DE102005035911A1

DE102005035911A1 - Gelenkanordnung

Info

Publication number: DE102005035911A1
Application number: DE102005035911A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Buhl; Wolfgang Kleiner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-04-05
Also published as: WO2007012323A1; KR20080027893A; JP2009503381A; CN101233002A; BRPI0614922A2; AU2006274331A1; RU2008107112A; US20090016809A1

Abstract

Eine Gelenkanordnung (8) mit einem zumindest axial und auf Biegung beanspruchbaren Gelenk (15; 22), das eine äußere Gelenkschale (17; 25) und einen gegenüber dieser beweglichen inneren Gelenkkörper (16; 23) umfaßt, wird so ausgebildet, daß die Gelenkachse (A1) beabstandet (e) zu der zentral im Gelenk (15; 22) gelegenen Mittenachse (A2) gelegen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenkanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen Gelenkanordnung.
In Kraftfahrzeugfahrwerken sind an mehreren Stellen zur Verbindung von gegeneinander beweglichen Teilen im Fahrwerk oder in der Lenkung Gelenkanordnungen vorgesehen. Dabei müssen Toleranzen der jeweiligen Bauteile ausgeglichen werden, indem die Lage und/oder Ausrichtung der Gelenkanordnung entsprechend diesen Toleranzen angepaßt wird.
Beispielsweise ist zur Verbindung eines unteren Querlenkers mit dem daran gehaltenen Radträger bekannt, an dem ausgreifenden Ende des Querlenkers eine Gelenkanordnung festzulegen, wobei hierfür die Gelenkanordnung an einer mit drei Langlöchern versehenen Halterungsplatte fest montiert ist. Diese ist dann mit dem Querlenkerende verschraubbar, wobei sich über die Langlöcher eine Justagemöglichkeit ergibt. Der von der Halterungsplatte aufragende Gelenkzapfen durchgreift den Radträger und ist oberhalb von diesem durch eine Schraubverbindung sicherbar.
Eine solche Ausrichtung über mehrere Schrauben in Langlöchern bedeutet einen hohen Montageaufwand.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Verbesserung des Toleranzausgleichs bei der Lage und/oder Ausrichtung von Gelenkanordnungen eines Kraftfahrzeugfahrwerks zu erreichen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenkanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 2 bis 10 verwiesen.
Dadurch, daß in der Gelenkanordnung die Gelenkachse beabstandet zu der zentral im Gelenk gelegenen Mittenachse gelegen ist, kann ein Toleranzausgleich stattfinden. Es können Abweichungen von der vorgesehen Lage der Gelenkachse dadurch ausgeglichen werden, daß die Gelenkachse, die bisher mit der die Mittenachse zusammenfiel, derart beabstandet eingebaut wird, daß die Gelenkachse die unter Berücksichtigung der Toleranzen optimale Einbaulage einnimmt.
Sofern die Gelenkachse parallel zur Mittenachse gelegen ist, ist die Ausrichtung vereinfacht und berücksichtigt nur Abweichungen in einer lotrecht von der Gelenkachse geschnittenen Ebene.
Wenn besonders vorteilhaft die Exzentrizität der Gelenkachse zur Mittenachse einstellbar und fixierbar ist, kann die Ausrichtung individuell und je nach konkreter Toleranzabweichung während der Montage vorgenommen werden.
Insbesondere kann das Gelenk ein Hülsengelenk mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsbohrung ist, so daß ein an einem zu verbindenden Bauteil fest angeordneter Zapfen in diese eingreifen kann und durch Ausrichtung der exzentrischen Durchgangsbohrung in eine passende Stellung verlagert werden kann.
In einer anderen Anwendung kann das Gelenk als Gelenkkörper einen mit einem in der Gelenkschale beweglichen Kugelkopf umfassen, von dem zum Toleranzausgleich ein Gelenkzapfen exzentrisch ausgeht. Durch Drehung des Gelenkkörpers ist der Querabstand der Aufnahme des Zapfens variabel einstellbar. Diese Einstellung kann bei montiertem Rad vorgenommen und durch Festziehen des nur einen den Zapfen am Querlenker sichernden Befestigungsmittels, zum Beispiel einer Überwurfmutter, fixiert werden. Der Einstellungsaufwand ist somit minimiert.
Bei einem ähnlich aufgebauten Gelenk kann alternativ ein Gelenkzapfen zentrisch zum Zapfen verlaufen, wobei die aufnehmende Gelenkschale selbst um eine Mittenachse herum bewegbar ist.
