DE102007024582A1

DE102007024582A1 - Federbeinlager sowie Federbein

Info

Publication number: DE102007024582A1
Application number: DE200710024582
Authority: DE
Inventors: Gerhard Meyer; Alexander Zernickel
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-27
Also published as: WO2008145456A1

Abstract

Es wird ein Federbeinlager (1) zur drehbaren Abstützung eines Federbeins (30), insbesondere an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, angegeben, wobei zur Drehlagerung ein Schrägrollenlager (6) mit einer zentralen Drehachse (5) vorgesehen ist, welches eine Anzahl von jeweils zur Radialrichtung (7) angestellten Rollen (11) umfasst. Dabei sind zusätzlich die Rollen (11) des Schrägrollenlagers (6) jeweils zur Umfangsrichtung (12) angestellt. Weiter wird ein Federbein (30) mit einem derartigen Federbeinlager (1) angegeben. Durch eine derartige konstruktive Auslegung lässt sich eine hohe Dämpfung von Radschwingungen erzielen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Federbeinlager zur drehbaren Abstützung eines Federbeins, insbesondere an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Drehlagerung ein Schrägrollenlager mit einer zentralen Drehachse vorgesehen ist, welches eine Anzahl von jeweils zur Radialrichtung angestellten Rollen umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Federbein, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Federbeinlager.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Federbeinlager ist beispielsweise aus der DE 73 14 041 U bekannt. Das dort gezeigte Federbeinlager dient der drehbaren Abstützung eines Federbeins eines Kraftfahrzeugs gegenüber der Karosserie. Durch das dort gezeigte Schrägrollenlager ist eine Lenkung des am Federbein angeordneten Laufrades des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Bei dem Federbeinlager gemäß der DE 73 14 041 U umfasst das Schrägrollenlager einen zur Drehachse konzentrischen Innenring mit einer Lauffläche für die Rollen, wobei der Innenring über die Lauffläche hinaus verlängert und als ein Federteller ausgebildet ist. Weiter ist ein ebenfalls zur Drehachse konzentrischer Außenring vorgesehen, der ebenfalls als eine Lauffläche für die Rollen ausgebildet ist. Die ringförmigen Laufflächen des Außen- und des Innenrings sind jeweils konisch ausgebildet, wodurch sich die Schräg- oder Anstellung der zwischen Innen- und Außenring angeordneten Rollen zur Radialrichtung ergibt. Das Federbeinlager selbst ist zwischen der mechanischen Feder, die sich am Federteller des Innenrings abstützt, und einem Gummipuffer angeordnet, der gegenüber einem karosseriefesten Teil gelagert ist.
Mit dem Federbeinlager gemäß der DE 73 14 041 U wird eine kompakte Bauhöhe bei gleichzeitig langer Lebensdauer erzielt. Insbesondere wird dies durch die Ausgestaltung des Innenrings als Federteller bewerkstelligt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Federbeinlager der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine verbesserte Schwingungsdämpfung ermöglicht. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein mit einem eingangs genannten Federbeinlager ausgestattetes Federbein anzugeben, welches verbesserte Schwingungsdämpfungseigenschaften aufweist.
Lösung der Aufgabe
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Federbeinlager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach ist ein Federbeinlager zur drehbaren Abstützung eines Federbeins, insbesondere an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, wobei zur Drehlagerung ein Schrägrollenlager mit einer zentralen Drehachse eingesetzt ist, welches eine Anzahl von jeweils zur Radialrichtung und zur Umfangsrichtung angestellten Rollen umfasst.
In einem ersten Schritt geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass bei einem Schrägrollenlager aufgrund der Schräg- oder Anstellung der Rollen zur Radialrichtung bei einer Drehung ein Schlupf der Rollen gegenüber den Lauf flächen des Lagers auftritt. Dieser Schlupf tritt deswegen auf, weil die Rollenenden aufgrund der gegebenen Schrägstellung auf den Laufflächen unterschiedlich lange Mantellinien abrollen.
In einem zweiten Schritt geht die Erfindung nun von der Überlegung aus, dass sich durch diesen Schlupf für ein Schrägrollenlager gegenüber einem Axial- oder gegenüber einem Schrägkugellager eine erhöhte Reibung ergibt, die zu einer Verbesserung der Schwingungdämpfung eines am Federbein angeordneten Laufrades herangezogen werden kann.
