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Die Erfindung betrifft ein einstückig gegossenes Schwenklager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 der Erfindung.
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Schwenklager (Radträger) für insbesondere die Vorderachse eines Kraftfahrzeugs sind in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Grundkörper mit einer Anbindungsstelle für ein Radlager und mit Anbindungsstellen für weitere Anbauteile, wie einen oder mehrere Lenker, ein Führungsgelenk, einen Bremssattel einer Radbremse und einen Stoßdämpfer. So beschreibt die
DE 10 2010 023 231 A1 ein einstückig aus einem Leichtmetall- oder Stahlwerkstoff gegossenes Schwenklager bzw. einen Radträger für eine gelenkte Vorderachse. Das Schwenklager weist einen Grundkörper mit einer Vielzahl von Anbindungsstellen für Anbauteile auf. Weiter ist es aus dieser Druckschrift bekannt, am einstückig gegossen Schwenklager Aushöhlungen bzw. Ausnehmungen bzw. Freimachungen oder dergleichen vorzusehen, die während des Gießprozesses vorzugsweise einseitig unter Verwendung eines beweglichen Kerns und/oder Konturteils bzw. Schiebers eingebracht sind, so dass eine Versteifungswand erhalten bleibt. Durch besagte Aushöhlungen wird eine Materialeinsparung einhergehend mit einer Gewichtsreduktion erreicht. Weitere Schwenklager bzw. Radträger der gattungsgemäßen Art sind überdies aus der
DE 198 41 811 A1 ,
DE 199 37 336 A1 ,
DE 199 23 694 A1 , US 2006 / 0 110 213 A1, CN 101 508 311 A, DE 14 80 574 C, DE 11 21 942 A, JP H11- 208 501 A, DE 37 36 666 A1, US 612 304 S und
JP H05- 185 173 A bekannt. Ferner sind aus der
DE 101 58 102 A1 , der
EP 2 614 969 A1 sowie der
DE 102 12 873 A1 Schwenklager bekannt, die einen Grundkörper, mit einer im Grundkörper ausgebildeten Öffnung zur Aufnahme eines Radlagers und einen integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Lenkhebelarm aufweisen, der seinerseits eine butzenförmige Anbindungsstelle für einen Lenker aufweist, wobei der Lenkhebelarm durch einen Obergurt und einen Untergurt gebildet ist, die in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen übereinander und beabstandet zueinander angeordnet sowie ausgehend vom Grundkörper zur butzenförmigen Anbindungsstelle hin zusammengeführt sind. Derartige Schwenklager sind überwiegend Metall-Gussteile, insbesondere Leichtmetall-Gussteile.
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Die Erfindung geht aus von der
CN 101 508 311 A , welche ebenfalls ein einstückig gegossenes Schwenklager für insbesondere eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs offenbart, mit einem Grundkörper, mit einer im Grundkörper ausgebildeten Öffnung zur Aufnahme eines Radlagers und mit einem integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Lenkhebelarm, der seinerseits eine butzenförmige Anbindungsstelle für einen Lenker aufweist, wobei der Lenkhebelarm durch einen Obergurt und einen Untergurt gebildet ist, die in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen übereinander und beabstandet zueinander angeordnet sowie ausgehend vom Grundkörper zur butzenförmigen Anbindungsstelle hin zusammengeführt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Schwenklager zu schaffen, welches bei minimiertem Materialbedarf und demgemäß minimiertem Gewicht die erforderlichen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften aufweist.
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Ausgehend von einem einstückig gegossenen Schwenklager für insbesondere eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem Grundkörper, mit einer im Grundkörper ausgebildeten Öffnung zur Aufnahme eines Radlagers und mit einem integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Lenkhebelarm, der seinerseits eine butzenförmige Anbindungsstelle für einen Lenker aufweist, wobei der Lenkhebelarm durch einen Obergurt und einen Untergurt gebildet ist, die in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen übereinander und beabstandet zueinander angeordnet sowie ausgehend vom Grundkörper zur butzenförmigen Anbindungsstelle hin zusammengeführt sind, wobei der Obergurt und der Untergurt ausgehend vom Grundkörper jeweils einen ersten Gurtabschnitt aufweisen und die ersten Gurtabschnitte jeweils in einen zweiten Gurtabschnitt übergehen, und wobei die besagten ersten Gurtabschnitte parallel zueinander angeordnet sind und die zweiten Gurtabschnitte zur butzenförmigen Anbindungsstelle hin zusammengeführt sind, wird die gestellte Aufgabe gemäß einer ersten Erfindung dadurch gelöst, dass der Untergurt und/oder der Obergurt, als Drehstabfeder fungierend, durch entsprechende Materialanordnung während des Gusses über die Länge desselben einen quasi verdrillten Querschnitt aufweist, und dass die Verdrillungsrichtung des als Drehfeder fungierenden Untergurts oder Obergurts derart gewählt ist, dass die Verdrillung in gegensinniger Richtung wie die Belastung auf den Unter- oder Obergurt oder den Lenkhebelarm einwirkt, oder dass bei Belastung des Unter- oder Obergurts oder des Lenkhebelarms in zwei Belastungsrichtungen die entgegengesetzte Verdrillung derart gewählt ist, dass diese in gegensinniger Richtung wie die höhere der beiden Belastungen auf den Unter- oder Obergurt oder den Lenkhebelarm einwirkt.