Eine besonders günstige Anwendung der Erfindung liegt in einem Kraftfahrzeug an der gelenkigen Verbindung zwischen einem ein Rad führenden und/oder tragenden Lenker und einem mit diesem und dem Rad beweglich verbundenen Radträger vorgesehen ist.
Dabei kann insbesondere die Gelenkanordnung in Umkehrung der bisher bekannten Verhältnisse einen starr von dem Radträger auswärts weisenden Zapfen aufnehmen und diesen am Querlenker halten.
Dadurch ist die Befestigung zwischen Radträger und Querlenker bezüglich der Radachse radial nach außen verlegt. In dem Raum zwischen dem Radträger und der Nabe liegt dann kein Befestigungsmittel, hier muß während der Montage oder Demontage nicht eingegriffen werden. Der Ausleger des Radträgers kann damit näher zur Nabe rücken, der Freigang gegenüber dem Felgenhorn ist vergrößert. Diese Vorteilhaftigkeit entfaltet sich insbesondere an einer Mc-Pherson-Achse, bei der der Radträger oberhalb des diesen mit dem Querlenker verbindenden Zapfens von einer Antriebswelle durchgriffen ist, so daß hier der Platzproblematik besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Übersichtszeichnung einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung an einem Lenker eines angetriebenen Rades eines Kraftfahrzeugfahrwerks,
2 eine schematische Explosionszeichnung der Verbindungsteile in 1 mit geschnittenem Hülsengelenk im Querträger,
3 eine Draufsicht auf das in dem Querträger aufgenommene Hülsengelenk nach 2,
4 eine ähnliche Ansicht wie 2, jedoch einer alternativen Anordnung mit einem Kugelgelenk mit einem Zapfen im Querlenker, der über ein einstellbar exzentrisches Widerlager im Radträger fixierbar ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel (1 bis 3) ist ein exzentrisches Hülsengelenk 15 dargestellt:
An dem beispielhaft in 1 gezeigten Ausschnitt eines Fahrwerks ist eine Achse in Mc-Pherson-Anordnung 1 dargestellt, die so prinzipiell auch im zweiten Ausführungsbeispiel Verwendung findet und bei der am oberen Ende eines Radträgers 2 ein Federbein 3 angreift und am unteren Ende des Radträgers 2 ein mit einer Komponente in Richtung Fahrzeugquermitte weisender Ausleger 4 vorgesehen ist, über den der Radträger 3 mit einem das Rad 5, hier angedeutet durch die Felge 6, tragenden oder zumindest führenden Querlenker 7 über eine Gelenk- und/oder Lageranordnung 8 verbunden ist. Der Lenker 7 ist hier als sog. Dreiecksquerlenker ausgebildet und an der Karosserie um eine zumindest nahezu längs zum Fahrzeug liegende Achse 9 schwenkbar angelenkt.
Der Radträger 3 ist von einer Antriebswelle 10 durchdrungen, die ihrerseits von einer Manschette 11 umgeben ist.
Anstelle einer MC-Pherson-Anordnung können auch andere Geometrien verwendet werden. Beispielsweise kann auch eine Anordnung mit einem oberen und einem unteren Querlenker 7 vorgesehen sein. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele mit nur einem unteren Querlenker 7 beschrieben:
Dem Radträger 3 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Zeichnung genau ein von diesem starr auswärts weisender Zapfen 12 zugeordnet, der mit einer Komponente nach unten zum Querlenker 7 weist und an diesem in der Gelenkanordnung 8 aufgenommen ist.
Der Zapfen 12 kann starr mit dem Radträger 3 verbunden sein, zum Beispiel über eine Preßpassung oder Verschweißung in einer dort eingelassenen Ausnehmung gesichert sein. Alternativ kann der Zapfen 12 auch einstückig an den Radträger 3 angeformt sein. In jedem Fall kann die Einheit aus Radträger 3 und Zapfen 12 fertig montiert zum Montageband angeliefert werden.
Je nach Geometrie kann der Zapfen 12 zur Entgegenwirkung gegen eine Vorzugsrichtung der Beanspruchung eine von einer Rotationssymmetrie abweichende Querschnittsgestalt aufweisen, zum Beispiel einen elliptischen oder dreieckigen Querschnitt haben. Auch muß der Zapfen 12, anders, als in 1 dargestellt ist, nicht über seine gesamte Länge einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen, sondern kann zum Beispiel auch kegelförmig, hyperbolisch oder parabolisch verjüngen oder abgestuft sein.
An das bezüglich der Radachse radial auswärts weisende Ende 13 des Zapfens 12 ist ein seine Verbindung mit dem Lenker 7 sicherndes Befestigungsmittel 14 ansetzbar. Hier ist an dem Zapfenende 13 ein Außengewinde vorgesehen, das über eine Mutter 14 sicherbar ist.