In einem dritten Schritt schließlich erkennt die Erfindung, dass sich die infolge des Schlupfes eines Schrägrollenlagers ergebende Reibung zu einer Einstellung einer gewünschten Schwingungsdämpfung eignet, wenn die Rollen des Schrägrollenlagers zusätzlich jeweils zur Umfangsrichtung angestellt sind. In diesem Fall gibt sich nämlich für die Rollen während einer Drehung des Schrägrollenlagers keine klar definierte Abrolllinie auf den Laufflächen. Mit anderen Worten läuft eine Rolle eines Schrägrollenlagers, die zusätzlich zur Umfangsrichtung angestellt ist, unsauber, wodurch sich der Gleitanteil gegenüber dem Rollanteil weiter erhöht. Dabei wächst der Gleitanteil mit zunehmender Schrägstellung der Rollen in Umfangsrichtung bzw. mit abnehmendem Anstellwinkel, wenn der Anstellwinkel als Winkel der Längsachse der Rolle zur Umfangsrichtung definiert ist. Im Extremfall eines Anstellwinkels von 0° bewegt sich die Rolle ausschließlich gleitend über die Laufflächen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sich die zur Schwingungsdämpfung gewünschte Neigung des Drehlagers über den Anstellwinkel der Rollen eines Schrägrollenlagers zur Umfangsrichtung einstellen lässt. Dies ermöglicht eine ideale Schwingungsdämpfung, wie sie beispielsweise für den jeweilige Kraftfahrzeugtyp vom Kfz-Hersteller gewünscht ist. Für eine hohe Schwingungsdämpfung wird der Anstellwinkel klein und für eine geringere Schwingungsdämpfung der Anstellwinkel groß gewählt. Durch den Einsatz der Erfindung kann weiter auf zur Schwingungsdämpfung des Federbeinlagers bekannte Lösungsansätze, wie beispielsweise schleifende Dichtungen oder schleifende Kunststoffteile verzichtet werden. Derartige Lösungen zeigen auch die bekannte Stick-Slip-Problematik, wodurch es durch einen ständigen Wechsel zwischen Gleit- und Haftreibung zu unerwünschten Schwingungen und Geräuschen kommen kann, was mit einem erhöhten Verschleiß der eingesetzten Bauteile einhergeht. Eine gewünschte höhere Reibung des Drehlagers und damit eine höhere Schwingungsdämpfung wird alleine durch die Schrägstellung der Rollen eines Schrägrollenlagers in Umfangsrichtung erzielt.
Der Einsatz eines Schrägrollenlagers weist zudem den weiteren Vorteil auf, dass bereits durch das Lager als solchem Radialkräfte aufgenommen werden.
Für eine insbesondere bei einem Kraftfahrzeug gewünschte Schwingungsdämpfung beträgt der Winkel zwischen der Längsrichtung der Rollen und der Umfangsrichtung, d. h. der Ansteliwinkel, vorteilhafterweise jeweils zwischen 30° und 80°, bevorzugt zwischen 45° und 70°. Innerhalb dieses Bereiches wird eine von Herstellern abhängig vom Fahrzeugtyp gewünschte Schwingungsdämpfung über die Reibung des Schrägrollenlagers einstellbar. Insbesondere bei kleinen Anstellwinkeln wird eine große Schwingungsdämpfung durch eine erhöhte Reibung des Schrägrollenlagers erzielt. Dies ist gerade dann von Vorteil, wenn für ein Kraftfahrzeug ein großer Wert darauf gelegt wird, dass Radschwingungen quer zur Fahrtrichtung, die beispielsweise durch Geländeunebenheiten insbesondere bei einem Geradeauslauf auftreten können, nicht auf die Karosserie übertragen werden sollen.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Rollen des Schrägrollenlagers entgegengesetzt angestellt. Mit anderen Worten sind dabei Rollen in Umfangsrichtung abwechselnd einmal in und einmal gegen die Umfangsrichtung schräg gestellt. Durch diese Ausgestaltung wird eine Symmetrie des Dämpfungsverhaltens des Schrägrollenlagers bezüglich der Drehrichtung bewirkt. Insbesondere wird hierdurch bei einer Drehrichtungsumkehr eine ansonsten auftretende starke Drehmomentänderung vermieden.
