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Die Erfindung betrifft eine lenkbare radtragende Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, wobei die – ein- oder mehrstückige – Baueinheit über direkt oder indirekt von einem Lenkungsgetriebe beaufschlagbare und Lenkkraft übertragende Kraftvermittler, insbesondere umfassend sog. Spurstangen, mit einer Kraft zur Bewirkung einer Lenkung oder Rückstellung beaufschlagbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, beispielsweise bei einer Zahnstangenlenkung oder bei einer Kugelumlauflenkung, von einem Lenkgetriebe ausgehend als die Lenkungskraft vermittelnde Körper sog. Spurstangen vorzusehen, die die Kraft nach quer außen zu radtragenden Baueinheiten vermitteln. Solche radtragenden Baueinheiten werden häufig insgesamt als Radträger und bei gelenkten Vorderrädern häufig auch als Schwenklager bezeichnet.
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Sie weisen häufig einen als Schmiede- oder Gussteil ausgebildeten Korpus auf, der außenseitig eine Ansatzfläche zur Halterung eines Radlagers aufweist. Insbesondere bei kleinen und leichten Fahrzeugen kann ein solcher Korpus einer radtragenden Baueinheit auch aus einem ein- oder mehrschaligen Blechkörper bestehen.
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Bei lenkbaren Rädern – dies können Vorder- und/oder Hinterräder sein – ist es bekannt, für die Anbindung von die Lenkkraft vermittelnden Körpern an die radtragenden Baueinheiten gegenüber den Spurstangen abgewinkelte sog. Radial- oder Winkelgelenke vorzusehen, bei denen die Gelenkachse eine im Wesentlichen aufwärts oder abwärts weisende Ausrichtung hat und so in dieser ungefähr vertikalen Lage an die radtragende Baueinheit angebunden ist. Dabei steht der Gelenkzapfen fest, das Gehäuse bewegt sich gegenüber diesem. Ein abdichtender Balg, der außen über ein solches Gelenk gelegt ist, liegt daher immer mit einem Rand unter Relativbewegung am Gehäuse und/oder der radtragenden Baueinheit an, so dass es an diesen Grenzflächen zwangsläufig zu Verschleiß kommt. Zudem sind derartige Radialgelenke sehr teuer, und es werden innen an den Spurstangen Axialgelenke eingesetzt, wodurch eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauteilen bereitgestellt werden muss. Auch die radtragende Baueinheit muss mit einer entsprechenden Aufnahme für einen ungefähr vertikalen Gelenkzapfen versehen sein, was ihre Herstellung aufwendig und teuer macht.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der beweglichen Verbindung von radtragenden Baueinheiten und Lenkkraft vermittelnden Körpern die o. g. Nachteile zu entschärfen.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch eine lenkbare radtragende Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 2 bis 15 verwiesen.
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Durch die Erfindung ist dadurch, dass die oder jede jeweilige lenkbare radtragende Baueinheit mit einem Anbindungsflansch zur Anmontage eines daran halterbaren und mit einer quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs einwärts weisenden Komponente liegenden Axialgelenks zur Verbindung mit einem Kraftvermittler versehen ist, erreicht, dass der Einsatz von teuren abgewinkelten Radialgelenken entbehrlich, so dass ein erheblicher Kostenvorteil erreicht ist. Die radtragenden Baueinheiten – häufig Schwenklager für Vorderräder – müssen keine Aufnahme für einen in Einbaulage ungefähr vertikal stehenden Gelenkzapfen aufweisen und sind dadurch billig und insbesondere auch einfacher als ein- oder mehrschalige Blechkörper herstellbar.
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Der Anbindungsflansch kann dabei je nach Herstellungsverfahren und Geometrie des Fahrwerks integraler Bestandteil eines auch das Radlager tragenden Korpus der radtragenden Baueinheit sein oder an diesen anmontiert, zum Beispiel angeschweißt, sein. Es sind daher verschiedenste Herstellungsarten möglich, so dass eine große Flexibilität erreicht ist.