In montierter Stellung durchgreift der Zapfen 12 den Lenker 7, so daß das Befestigungselement 14 auf der jenseits des Lenkers 7 gelegenen Seite, hier also auf der Unterseite des Lenkers 7, auf den Zapfen 12 aufsetzbar ist. Damit ist ein Befestigungsmittel, das in den Raum zwischen den Ausleger 4 und die Antriebswelle 11 eingebracht werden müßte, vollständig entbehrlich.
Wie beispielsweise der 3 zu entnehmen ist, kann der Zapfen 12 an dem Querlenker 7 in einer als Hülsengelenk 15 ausgebildeten Gelenkanordnung 8 aufgenommen sein, dessen Gelenkschale 17 in den Querlenker 7 eingepreßt oder mit zum Beispiel einer umlaufenden Schweißnaht eingeschweißt sein oder nur mit diesem verschraubt sein kann. Die genaue Anordnung des Hülsengelenks 15 hängt daher von den jeweiligen Geometrien im Fahrzeug ab.
Um einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen des Querlenkers, seiner Anlenkung, der Karosserie oder weiterer Teile zu ermöglichen, weist das Hülsengelenk 15 eine exzentrische Durchgangsbohrung 18 mit einer Gelenkachse A1 zur Aufnahme des Zapfens 12 auf. Die Gelenkachse A1 ist gegenüber der Mittenachse A2 des Gelenkkörpers 16 um die Exzentrizität e parallel versetzt. Dadurch wird es bei der Montage möglich, zunächst den Radträger 3 mit dem Querlenker 7 zu verbinden, indem der Zapfen 12 durch die Bohrung 18 geführt wird, und anschließend in dieser Verbindungsstellung, in der die Radausrichtung leicht durch Sichtkontrolle überprüfbar ist, eine Feinjustage insbesondere in Fahrzeugquerrichtung vorzunehmen: Der Gelenkkörper 16 des Hülsengelenks 15 weist hierfür an seinem hier unteren Ende einen Außensechskant 19 oder eine andere Ansatzmöglichkeit für ein Werkzeug auf, mit dem der Gelenkkörper 16 so weit verdrehbar ist, bis der eingestellte Radsturz einer Sollvorgabe entspricht. Diese Stellung ist dann dadurch fixierbar, daß die Mutter oder dergleichen Befestigungselement 14 auf das nach unten durchgreifende Zapfenende 13 aufgesetzt und festgezogen wird, wodurch die Unterkante 20 des Auslegers 4 fest mit der Oberkante 21 des Gelenkkörpers 16 verspannt wird.
Die Verwendung einer exzentrischen und einstellbaren Gelenkanordnung 8 erleichtert die Montage und macht es möglich, trotz der Einstellmöglichkeit nur ein Befestigungsmittel 14 anziehen oder zur Demontage lösen zu müssen, was zum Beispiel gegenüber einer Adapterlösung mit mehreren Langlöchern eine erhebliche Arbeitserleichterung und zudem eine Gewichtsverringerung bedeutet.
Das Gelenk 15 ist sowohl axial als auch radial auf Biegung beanspruchbar.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel nach 4 ist ein ebenfalls auf Biegung und axial beanspruchbares Gelenk 22 mit einem Kugelkopf 23 vorgesehen, bei dem der Kugelkopf 23 axial auf dem Zapfen 24 sitzt und zum Beispiel mit dem Querträger 7 verspannt, verschweißt oder in diesen eingepreßt ist. Die am Radträger 3 festgelegte Gewindeschale 25 ist hingegen exzentrisch ausgebildet:
Die Gelenkachse A1 als Mittelachse der Aufnahme 26, die in Verbindungsstellung fluchtend zur Achse des Zapfens 24 und des Kugelkopfs 23 liegt, ist parallel mit einer Exzentrizität e gegenüber der Mittenachse A2 versetzt, die als Mittelpunktachse den von dem Außenumriß der Gewindeschale 25 definierten Kreis lotrecht schneidet.
Auch hier ist in Verbindungsstellung eine Ausrichtung möglich, nämlich indem die Gelenkschale 25 um die Mittenachse A2 herum soweit verdreht wird, daß zum Beispiel der Radsturz der Sollstellung entspricht. Die eingestellte Drehwinkel um die Achse A2 kann dann beispielsweise durch eine seitlich in den Kanal 27 eingreifende Schraube oder auf andere Weise gesichert werden.
Alternativ könnte auch – nicht gezeichnet – die Gelenkschale 25 rotationssymmetrisch und die Achse des Zapfen 24 gegenüber dem Kugelkopf 23 exzentrisch versetzt sein, was zu einer insgesamt prinzipiell gleichen Stellung der Teile 3 und 7 zueinander führen könnte. Der exzentrische Kugelkopf 23 könnte entweder von unten über einen Werkzeugansatz am Zapfen 24, zum Beispiel einen Außen- oder Innensechskant oder über einen Durchgriff durch die Gelenkschale drehbar sein.