Aufgrund der Anstellung der Rollen zusätzlich zur Umfangsrichtung bietet es sich an, die Rollen in einem Rollenkäfig zu führen. Dies kann beispielsweise durch entsprechend schräge Ausnehmungen im Rollenkäfig geschehen Zur Ausbildung des Schrägrollenlagers können die insbesondere in einem Rollenkäfig geführten Rollen zwischen Laufflächen angeordnet sein, die von sonstigen Gehäuseteilen beispielsweise zur Montage an der Karosserie oder zur Aufnahme der mechanischen Feder des Federbeins, gebildet sind. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Schrägrollenlager jedoch einen Innen- und einen Außenring mit jeweils einer Lauffläche, zwischen denen die insbesondere in einem Rollenkäfig geführten Rollen angeordnet sind. Die separate Ausbildung eines Innen- und eines Außenrings, die die Laufflächen für die Rollen bilden, bietet den Vorteil, dass die Materialauswahl der sonstigen Gehäuseteile unabhängig von der Materialwahl für den Innen- und den Außenring und damit für die Lauffläche getroffen werden kann. So kann beispielsweise ein Gehäuseteil, welches als Federteller zur Aufnahme der mechanischen Feder des Federbeins ausgebildet ist, und ein Gehäuseteil, welches sich an der Karosserie abstützt, aus einem geeigneten Kunststoff kostengünstig hergestellt sein, wogegen die Laufflächen und damit der Innen- und der Außenring über ein walzfestes Metall, beispielsweise Stahl oder dergleichen, ausgebildet sind.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist das Schrägrollenlager gekapselt. Hierdurch wird das Schrägrollenlager insbesondere vor Verschmutzung oder vor mechanischen Einwirkungen geschützt. Die Einkapselung kann beispielsweise durch eine entsprechende Randgestaltung der Gehäuseteile geschehen, zwischen denen das Schrägrollenlager angeordnet ist.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Federbein mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 7. Demnach ist ein Federbein, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen, welches einen Stoßdämpfer, eine mechanische Feder und ein vorgenanntes Federbeinlager umfasst, wobei sich die Feder an einem Gehäuseteil des Federbeinlagers abstützt, und wobei der Stoßdämpfer koaxial zur zentralen Drehachse angeordnet ist. Ein solches Federbein dient zum einen der Stoßdämpfung eines Laufrads gegenüber der Karosserie und ermöglicht eine gute Schwingungsdämpfung von Radschwingungen. Insbesondere werden über das gut gedämpfte Schrägrollenlager, bei welchem die Rollen zusätzlich jeweils zur Umfangsrichtung angestellt sind, Schwingungen des Laufrads quer zur Fahrtrichtung nicht oder nur in geringem Maße auf die Karosserie übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 in einer Explosionsdarstellung ein als Schrägrollenlager ausgebildetes Federbeinlager mit einem Gehäuseteil und einer Kappe,
2 in einer Teilschnittansicht das zusammengesetzte Federbeinlager gemäß 2,
3 in einer vergrößerten Teilschnittansicht das Schrägrollenlager des Federbeinlagers gemäß 2,
4 einen Rollenkäfig des Schrägrollenlagers gemäß 3, sowie einen Teilabschnitt des Außenringes mit einer Rolle, und
5 schematisch ein Federbein eines Kraftfahrzeugs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist in einer Explosionsdarstellung ein Federbeinlager 1 gezeigt, wie es zur lenkbaren Abstützung eines Laufrads gegenüber der Karosserie eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Man erkennt dabei zunächst ein unteres Gehäuseteil 3 und eine obere Kappe 4, zwischen denen ein um eine zentrale Drehachse 5 drehbares Schrägrollenlager 6 angeordnet ist. Dabei umfasst das Schrägrollenlager 6 einen konischen Innenring 8 und einen konischen Außenring 9, zwischen denen ein ebenfalls konisch ausgebildeter ringförmiger Rollenkäfig 10 angeordnet ist. In entsprechende Ausnehmungen des Rollenkä figs 10 sind dabei eine Anzahl von Rollen 11 drehbar eingesetzt. Der Innenring 8 und der Außenring 9 bilden gleichzeitig die Laufflächen für die Rollen 11.
Durch die konische Ausgestaltung des Innenrings 8, des Außenrings 9 und des Rollenkäfigs 11 wird das um die zentrale Drehachse 5 drehbare Schrägrollenlager 6 definiert. Die Rollen 11 sind hierdurch jeweils gegenüber der Radialrichtung 7 angestellt. Bei einer Drehung der Kappe 4 gegenüber dem Gehäuseteil 3 entsteht bereits dadurch ein Schlupf, weil die Rollenenden der schräg zur Radialrichtung 7 angestellten Rollen 11 auf den konischen Laufflächen des Innenrings 8 und des Außenrings 9 eine verschieden lange Mantellinie abrollen.
Gegenüber einem regulären Schrägrollenlager 6 sind jedoch die Rollen 11 des dargestellten Schrägrollenlagers 6 zusätzlich zur Umfangsrichtung 12 angestellt. Man erkennt dies deutlich an der sichtbaren Schrägstellung jeder einzelnen Rolle 11 in dem Rollenkäfig 10 entlang des Umfangs. Dabei sind jeweils benachbarte Rollen 11 entgegengesetzt schräg gestellt.
Durch die zusätzliche Schräg- oder Anstellung der Rollen 11 des Schrägrollenlagers 6 zur Umfangsrichtung 12 ergibt sich eine erhöhte Reibung bei einer Drehung des Gehäuseteils 3 gegenüber der Kappe 4. Hierdurch wird eine erhöhte Dämpfung von Schwingungen des Laufrads gegenüber der Karosserie erzielt. Dabei gilt, dass eine umso vergrößerte Reibung und damit Schwingungsdämpfung auftritt, je kleiner der Anstellwinkel gegenüber der Umfangsrichtung 12 ist, da sich dadurch der Gleitanteil gegenüber dem Rollanteil erhöht.
Der Innenring 8 und der Außenring 9, die jeweils eine Lauffläche für die Rollen 11 bilden, sind aus einem wälzfesten Metall gefertigt. Der Außenring 9 liegt dabei in einer entsprechend konisch geformten Auflagefläche 13 des Gehäuseteils 3. Der Innenring 8 stützt sich in einer entsprechend konisch geformten Aufnahmefläche 14 der Kappe 4 ab. Sowohl das Gehäuseteil 3 als auch die Kappe 4 sind aus einem Kunststoff gefertigt. Das Gehäuseteil 3 ist auf seiner Unterseite mit einer Auflagefläche 17 zur Aufnahme oder Abstützung der mechanischen Feder eines Federbeins versehen.
In 2 ist in einer vergrößerten Teilschnittansicht gemäß 1 die drehbare Lagerung des Gehäuseteils 3 gegenüber der Kappe 4 dargestellt. Man erkennt hierbei den der Kappe 4 eingelegten Innenring 8 und den dem Gehäuseteil 3 eingelegten Außenring 9 des Schrägrollenlagers 6. Dabei ist der Schnitt genau durch eine Rolle 11 gelegt, die in einer Ausnehmung des Rollenkäfigs 10 gehalten ist.
An dem Gehäuseteil 3 wird deutlich die Auflagefläche 17 erkennbar, die zur Abstützung der mechanischen Feder eines Federbeins ausgebildet ist.
Die Kappe 4 umfasst weiter eine umlaufende Wand 20, die eine nach innen gerichtete Wulst 21 aufweist. Zusätzlich ist dem Gehäuseteil 3 eine umlaufende, nach außen gerichtete Wulst 23 aufgebracht. Die Wand 20 sowie die Wulst 21 der Kappe 4 und die Wulst 23 des Gehäuseteils 3 sind dabei derart angeordnet, dass im zusammengebauten Zustand, wobei das Schrägrollenlager 6 zwischen der Kappe 4 und dem Gehäuseteil 3 eingesetzt ist, die Wand 20 der Kappe 4 mit ihrer nach innen gerichteten Wulst 21 die nach außen gerichtete Wulst 23 des Gehäuseteils 3 übergreift. Durch diese Ausgestaltung wird eine Einkapselung des Schrägrollenlagers 6 erzielt, wodurch dieses vor einer Verschmutzung und vor mechanischen Einwirkungen geschützt ist.
In 3 ist noch einmal eine vergrößerte Teilschnittansicht aus 2 gezeigt, die nun jedoch lediglich die Bauteile des Schrägrollenlagers 6 darstellt. Man erkennt hierbei den konisch ausgestalteten Außenring 9 und den ebenfalls konisch ausgestalteten Innenring 8. Zwischen dem Außenring 9 und dem Innenring 8 ist der Rollenkäfig 10 angeordnet, der eine Anzahl von Rollen 11 trägt. Man erkennt in dieser Darstellung deutlich die Anstellung der Rollen 11 unter einem Anstellwinkel 24 zur Radialrichtung 7, wodurch das Schrägrollenlager 6 definiert ist.
In 4 sind in einer perspektivischen Darstellung als Bauteile des Schrägrollenlagers 6 der Rollenkäfig 10 sowie der Außenring 9 gezeigt. Man erkennt hierbei deutlich, dass die Rollen 11 sowohl zur Radialrichtung 7 als auch zur Umfangsrichtung 12 angestellt sind. Ebenfalls wird ersichtlich, dass benachbarte Rollen 11a und 11b jeweils zueinander verschränkt sind, d. h. mit anderen Worten in Umfangsrichtung 12 eine entgegengesetzte Anstellung aufweisen.
In der verkleinerten schematischen Detailansicht gemäß 4 wird deutlich sichtbar, dass die Rollen 11 aufgrund der konischen Ausgestaltung des Rollenkäfigs 10 einen Anstellwinkel 24 gegenüber der Radialrichtung 7 und aufgrund der schrägen Ausnehmungen für die Rollen 11 in dem Rollenkäfig 10 auf der Lauffläche, hier des Außenrings 9, zusätzlich einen Anstellwinkel 26 gegenüber der Umfangsrichtung 12 aufweisen.
In 5 ist schematisch ein Federbein 30 zur Stoßdämpfung eines Laufrads eines Kraftfahrzeugs gezeichnet. Das Federbein 30 umfasst hierbei einen koaxial zur Drehachse 5 angeordneten Stoßdämpfer 32, der mit seinem nicht sichtbaren Ende auf ein Laufrad des Kraftfahrzeugs wirkt. Der zentrale Stoßdämpfer 32 weist einen Kolben 33 und eine Kolbenstange 34 auf, und ist durch eine ihn umgebende Manschette 35 vor Schmutz geschützt. Die Manschette 35 und damit der Stoßdämpfer 32 werden von einer schraubenförmigen mechanischen Feder 36 umlaufen, die sich an ihrem oberen Ende gegen das Gehäuseteil 3 eines Schrägrollenlagers 6 gemäß 1 bis 3 abstützt. Der Gehäuseteil 3 wiederum stützt sich über das Schrägrollenlager 6 und die Kappe 4 an einem Gummipuffer 37 ab. Die Kappe 4 des Schrägrollenlagers 6 ist über den Gummipuffer 37 an einem karosseriefesten Befestigungselement 38 montiert.
Das dargestellte Federbein 30 weist infolge des als Schrägrollenlager 6 mit zusätzlich in Umfangsrichtung schräg gestellten Rollen 11 ausgebildeten Federbeinlagers 1 eine hohe Dämpfung von Radschwingungen gegenüber der Karosserie auf.

1: Federbeinlager
3: Gehäuseteil
4: Kappe
5: Drehachse
6: Schrägrollenlager
7: Radialrichtung
8: Innenring
9: Außenring
10: Rollenkäfig
11: Rollen
12: Umfangsrichtung
13: Aufnahmefläche Gehäuseteil
14: Aufnahmefläche Kappe
17: Auflagefläche
20: Wand
21: Wulst
23: Wulst
24: Anstellwinkel radial
26: Anstellwinkel Umfang
30: Federbein
32: Stoßdämpfer
33: Kolben
34: Kolbenstange
35: Manschette
36: Feder
37: Gummipuffer
38: Befestigungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 7314041 U [0002, 0002, 0003]

Claims

Federbeinlager (1) zur drehbaren Abstützung eines Federbeins (30), insbesondere an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Drehlagerung ein Schrägrollenlager (6) mit einer zentralen Drehachse (5) vorgesehen ist, welches eine Anzahl von jeweils zur Radialrichtung (7) angestellten Rollen (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (11) des Schrägrollenlagers (6) zusätzlich jeweils zur Umfangsrichtung (12) angestellt sind.
Federbeinlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (26) zwischen der Längsrichtung der Rollen (11) und der Umfangsrichtung (12) jeweils zwischen 30° und 80°, vorzugsweise zwischen 45° und 70°, beträgt.
Federbeinlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in Umfangsrichtung (12) benachbarte Rollen (11) des Schrägrollenlagers (6) entgegengesetzt angestellt sind.
Federbeinlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (1) in einem Rollenkäfig (10) geführt sind.
Federbeinlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägrollenlager (6) einen Innen- (8) und einen Außenring (9) umfasst, die jeweils eine Rollenlaufbahn bilden.
Federbeinlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägrollenlager (6) gekapselt ist.
Federbein (30), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stoßdämpfer (32), einer mechanischen Feder (36) und mit einem Federbeinlager (1) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Feder (36) an einem Gehäuseteil (3) des Federbeinlagers (1) abstützt, und wobei der Stoßdämpfer (32) koaxial zur zentralen Drehachse (5) angeordnet ist.