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Gemäß einer zweiten Erfindung wird die gestellte Aufgabe ausgehend von einem einstückig gegossenes Schwenklager für insbesondere eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem Grundkörper, mit einer im Grundkörper ausgebildeten Öffnung zur Aufnahme eines Radlagers und mit einem integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Lenkhebelarm, der seinerseits eine butzenförmige Anbindungsstelle für einen Lenker aufweist, wobei der Lenkhebelarm durch einen Obergurt und einen Untergurt gebildet ist, die in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen übereinander und beabstandet zueinander angeordnet sowie ausgehend vom Grundkörper zur butzenförmigen Anbindungsstelle hin zusammengeführt sind, wobei zumindest der Obergurt ausgehend vom Grundkörper durch einen ersten Gurtabschnitt und einen sich daran anschließenden zweiten Gurtabschnitt gebildet ist, und wobei der erste Gurtabschnitt eine erste, nach unten (-z-Richtung) gerichtete Delle aufweist, die wellenförmig in eine zweite, nach oben (+z-Richtung) gerichtete Delle des zweiten Gurtabschnitts übergeht, dadurch gelöst, dass der Untergurt und/oder der Obergurt, als Drehstabfeder fungierend, durch entsprechende Materialanordnung während des Gusses über die Länge desselben einen quasi verdrillten Querschnitt aufweist, und dass die Verdrillungsrichtung des als Drehfeder fungierenden Untergurts oder Obergurts derart gewählt ist, dass die Verdrillung in gegensinniger Richtung wie die Belastung auf den Unter- oder Obergurt oder den Lenkhebelarm einwirkt, oder dass bei Belastung des Unter- oder Obergurts oder des Lenkhebelarms in zwei Belastungsrichtungen die entgegengesetzte Verdrillung derart gewählt ist, dass diese in gegensinniger Richtung wie die höhere der beiden Belastungen auf den Unter- oder Obergurt oder den Lenkhebelarm einwirkt.
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Beiden erfindungsgemäßen Schwenklagern ist gemein, dass bei minimalem Gewicht ein kraftflussoptimierter, hoch versteifter Lenkhebelarm zur Übertragung von Lenkbewegungen auf ein vom Schwenklager getragenes Rad und zur Aufnahme von Kräften, die über den Radaufstandspunkt bei verschiedenen Fahrmanövern übertragen werden, geschaffen ist. Darüber hinaus ist ein kraftflussoptimierter sowie hoch versteifter Lenkhebelarm geschaffen, der vorteilhaft nicht nur der Belastung aus Biegung, sondern auch aus Torsion gerecht wird.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach bilden der Obergurt und der Untergurt zumindest in Kombination mit dem Grundkörper ein wenigstens eine Durchbrechung aufweisendes offenes oder teilweise offenes, vertikales Schubfeld oder ein geschlossenes, vertikales Schubfeld aus. Eine maximale Biegesteifigkeit ist erzielbar, wenn ein geschlossenes Schubfeld ausgebildet ist.
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Um die Steifigkeit des Lenkhebelarms noch weiter zu erhöhen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Obergurt und der Untergurt mittels zumindest eines integral mit denselben ausgebildeten Steges untereinander verbunden sein.
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Bevorzugt ist dabei ein Steg im Übergang vom ersten zum zweiten Gurtabschnitt angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass bei Ausbildung eines geschlossenen Schubfeldes die Wandstärke desselben der Wandstärke des zumindest einen Steges entspricht. Hierdurch ist die Biegesteifigkeit besonders erhöht.