1: Mc-Pherson-Anordnung,
2: Federbein,
3: Radträger,
4: Ausleger,
5: Rad,
6: Felge,
7: Querlenker,
8: Gelenk- und/oder Lageranordnung,
9: Schwenkachse,
10: Antriebswelle,
11: Manschette,
12: Zapfen,
13: Zapfenende,
14: Befestigungsmittel,
15: Hülsengelenk,
16: Gelenkkörper,
17: Gelenkschale,
18: Durchgangsbohrung,
19: Werkzeugansatz,
20: Unterkante des Radträgers,
21: Oberkante des Gelenkkörpers,
22: zweites Gelenk,
23: Kugelkopf,
24: Zapfen,
25: Gelenkschale,
26: Aufnahme,
27: Kanal zum Schraubeneingriff,
A1: Gelenkachse,
A2: Mittenachse des Gelenkkörpers,
e: Exzentrizität

Claims

Gelenkanordnung (8) mit einem zumindest axial und auf Biegung beanspruchbaren Gelenk (15; 22), das eine äußere Gelenkschale (17; 25) und einen gegenüber dieser beweglichen inneren Gelenkkörper (16; 23) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachse (A1) beabstandet (e) zu einer zentral im Gelenk (15; 22) gelegenen Mittenachse (A2) gelegen ist.
Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachse (A1) parallel zur Mittenachse (A2) gelegen ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) der Gelenkachse (A1) zur Mittenachse (A2) einstellbar und fixierbar ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (15) ein Hülsengelenk mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsbohrung (18) ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk als Gelenkkörper einen mit einem in der Gelenkschale beweglichen Kugelkopf (23) umfaßt, von dem ein Gelenkzapfen (24) exzentrisch ausgeht.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (22) als Gelenkkörper einen mit einem in der Gelenkschale beweglichen Kugelkopf (23) umfaßt, von dem ein Gelenkzapfen (24) zentrisch zum Kugelkopf (23) ausgeht, wobei die Gelenkschale (25) um eine Mittenachse (A2) herum bewegbar ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Kraftfahrzeugfahrwerk, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einem Kraftfahrzeug zur gelenkigen Verbindung zwischen einem ein Rad (5) führenden und/oder tragenden Lenker (7) und einem mit diesem und dem Rad (5) beweglich verbundenen Radträger (3) vorgesehen ist.
Gelenkanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkanordnung einen starr von dem Radträger (3) auswärts weisenden Zapfen (12) aufnimmt und diesen am Querlenker (7) hält.
Kraftfahrzeugfahrwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenker (7) ein unterer Querlenker ist, dem der Zapfen (12) mit einer abwärts weisenden Komponente von oben zugewandt ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einer Mc-Pherson-Achse (1) zwischen dem Radträger (3) und dem Querlenker (7) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit zumindest einer Gelenkanordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen.