagerbaren Aktuator 14. An diesem Aktuator 14, dessen Verlagerung bzw. Verschwenkbewegung bspw. elektromotorisch initiiert werden kann, ist oberhalb und unterhalb, d.h. allgemein beidseitig der Schwenkachse 11 je eine Schub-Zug-Stange 15a bzw. 15b angelenkt. Die Schub-Zug-Stange 15a ist mit ihrem anderen Ende am Komplementärring 5 und die Schub-Zug-Stange 15b ist mit ihrem anderen Ende am Verstellring 4 angelenkt, die in dieser Figur in einer Aufsicht dargestellt sind, so dass die Neutralachse 5a exakt und die Rad-Achse 2 im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Ein Verschwenken des Aktuators 14 gemäß Pfeilrichtung 12 bewirkt somit einen ebenen Schwenk der Radachse 2 bspw. zur Radsturz-Verstellung. Ein Verschieben des Aktuators 14 gemäß Pfeilrichtung 13 bewirkt eine überlagerte Bewegung des Radflansches bzw. der Rad-Achse 2, also bspw. ein Lenken oder Vorspuränderung.
Anstelle eines derartigen Mischers als Aktuator 14 bzw. als Verstelleinheit 10 können selbstverständlich auch zwei separate Aktuatoren eingesetzt werden, die entsprechend angesteuert werden. Selbstverständlich ist eine solche Anordnung auch an nicht angetriebenen Rädern möglich, wie überhaupt eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

In einem Radträger (3) gelagerte Nabeneinheit (1) für ein Rad eines zweispurigen Fahrzeugs mit einem um die Radachse (2) drehbar gelagerten Radflansch (1a), dadurch gekennzeichnet, dass die Nabeneinheit (1) unter Zwischenschaltung eines kreiszylindrischen Verstellringes (4), dessen Zylinderachse (4a) zur Achse (2) des Rades schräg gestellt ist, gegenüber dem Radträger (3) um diese Zylinderachse (4a) drehbar im Radträger (3) gelagert ist.
Radträger mit einer Nabeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellring (4) in einem Komplementärring (5) gelagert ist, der den Verstellring (4) umgibt und diesem geometrisch derart angepasst ist, dass der Verstellring (4) um seine Zylinderachse (4a) gegenüber dem Komplementärring (5) drehbar ist, und dass der Komplementärring (5) um eine sog. Neutralachse (5a), die in einer Grundposition des Verstellringes (4) mit der Radachse (2) zusammenfällt, drehbar letztlich im Radträger (3) gelagert ist.
Radträger mit einer Nabeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellring (4) und/oder der Komplementärring (5) derart gelagert sind, dass insbesondere mit einer einen negativen Radsturz erzeugenden oder vergrößernden Verdrehung des Verstellringes (4) eine Verlagerung des Radflansches (1a) nach außen – annährend in Richtung der Radachse (2) – erfolgt.
Radträger mit einer Nabeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verstelleinheit (10) zum Verdrehen des Verstellringes (4) und/oder des Komplementärringes (5).