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Sofern dass der Anbindungsflansch eine Ein- oder Durchgriffsbohrung mit einer zumindest nahezu horizontalen und einer rechtwinklig zur Fahrtrichtung liegenden Ausrichtung umfasst, kann das jeweilige äußere Axialgelenk horizontal und quer zur Fahrtrichtung in Verlängerung einer Spurstange liegen, so dass eine geradlinige durchgehende Kraftlinie vom Lenkgetriebe bis zum Gelenkkopf des äußeren Axialgelenks gebildet ist und dadurch die erforderliche Lenkkraft und die Gefahr von Verkantungen minimiert sind. Sehr günstig umfassen die die radtragenden Baueinheiten anbindenden Axialgelenke jeweils einen fest an dem vermittelnden Körper gehaltenen Gelenkkopf und bilden quer ausgreifende Stangenbauteile, in deren axialer Verlängerung das Zentrum des Gelenkkopfes gelegen ist. Dann liegt der Gelenkkopf direkt in der Kraftlinie, so dass die Bauteile bei Krafteinleitung wenig beansprucht werden und gefährdete Knickstellen vermieden sind.
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Wenn der Anbindungsflansch an einen das Radlager haltenden Korpus befestigt ist – lösbar oder unlösbar –, kann es sehr stabil ein einige Millimeter starkes Massivblech mit einer zumindest nahezu vertikalen Ausrichtung ausbilden. Dabei kann der Anbindungsflansch an einem zentralen, das Radlager haltenden Korpus kostengünstig angeschweißt sein.
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Alternativ ist auch möglich, dass der Anbindungsflansch integraler Bestandteil des das Radlager haltenden Korpus und auch einstückig mit diesem ausgebildet ist.
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Sofern die quer außen liegenden Axialgelenke jeweils einen Gelenkkopf umfassen, der in einer einem Radträger zugeordneten Gelenkschale beweglich gehalten ist, ist dort eine hohe Beweglichkeit sichergestellt, wobei die Gelenkschale insbesondere fest an einer hochkant stehenden Fläche des Anschlußflansches der radtragenden Baueinheit gehalten sein kann.
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Bei einer solchen Anordnung kann die Gelenkschale eine von einer Rotationssymmetrie abweichende Öffnung zum Durchgriff eines Gelenkzapfens aufweisen, beispielsweise durch eine oval oder elliptisch ausgeführte Durchgriffsöffnung, so dass die benötigte Beweglichkeit des Axialgelenks sichergestellt ist.
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Um sicherzustellen, dass die Vorzugsrichtung der Erweiterung bei der Montage fehlerfrei eingestellt ist, also etwa bei einer Ellipse die Winkelstellung der großen Halbachse, kann an der Gelenkschale und/oder dem Radträger eine Ausrichtungshilfe für die Anmontage vorgesehen sein, beispielsweise mechanisch einfach an der radtragenden Baueinheit eine Stufe, an die bei der Montage ein Zweiflach als Außenkontur der Gelenkschale angelegt wird.
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Eine Durchgriffsöffnung im Anschlußflansch ermöglicht dann, dass das die Gelenkschale haltende Gehäuse über einen Zapfen von außen festgeschraubt wird.
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Mit der Erfindung kann es günstig auch möglich sein, dass die quer innen zwischen Lenkgetriebe und Spurstangen und die quer außen zwischen Spurstangen und radtragenden Baueinheiten vorgesehenen Axialgelenke als Gleichteile ausgebildet sind, so dass auch die Anzahl der zu verwendenden Bauteil verringert ist.