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Um den Lenkhebelarm auf ein maximales Biegewiderstandsmoment auszulegen, entspricht die Breite „b1, b2“ von Ober- und Untergurt bevorzugt jeweils zumindest der doppelten Wandstärke „h1, h2“ derselben.
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Um den Kraftfluss im Lenkhebelarm noch weiter zu verbessern, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass Ober- und Untergurt unterschiedlich breit ausgebildet sind und deren Breite über den Verlauf des Lenkhebelarms variiert.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes vorderes, linkes Schwenklager eines Kraftfahrzeugs in einer perspektivischen Ansicht von Fahrzeug-außen, mit einem Grundkörper, der eine Öffnung zur Aufnahme eines Radlagers aufweist, sowie mit Anbindungsstellen für Anbauteile an den Grundkörper,
- 2 die Einzelheit „Z“ nach 1 mit einem perspektivisch dargestellten Lenkhebelarm zur Anbindung eines Lenkers an den Grundkörper gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante (Variante 1),
- 3 der Lenkhebelarm nach 2 in einer Seitenansicht,
- 4 der Lenkhebelarm nach 3 um 180° um eine Hochachse gedreht, und
- 5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren vorteilhafte Ausführungsvariante des Lenkhebelarms (Variante 2).
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Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll die übliche Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit „-x“ („minus x“), die Richtung entgegen seiner üblichen Fahrtrichtung mit „+x“ („plus x“), ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach rechts gesehen mit „+y“, ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach links gesehen mit ,,-y‟, die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach oben gesehen mit „+z“, und die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach unten gesehen mit „-z“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Überdies werden Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ „unten“ sowie Begriffe mit ähnlichem Bedeutungsinhalt einschließlich der Begriffe „rechts“ und „links“ in der Weise verwendet, wie sie zur Richtungsbezeichnung an einem Kraftfahrzeug üblicherweise gebraucht werden.
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Erste Erfindung 1
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1 zeigt zunächst ein einstückig aus einem Leichtmetall- oder Stahlwerkstoff gegossenes Schwenklager 1 für eine gelenkte Vorderachse eines nicht zeichnerisch dargestellten Kraftfahrzeugs in Einbaulage im Kraftfahrzeug. Es handelt sich um ein vorderes linkes Schwenklager 1, wobei der Blick auf die vom Kraftfahrzeug abgewandte Seite des Schwenklagers 1 fällt. Das Schwenklager 1 weist einen Grundkörper 2 mit einer in demselben ausgebildeten zentralen sowie rotationssymmetrischen Öffnung 3 sowie mit einem dieselbe begrenzenden Verstärkungsflansch 4 auf.
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Das Schwenklager 1 weist des Weiteren eine integral mit dem Grundkörper 2, d. h., in einem Guss ausgebildete erste, obere und zweite, untere butzenförmige Anbindungsstelle 5, 6 zur Anbindung eines Bremssattels einer nicht zeichnerisch dargestellten Radbremse an den Grundkörper 2, eine integral mit dem Grundkörper 2 ausgebildete dritte, obere Anbindungsstelle 7, welche über eine Dämpfer-Aufnahmehülse 8 zur Anbindung eines nicht zeichnerisch dargestellten Stoßdämpfers an den Grundkörper 2 verfügt, sowie eine integral mit dem Grundkörper 2 ausgebildete vierte, butzenförmige Anbindungsstelle 9 zur Anbindung eines nicht zeichnerisch dargestellten unteren Lenkers an den Grundkörper 2 auf. Darüber hinaus weist das Schwenklager 1 noch einen nach Fahrzeug-hinten (+x-Richtung) weisenden und integral mit dem Grundkörper 2 ausgebildeten Lenkhebelarm 10 mit einer fünften, butzenförmigen Anbindungsstelle 11 für einen nicht zeichnerisch dargestellten Lenker, insbesondere eine Spurstange auf.
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Wie aus den 1 bis 4 weiter zu entnehmen ist, ist der Lenkhebelarm 10 durch einen Obergurt 12 und einen Untergurt 13 gebildet, welche in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen übereinander und beabstandet zueinander angeordnet sowie ausgehend vom Grundkörper 2 zur butzenförmigen Anbindungsstelle 11 hin zusammengeführt sind.
