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Die Erfindung betrifft ein Radlager eines Fahrzeugs mit vier je einen in Radialrichtung betrachtet näher der Drehachse liegenden Lagerring und einen in Radialrichtung weiter außen liegenden Lagerring aufweisenden und Kugelwälzkörper führenden Schrägkugellager-Einheiten, wobei in einer die Drehachse des Radlagers enthaltenden Schnittebene betrachtet die Kontaktlinien der in Drehachsrichtung beiden äußeren Schrägkugellager-Einheiten zumindest bei Geradeausfahrt des Fahrzeug zwischen sich ebenso einen spitzen Winkel einschließen wie die Kontaktlinien der beiden dazwischen liegenden inneren Schrägkugellager-Einheiten, und wobei zumindest einer der die Kugelwälzkörper einer ersten äußeren Schrägkugellager-Einheit führenden und als erster Lagerring bezeichneten Lagerringe als ein von einem entsprechenden zweiten Lagerring, welcher die Kugelwälzkörper der zweiten äußeren Schrägkugellager-Einheit führt, getrenntes Bauteil ausgeführt ist. Die anderen, nicht als erster und zweiter Lagerring bezeichneten Lagerringe einander benachbarter Schrägkugellager-Einheiten können dabei – müssen aber nicht – durch ein oder mehrere mit einem anderen Lagerring zusammenhängende Bauteil(e) gebildet sein, ebenso können der besagte erste Lagerring und/oder der zweite Lagerring mit einem Lagerring einer benachbarten Schrägkugellager-Einheit ein gemeinsames Bauteil bilden.
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Wie allgemein üblich ist oder sind dabei der oder die in Radialrichtung betrachtet weiter von der Drehachse beabstandete(n) Lagerring(e) entweder an einem der Achse des Fahrzeugs zugeordneten Radträger oder alternativ auf einem für die Aufnahme des Rades vorgesehenen Nabenteil gelagert, während der oder die in Radialrichtung näher der Drehachse liegende(n) Lagerring(e) entweder auf dem besagten Nabenteil oder alternativ am genannten Radträger gelagert ist oder sind. Weiterhin ist das Radlager wie bei Verwendung von Schrägkugellagern allgemein üblich vorgespannt, d. h. auch ohne Einwirkung Kräften, welche zwischen dem Rad und der Fahrbahn übertragen werden könnten, ist durch axiales Verspannen des Nabenteiles gegenüber dem Radträger in Drehachsrichtung in das Radlager eine Vorspannkraft eingebracht, welche sicherstellt, dass Kugelwälzkörper von Schrägkugellager-Einheiten solchermaßen an den zugehörigen Lagerringen anliegen, dass auch ohne Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Kugelwälzkörper und „seinen” Lagerringen eine Kraftübertragung in Richtung der Radlager-Drehachse möglich ist. Bezüglich des Fahrzeugs werden solchermaßen orientierte Kräfte gemeinhin als Seitenkräfte bezeichnet, welcher Begriff folglich vorliegend auch für im Radlager in Richtung von dessen Drehachse wirkenden bzw. übertragenen Kräften verwendet wird.
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Zum Stand der Technik wird (beispielshalber) auf die
DE 103 31 936 A1 verwiesen, da in dieser Schrift eine Radlager-Baugruppe in Schrägkugellagerausführung mit vier in Drehachsrichtung betrachtet nebeneinander liegenden Kugellager-Einheiten gezeigt ist, was jedenfalls für Personenkraftwagen eine unübliche Bauart darstellt.
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Mit vorliegender Erfindung wurde erkannt, dass sich mit einer solchen „vierreihigen” Radlager-Baugruppe überraschenderweise zumindest bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs verringerte Reibungsverluste im Radlager darstellen lassen, ohne hierdurch Einbußen hinsichtlich des Seitenführungspotentials des Radlagers bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs hinnehmen zu müssen. Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine (entsprechende) günstige Maßnahme zur Verringerung der Reibungsverluste an einem Fahrzeug-Radlager aufzuzeigen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Radlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der besagte erste und zweite Lagerring, welche baulich voneinander getrennt ausgebildet sind, derart geringfügig elastisch verformbar ausgebildet sind, dass bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs zumindest einer dieser Lagerringe unter Einwirkung der vom Rad in das Radlager eingeleiteten Seitenkraft aufgrund elastischer Verformung eine signifikant höhere Vorspannkraft auf die zugehörige Schrägkugellager-Einheit aufbringt als bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs ohne nennenswerte Seitenkraft-Einwirkung.