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Zur Abdichtung der Axialgelenke sind zumindest die äußeren Axialgelenke jeweils von einer Dichtungsmanschette umgriffen, die einenends fest gegenüber der Spurstange und anderenends fest gegenüber der radtragenden Baueinheit gehalten ist. Dann sind beide Enden der Dichtungsmanschette frei von Relativbewegungen, so dass ein Verschleiß durch Reibung vermieden ist. Der bewegte Bereich des Gelenks ist hingegen mit radialem Abstand vom freien Mittelbereich der Dichtungsmanschette umgriffen, so dass die dort stattfindende Bewegung den Dichtungsbalg nicht verschleißt.
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Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn zumindest ein Gelenkkopf eines Axialgelenks einstückiger Bestandteil einer Spurstange ist.
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Auch die Realisierung von verschiedenen Spurweiten ist einfach möglich, indem vorteilhaft ein Sortiment von unterschiedlich langen Spurstangen zur Verwendung mit jeweils gleichen Axialgelenken zur Verfügung steht. Dann müssen zur Veränderung der Spurweite nur die jeweiligen Spurstangen ausgetauscht werden. Die weiteren Bauteile können unverändert beibehalten werden. Insbesondere sind an den radtragenden Baueinheiten dann keinerlei Veränderungen erforderlich.
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Ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen radtragenden Baueinheit ist gesondert beansprucht. Insbesondere sind die radtragenden Baueinheiten zum Tragen von Vorderrädern ausgebildet und erlauben dabei Lenkwinkel von typisch ca. 30° oder mehr. Die Lenkbarkeit muss sich dabei aber nicht auf Vorderräder beschränken, sondern auch ein (Mit-)Lenken von Hinterrädern ist möglich. Die Erfindung kann neben PKW und leichten NKW auch bei Baumaschinen eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine nur grobschematische Ansicht eines an der Fahrzeugquermitte abgebrochenen Kraftfahrzeugs von vorne mit lenkbaren Vorderrädern, von denen das in Fahrtrichtung linke hier in einem aufgebrochenen Bereich sichtbar dargestellt ist,
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2 eine perspektivische Ansicht einer radtragenden Baueinheit mit daran über ein Axialgelenk angebundener Spurstange,
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3 einen Detailansicht der Anbindung der Spurstange an die radtragende Baueinheit, der besseren Übersicht halber ohne Dichtungsmanschette dargestellt,
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4 einen einzelnen Kraftvermittler mit einer Spurstange, die an ihrer in Einbaustellung nach quer außen weisenden Seite einstückig mit dem Gelenkkopf eines an die radtragende Baueinheit anbindenden Axialgelenks versehen ist,
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5 den Kraftvermittler nach 4 in explosionsartiger Darstellung seiner Einzelteile,
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6 einen zu 4 alternativen Kraftvermittler mit einer Spurstange, die an ihrer in Einbaustellung nach quer außen weisenden Seite ein Innengewinde zum Einschrauben eines Gelenkzapfens eines an die radtragende Baueinheit anbindenden Axialgelenks aufweist,
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7 den Kraftvermittler nach 6 in explosionsartiger Darstellung seiner Einzelteile.
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Das in 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 1 bildet hier einen Personenkraftwagen aus und umfasst üblich vier Räder, von denen beispielsweise alle Räder oder nur die Vorderräder Rv, lenkbar sind. Diese sind über radtragende Baueinheiten 2 gegenüber einer Karosserie 3 oder einem Tragrahmen des Fahrzeugs 1 abgestützt. Diese Abstützung kann auch gegenüber einem Hilfsrahmen (Subframe) oder ähnlichem erfolgen, muss also nicht direkt sein.
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Eine solche Baueinheit 2, die auf der seiner quer äußeren Seite ein Rad Rv über ein Radlager 4 abstützt und zudem mehrere Lenker, insbesondere bei gelenkten und Mehrlenker-Achsen die Spurstange und ggf. den Bremssattel sowie weitere Anbauteile (Bremsabschirmblech, Kabel, ABS-Sensor ...) aufnimmt, wird auch insgesamt als Radträger und bei gelenkten Vorderrädern Rv häufig auch als Schwenklager bezeichnet. Sie kann beispielsweise zumindest in ihrem Korpus 27 als Guss- oder Schmiedekörper oder als ein- oder mehrschaliger Blechkörper ausgebildet sein.