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Sowohl der Obergurt 12 als der Untergurt 13 weisen ausgehend vom Grundkörper 2 jeweils einen ersten Gurtabschnitt 12a, 13a auf, welche jeweils zur butzenförmigen Anbindungsstelle 11 hin in einen zweiten Gurtabschnitt 12b, 13b übergehen und dort zusammengeführt sind. Die besagten ersten Gurtabschnitte 12a, 13a sind parallel oder nahezu parallel zueinander angeordnet.
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Der Obergurt 12 und der Untergurt 13 bilden in Kombination mit dem Grundkörper 2 ein sogenanntes vertikales Schubfeld aus, welches durch zwei fensterartige Durchbrechungen 14, 15 gebildet ist, die mittels eines den Obergurt 12 und den Untergurt 13 verbindenden und integral mit denselben ausgebildeten vertikal oder nahezu vertikal ausgerichteten VerbindungsStegs 16 voneinander separiert sind. Vorliegend ist der Steg 16 im Übergang vom ersten zum zweiten Gurtabschnitt 12a, 12b; 13a, 13b von Ober- und Untergurt 12, 13 angeordnet.
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Unter einem Schubfeld versteht der Fachmann im Allgemeinen eine kraftaufnehmende, umlaufende Rahmenstruktur, welche mittels Blechfelder ausgefacht ist. Die Kraftaufteilung erfolgt dabei derart, dass die Rahmenstruktur Längskräfte und das Blech Schubkräfte aufnehmen. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein sogenanntes offenes Schubfeld. Auf besagte Ausfachung wurde verzichtet.
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Demgegenüber kann besagtes Schubfeld auch ausgefacht, respektive geschlossen oder teilweise geschlossen ausgebildet sein, indem die Durchbrechungen 14, 15 gießtechnisch vollständig oder teilweise durch eine Wandung und/oder einen oder mehrere Stege 16 ersetzt sind (nicht zeichnerisch dargestellt). Wie bereits oben ausgeführt, ist durch diese Maßnahme eine maximale Biegesteifigkeit erzielbar. Bei Ausbildung eines geschlossenen Schubfeldes entspricht die Wandstärke desselben respektive der Ausfachung bevorzugt der Wandstärke des bzw. der Stege 16.
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Der Obergurt 12 und der Untergurt 13 sind im Hinblick auf ein maximales Biegewiderstandsmoment in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) ausgelegt, wobei die Breite „b1, b2“ von Ober- und Untergurt 12, 13 jeweils zumindest der doppelten Wandstärke „h1, h2“ derselben entspricht (vgl. insbes. 2 und 3). Um den Kraftfluss im Lenkhebelarm 10 noch weiter zu verbessern, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass Ober- und Untergurt 12, 13 unterschiedlich breit ausgebildet sind und deren Breite über den Verlauf des Lenkhebelarms 10 variiert (im Detail nicht zeichnerisch dargestellt). Vorliegend weist der Lenkhebelarm 10 im Bereich des besagten Steges 16 sozusagen einen auf die Seite respektive auf einen Profilflansch gestellten U-Profilquerschnitt 17 auf, welcher in 2 mittels einer gestrichelten Konturlinie schematisch dargestellt ist. Dabei ist in Abhängigkeit der gegebenen Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen an den Lenkhebelarm 10 der vom Untergurt 13 gebildete Profilflansch des besagten U-Profilquerschnitts 17 länger als der vom Obergurt 12 gebildete Profilflansch ausgebildet.
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Wie insbesondere der 4 weiter zu entnehmen ist, ist überdies der Untergurt 13 derart durch entsprechende Materialanordnung während des Gusses ausgebildet, dass dieser über die Länge desselben einen quasi verdrillten Querschnitt 18 aufweist, welcher seinerseits äußerst schematisch durch eine gestrichelte Konturlinie dargestellt ist. Die Verdrillungsrichtung des Untergurts 13 ist dabei derart gewählt, dass die Verdrillung in gegensinniger Richtung wie die Belastung auf den Untergurt oder den Lenkhebelarm 10 einwirkt. Es ist beabsichtigt, dass der Untergurt 13 quasi als Drehfeder fungiert und derselbe somit den auf den Lenkhebelarm 10 bzw. dessen Untergurt 13 einwirkenden Torsionsbelastungen entgegenwirkt.
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Erfährt der Untergurt 13 bzw. der Lenkhebelarm 10 anwendungsfallbezogen während der Übertragung der Lenkbewegung auf das Fahrzeug-Rad aus zwei Richtungen entsprechende Torsionsbelastungen, ist die besagte Verdrillung in gegensinniger Richtung wie die höhere der beiden Belastungen gewählt. Wie bereits oben ausgeführt, ist durch diese Maßnahme ein kraftflussoptimierter sowie hoch versteifter Lenkhebelarm 10 geschaffen, der vorteilhaft nicht nur der Belastung aus Biegung, sondern auch aus Torsion gerecht wird.
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Vorstehendes Ausführungsbeispiel stellt auf einen als Drehfeder fungierenden Untergurt 13 des Lenkhebelarms 10 ab. Mit erfasst durch die Erfindung ist auch ein Lenkhebelarm 10, dessen Obergurt 12 in der vorbeschriebenen Art gleichsam als Drehfeder ausgebildet ist. Überdies ist durch die Erfindung auch ein Lenkhebelarm 10 mit erfasst, bei dem sowohl der Untergurt 13 als auch der Obergurt gleichsam als Drehfeder ausgebildet sind, wobei in diesem Fall in Abhängigkeit der zu verzeichnenden bzw. zu erwartenden Belastung aus Torsion die Verdrillrichtungen auch entgegengesetzt und die realisierten Gegenbelastungen in der Größe unterschiedlich gewählt sein können (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Zweite Erfindung 2
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5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Lenkhebelarms 10' des Schwenklagers 1, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie zu der vorbeschriebenen ersten Ausführungsvariante bezeichnet sind.
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Diese zweite Ausführungsvariante unterscheidet sich zur vorbeschriebenen ersten Ausführungsvariante im Wesentlichen dadurch, dass der Obergurt 12 ausgehend vom Grundkörper 2 durch einen ersten Gurtabschnitt 12a gebildet ist, der eine nach unten (-z-Richtung) gerichtete Delle 19, in der Fachwelt umgangssprachlich auch als „Karateschlag“ bezeichnet, aufweist, die wellenförmig in eine zweite, nach oben (+z-Richtung) gerichtete Delle 20 des zweiten Gurtabschnitts 12b übergeht. Der daraus resultierende wellenförmige Konturverlauf des Obergurts 12 wurde der besseren Verdeutlichung halber mittels einer gestrichelten Konturlinie schematisch angedeutet. Der Verlauf des Untergurts 13 entsprich im Wesentlichen dem Verlauf gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsvariante. Insoweit ist dieser ebenfalls durch einen ersten und einen sich zur Anbindungsstelle 11 hin daran anschließenden zweiten Gurtabschnitt 13a, 13b gebildet.
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Was die Dimensionierung von Ober- und Untergurt 12, 13 die Ausbildung des Schubfelds, die Anordnung eines oder mehrerer Verbindungs-Stege 16 und die besondere Ausbildung des Unter- und/oder Obergurts 13, 12 gleichsam als Drehfeder anbelangt, orientiert sich diese zweite Ausführungsvariante an der vorbeschriebenen ersten Ausführungsvariante, so dass der diesbezügliche Inhalt zur ersten Ausführungsvariante auch bei der zweiten Ausführungsvariante Berücksichtigung finden soll. Eine nochmalige Erörterung der betreffenden Merkmale in der Beschreibung zur zweiten Ausführungsvariante erübrigt sich somit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwenklager
- 2
- Grundkörper
- 3
- Öffnung
- 4
- Verstärkungsflansch
- 5
- erste Anbindungsstelle
- 6
- zweite Anbindungsstelle
- 7
- dritte Anbindungsstelle
- 8
- Dämpfer-Aufnahmehülse
- 9
- vierte Anbindungsstelle
- 10
- Lenkhebelarm
- 10'
- Lenkhebelarm
- 11
- fünfte Anbindungsstelle
- 12
- Obergurt
- 12a
- erster Gurtabschnitt (Obergurt 12)
- 12b
- zweiter Gurtabschnitt (Obergurt 12)
- 13
- Untergurt
- 13a
- erster Gurtabschnitt (Untergurt 13)
- 13b
- zweiter Gurtabschnitt (Untergurt 13)
- 14
- Durchbrechung
- 15
- Durchbrechung
- 16
- Steg
- 17
- U-Profilquerschnitt
- 18
- Querschnitt
- 19
- erste Delle
- 20
- zweite Delle
- b1
- Breite (Obergurt 12)
- b2
- Breite (Untergurt 13)
- h1
- Wandstärke (Obergurt 12)
- h2
- Wandstärke (Untergurt 13)