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Wie insbesondere aus der an späterer Stelle folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervorgeht, kann ein erfindungsgemäß gestaltetes Radlager solchermaßen ausgelegt und an diesem die Vorspannung durch axiales Verspannen (in Drehachsrichtung) solchermaßen eingestellt werden, dass bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs im wesentlichen nur die beiden in Drehachsrichtung betrachtet inneren Schrägkugellager-Einheiten in Richtung der Drehachse wirkende Seitenkräfte (zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn) übertragen, während die beiden äußeren Schrägkugellager-Einheiten in diesem Fahrzustand des Fahrzeugs im wesentlichen nur senkrecht zur Drehachse ausgerichtete Vertikalkräfte und Längskräfte als zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn wirkende Kräfte übertragen. Bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs hingegen, wenn somit betragsmäßig höhere Seitenkräfte zwischen der Fahrbahn und dem Fahrzeug bzw. zwischen dessen Rad-Nabenteil und dessen Radträger übertragen werden, soll sich zumindest einer der besagten äußeren Lagerringe, nämlich der genannte erste Lagerring und/oder der genannte zweite Lagerring unter Einwirkung dieser Seitenkräfte geringfügig solchermaßen verformen und damit eine axiale Vorspannung in das Radlager einbringen, dass auch über die äußeren Schrägkugellager-Einheiten ein signifikanter Anteil dieser Seitenkraft (bspw. 50% und mehr) übertragen wird. Indem die äußeren Schrägkugellager-Einheiten sozusagen nur im Bedarfsfall eine in Drehachsrichtung wirkende Vorspannkraft erzeugen, kann die Summen-Vorspannung der vier Schrägkugellager-Einheiten eines erfindungsgemäßen Radlagers bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs signifikant geringer sein als bei üblichen zweireihigen Schrägkugellagern, welche die erfindungsgemäßen Merkmale nicht aufweisen und somit auch bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs stets solchermaßen in Axialrichtung (= Drehachsrichtung) vorgespannt sein müssen, dass jederzeit eine ausreichende Übertragung von Seitenkräften möglich ist. Bei einem erfindungsgemäßen Radlager hingegen wird letzteres selbsttätig nur bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs dargestellt. Dass sich damit aufgrund der geringeren axialen Vorspannung im Radlager bei Geradeausfahrt geringere Reibungsverluste einstellen, liegt auf der Hand.
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Besonders deutlich stellt sich der soweit geschilderte Effekt dann ein, wenn der Durchmesser zumindest der beiden in Drehachsrichtung inneren Schrägkugellager-Einheiten geringer als bei einem für ein gleiches Fahrzeug vorgesehenen bzw. ausgelegten Radlager mit lediglich zwei Schrägkugellager-Einheiten ist. Diese Durchmesser-Verringerung führt nämlich zu einer weiteren Verringerung der Reibungsverluste.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung können ein erstes und ein zweites Lagerringteil jeweils den ersten oder den zweiten Lagerring einer äußeren Schrägkugellager-Einheit sowie einen entsprechenden Lagerring der jeweils neben dieser liegenden inneren Schrägkugellager-Einheit bilden. Hiermit ergibt sich zum einen eine einfache Bauweise und weiterhin können insbesondere damit unter Einwirkung einer Seitenkraft sowohl der erste als auch der zweite Lagerring bei der Übertragung dieser Seitenkraft mitwirken.
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Ebenfalls im Hinblick auf eine Reduzierung der Reibungsverluste jedenfalls bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs sowie bei betragsmäßig relativ geringen zu beitragenden Seitenkräften kann der als Winkel zwischen den Kontaktlinien der beiden in Drehachsrichtung inneren Schrägkugellager-Einheiten definierte Druckwinkel der inneren Schrägkugellager-Einheiten in der Größenordnung von 20° bis 30° liegen (und damit ca. 5° bis 10° weniger betragen als bei üblichen zweireihigen Schrägkugellagern, welche als Fahrzeug-Radlager zum Einsatz kommen).
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Näher erläutert wird die Erfindung anhand der beigefügten Prinzipskizzen, die ein erfindungsgemäßes Radlager eines Fahrzeugs, bspw. Personenkraftwagens, mit vier Schrägkugellager-Einheiten und zugehörigen Lagerringen in einem die Drehachse Z des Radlagers bzw. eines über dieses gelagerten Fahrzeug-Rades enthaltenden Halb-Schnitt zeigen. In 1 ist dabei der Zustand der Lagerringe bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs (gemäß Pfeil G) dargestellt, während 2 der Erläuterung der vorliegenden Erfindung wegen stark übertrieben den Zustand bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs, nämlich einer Linkskurve gemäß Pfeil K, zeigt. Die besagte Drehachse weist in Fahrzeug-Querrichtung, so dass der auf dieser senkrecht stehende Pfeil G in Fzg.-Längsrichtung weist.