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Eine solche Baueinheit 2, die Bestandteil des Fahrwerks ist, ist exemplarisch in 2 für ein linkes Vorderrad Rv gezeigt: Die Baueinheit 2 umfasst mehrere Anbindungsmöglichkeiten für Funktionseinheiten, so zum Beispiel außenseitig eine Anbindungsmöglichkeit für ein Radlager 4. Auf der bezüglich der Fahrzeugbreite mit einer Komponente nach quer innen gewandten Seite der radtragenden Baueinheit 2 ist diese jeweils mit einem Lenkkraft von einem Lenkgetriebe auf die radtragende Baueinheit 2 übertragenden Kraftvermittler 5 gelenkig verbunden. Diese Kraftvermittler 5 können insbesondere sog. Spurstangen 6 umfassen.
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An ihren quer nach innen, zur Fahrzeugquermitte hin weisenden Enden 7 sind sie direkt oder indirekt gelenkig an ein Lenkungsgetriebe angebunden, zum Beispiel über innere Axialgelenke 8.
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An ihren quer nach außen, zu den radtragenden Baueinheiten hin weisenden Enden 9 sind die die Lenkkraft übertragenden Kraftvermittler 5 an die radtragenden Baueinheiten 2 erfindungsgemäß ebenfalls über äußere Axialgelenke 10 angebunden.
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Die radtragende Baueinheit 2 weist dabei jeweils einen Anbindungsflansch 23 auf, der zur Anmontage des daran halterbaren und mit einer quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1 einwärts weisenden Komponente liegenden Axialgelenks 10 zur Verbindung mit einem Kraftvermittler 5 vorgesehen ist. Der Anbindungsflansch 23 kann vor oder hinter einer Achse des Radlagers 4 mit Abstand bezüglich der Fahrtrichtung F liegen. In jedem Fall ist durch den Abstand ein hinreichend großer Hebelarm für das Einbringen einer Lenkkraft sicherzustellen. Um einen hinreichenden Abstand einzuhalten, kann der Anbindungsflansch 23 auch an einem von dem Korpus 27 der radtragenden Baueinheit 2 nach vorne oder hinten ausgreifenden Ausleger angeordnet sein, wobei der Ausleger auch mit dem Korpus 27 einstückig ausgebildet sein kann.
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Für die Verbindung mit dem Axialgelenk 10 weist der Anbindungsflansch 23 beispielsweise eine Ein- oder Durchgriffsbohrung auf, deren Achse 26 zumindest nahezu horizontal und zumindest nahezu rechtwinklig zur Fahrtrichtung F in Verlängerung der Achse der Spurstange 6 liegend ausgerichtet ist.
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Hier bildet der Anbindungsflansch 23 ein Massivblech mit einer zumindest nahezu vertikalen Ausrichtung und einer Stärke von einigen Millimetern aus und ist an den Korpus 27 der radtragenden Baueinheit an der Naht 24 angeschweißt. Auch ein Verschrauben oder Vernieten oder ähnliches wäre möglich.
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Dabei sind die Kraftvermittler 5 insgesamt jeweils entlang einer geradlinigen Kraftlinie 11 erstreckt, und die äußeren Axialgelenke 10 umfassen jeweils einen fest an dem Kraftvermittler 5 gehaltenen (einstückig oder anmontierten) Gelenkkopf 12, dessen Zentrum in axialer Verlängerung des Kraftvermittlers 5 gelegen ist.
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In 4 und 5 ist dabei ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Spurstange 6 und der Gelenkkopf 12 einstückig miteinander – zum Beispiel als Pressteile – ausgebildet sind, so dass die Spurstange 6 einen verlängerten Kugelzapfen ausbildet. In eine axiale Ausnehmung der Spurstange 6 ist dann der Kugelzapfen 13 mit dem Gelenkkopf 14 des inneren Axialgelenks 8 einsetzbar und etwa eine Mutter 15 sicherbar. Der Gelenkkopf 14 ist in montierter Stellung in einer Gelenkschale aufgenommen, die zum Beispiel über einen Außensechskant mittels eines axialen Zapfens 16 am Lenkgetriebe gesichert sein kann. Da die gesamte Lenkkraftvemittler 5 geradlinig entlang der Linie 11 erstreckt ist, sind die Verhältnisse zwischen innen und außen grundsätzlich auch umkehrbar.
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In 6 und 7 ist hingegen ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Spurstange ein insgesamt rohrartiges Bauteil ausbildet und hinsichtlich der Anbindung der Axialgelenke 8 nach quer innen 7 und der Axialgelenke 10 nach quer außen 9 gleichartige Verhältnisse herrschen: In beiden Fällen ist dann in eine axiale Ausnehmung der Spurstange 6 der Kugelzapfen 13 mit dem Gelenkkopf 14 des inneren Axialgelenks 8 und der Kugelzapfen 17 mit dem Gelenkkopf 12 des äußeren Axialgelenks 10 einsetzbar und jeweils über eine Mutter 15 sicherbar. Auch eine Spurverstellung kann hierüber erfolgen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Gelenkkopf 14 in montierter Stellung in einer Gelenkschale aufgenommen, die zum Beispiel über einen Außensechskant mittels eines axialen Zapfens 16 am Lenkgetriebe gesichert sein kann.
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Optimal können quer innen 7 und quer außen 9 gleiche Axialgelenke 8, 10 verwendet werden, wie dies in 6 und 7 dargestellt ist, so dass die Anzahl der benötigten Teile minimiert ist und insgesamt nur ein Typ von Gelenken für die vier gelenkigen Anbindungen benötigt wird.
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In beiden Ausführungsbeispielen umfassen die Kraftvermittler 5 lang erstreckte Körper 6, nämlich die Spurstangen bzw. Gelenkzapfen, die bezüglich der Fahrzeugquerrichtung quer innen an ein Lenkgetriebe und quer außen an die radtragenden Baueinheiten 2 jeweils über Axialgelenke 8, 10 angebunden sind.
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Unabhängig davon, wie konkret die Gelenke 8, 10 in Verbindung mit der Spurstange 6 ausgebildet ist, umfassen die quer außen liegenden Axialgelenke 10 jeweils einen Gelenkkopf 12, der in einer einem Radträger 2 zugeordneten Gelenkschale 18 aufgenommen ist, die nach quer innen eine Öffnung 19 aufweist, die den Durchtritt des äußeren Kugelzapfens 6 bzw. 17 ermöglicht.
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Wie beispielsweise in 3 zu erkennen ist, kann die Durchtrittsöffnung 19 der quer außen dem Radträger 2 zugeordneten Gelenkschale 18 eine von einer Rotationssymmetrie abweichende Öffnung 19 zum Durchgriff eines Gelenkzapfens aufweisen. In 3 ist dies größte Öffnungsweite ungefähr in Horizontalrichtung gebildet, so dass dort ein hoher Lenkeinschlag von zum Beispiel 30° oder mehr um eine Vertikalachse auch bei gleichzeitigem Einfedern des Fahrzeugs 1 möglich ist.
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Um bei der Montage zuverlässig zu gewährleisten, dass die Durchtrittsöffnung 19 in der gewünschten Weise ausgerichtet wird, ist hier für die Gelenkschale 18 eine Ausrichtungshilfe für ihre Anmontage an der radtragenden Baueinheit 2 vorgesehen. Gemäß der Zeichnung ist an der Gelenkschale 18 oder einem diese umgebenden Gehäuse ein Zweiflach 21 vorgesehen, der sich an eine Stufe 22 der Radträgers 2 derart anlegen kann, dass eine Drehbewegung der Gelenkschale 18 dann nicht mehr möglich ist. Die Festlegung kann dann von außen über ein Befestigungselement 20 erfolgen, dass eine Horizontalbohrung eines selbst ungefähr vertikal stehenden Flanschs 23 durchgreift.
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In diesem geschilderten Fall mit Vorzugsausrichtung der Gelenkschale 18 sind die quer inneren und die quer äußeren Axialgelenke 8, 10 nicht unbedingt völlig gleichartig, da an der inneren Anbindung nur sehr kleine Ausrichtungen erforderlich sind.
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Zur Abdichtung sind zumindest die äußeren Axialgelenke 10 – hier auch die inneren Axialgelenke 8 – jeweils von einer Dichtungsmanschette 25 umgriffen sind, die einenends fest gegenüber der Spurstange 6 und anderenends fest gegenüber der radtragenden Baueinheit 2 bzw. dem Lenkgetriebe gehalten ist. Im quer äußeren Bereich 9 ergibt sich damit gegenüber den bisher bekannten abgewinkelten Gelenken der große Vorteil, dass beide Randbereiche der jeweiligen Dichtungsmanschette 25 frei von Relativbewegung angebunden sind, so dass die eigentliche Gelenkbewegung vollständig im von der Dichtungsmanschette 25 vollständig übergriffenen Bereich, in dem die Bewegung frei unterhalb der Manschette 25 möglich ist, stattfindet. Es findet eine reine Kippbewegung des Zapfens relativ zur Dichtungsmanschette 25 statt. Das Dichtsystem wird dadurch auch einfacher und stabiler in der Funktion. Die Zahl der Ausfälle sinkt. Am Zapfen kann auch eine sog. Standardbalgnut eingesetzt werden. Das Dichtsystem kann zapfenseitig die neueste Spezifikation (AK LH 14) erfüllen.
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Die Erfindung ermöglicht weiter, dass ein Sortiment von unterschiedlich langen Spurstangen 6 zur Verwendung mit jeweils gleichen Axialgelenken 8, 10 zur Verfügung stehen kann, um damit Fahrzeuge mit unterschiedlicher Spurweite zu versehen. Die Anzahl der jeweils zu ändernden Teile für eine sich ändernde Spurweite (zum Beispiel auch für unterschiedliche Versionen eines Fahrzeugtyps) ist daher minimiert. Dies bedeutet eine ideale Umsetzung der Standardisierung.
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Ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer radtragenden Baueinheit 2 der beschriebenen Art ist gesondert beansprucht. Dabei kann eine solche radtragende Baueinheit 2 die vorderen Räder Rv und/oder auch die hinteren Räder – hier nicht gezeichnet – betreffen.
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In jedem Fall ergibt sich gegenüber den sehr teuren Winkelgelenken eine erhebliche Ersparnis von ca. 60–70% der Gelenkkosten pro Fahrzeug.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug,
- 2
- radtragende Baueinheit,
- 3
- Karosserie,
- 4
- Radlager,
- 5
- Lenkkraftvermittler,
- 6
- Spurstange,
- 7
- quer inneres Ende,
- 8
- inneres Axialgelenk,
- 9
- quer äußeres Ende,
- 10
- äußeres Axialgelenk,
- 11
- Kraftlinie,
- 12
- äußerer Gelenkkopf,
- 13
- innerer Kugelzapfen,
- 14
- innerer Gelenkkopf,
- 15
- Sicherungsmutter,
- 16
- axialer Zapfen,
- 17
- äußerer Kugelzapfen,
- 18
- äußere Gelenkschale,
- 19
- Durchtrittsöffnung,
- 20
- Befestigungselement,
- 21
- Zweiflach,
- 22
- Stufe,
- 23
- Flansch,
- 24
- Schweißnaht,
- 25
- Dichtungsmanschette,
- 26
- Achse der Bohrung,
- 27
- Korpus der radtragen den Baueinheit,
- Rv
- Vorderrad,
- F
- Fahrtrichtung