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Das vorliegend dargestellte Radlager besitzt zwei in Richtung der Drehachse Z betrachtet nebeneinander liegende und baulich voneinander getrennt ausgeführte Lagerringteile 1, 2, die in Radialrichtung R betrachtet näher an der Drehachse Z liegen als ein in Radialrichtung R weiter außen liegendes drittes Lagerringteil 3, welches vorliegend ein einziges Bauteil darstellt und mit beiden anderen Lagerringteilen 1 und 2 sowie einer Vielzahl von Kugelwälzkörpern 4 insgesamt vier Schrägkugellager-Einheiten A, B, C, D bildet. Die Kugelwälzkörper 4, die je Schrägkugellager-Einheit A bzw. B bzw. C bzw. D in einer senkrecht zur Drehachse Z liegenden Ebene um die Drehachse Z verteilt sind, sind in bezüglich der Drehachse Z (bzw. in besagter Ebene) kreisförmigen Laufbahnen LA, LB, LC, LD, welche in den Lagerringteilen 1 bis 3 ausgeformt sind, zwischen diesen Lagerringteilen 1, 2, 3 geführt.
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Um einen allgemeinen erfinderischen Gedanken in den Patentansprüchen niederzuschreiben zu können, sind weiterhin Lagerringe 1A, 1B definiert, die Bestandteil des ersten Lagerringteils 1 sind und mit Lagerringen 3A, 3B, die Bestandteil des dritten Lagerringteils 3 sind, die beiden Schrägkugellager-Einheiten A, B mit den Laufbahnen LA, LB bilden. Analog sind Lagerringe 2C, 2D definiert, die Bestandteil des zweiten Lagerringteils 2 sind und mit Lagerringen 3C, 3D, die ebenfalls Bestandteil des dritten Lagerringteils 3 sind, die beiden Schrägkugellager-Einheiten C, D mit den Laufbahnen LC, LD bilden. In Richtung der Drehachse Z betrachtet sind somit zwei äußere Schrägkugellager-Einheiten A, D vorgesehen, zwischen denen zwei innere Schrägkugellager-Einheiten B, C vorgesehen sind. Der im ersten Lagerringteil 1 ausgebildete Lagerring 1A der ersten äußeren Schrägkugellager-Einheit A wird vorliegend auch als erster Lagerring (1A) bezeichnet und der im zweiten Lagerringteil 2 ausgebildete Lagerring 2D der zweiten äußeren Schrägkugellager-Einheit D wird vorliegend auch als zweiter Lagerring (2D) bezeichnet.
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Wie bei den üblicherweise bzw. zumeist für Radlager von Fahrzeugen eingesetzten zweireihigen Schrägkugellagern mit zwei spiegelsymmetrisch nebeneinander angeordneten Schrägkugellager-Einheiten sind auch im hier gezeigten Radlager die Laufbahnen LX (X = A, B, C, D) wie grundsätzlich üblich gestaltet, nämlich spiegelsymmetrisch zur auf der Drehachse Z senkrecht stehenden Mittenebene M des Radlagers, wobei vorliegend die beiden in Drehachsrichtung Z äußeren Schrägkugellager-Einheiten A und D ebenso zueinander spiegelsymmetrisch sind, wie die beiden in Drehachsrichtung Z inneren Schrägkugellager-Einheiten B und C, die nebeneinander zwischen den beiden äußeren Schrägkugellager-Einheiten A, D liegen, zueinander spiegelsymmetrisch sind.
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Da anders als bei üblichen zweireihigen Schrägkugellagern mit lediglich zwei spiegelsymmetrisch nebeneinander angeordneten Schrägkugellager-Einheiten (bspw. den Einheiten B, C des vorliegenden Ausführungsbeispiels) vorliegend vier Schrägkugellager-Einheit A, B, C, D vorgesehen sind, welche insbesondere auch Vertikalkräfte, d. h. die anteilige Gewichtskraft des Fahrzeug-Aufbaus sowie in Längsrichtung des Fahrzeugs orientierte Kräfte zwischen dem Fahrzeug-Aufbau und dem jeweiligen Rad übertragen, können – wie grundsätzlich bekannt – vorliegend die Kugelwälzkörper 4 kleiner gestaltet sein als bei zweireihigen Schrägkugellagern eines vergleichbaren Fahrzeugs, und insbesondere kann auch der (in Radialrichtung R gemessene) Durchmesser zumindest der hier in Drehachsrichtung Z inneren Schrägkugellager-Einheiten B und C kleiner gewählt werden als bei üblichen zweireihigen Schrägkugellagern eines ansonsten gleichen Fahrzeugs.
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Insbesondere jedoch sind vorliegend das erste Lagerringteil 1 sowie das zweite Lagerringteil 2, welche baulich voneinander getrennt ausgebildet sind, zumindest abschnittsweise, nämlich zumindest im Bereich des jeweils äußeren Lagerrings der jeweils äußeren Schrägkugellager-Einheit A bzw. D, d. h. am ersten Lagerring 1A und am zweiten Lagerring 2D, derart geringfügig elastisch verformbar ausgebildet, dass bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, deren Radlager-Zustand in 2 übertrieben dargestellt ist, zumindest einer dieser genannten Lagerringe, nämlich der erste Lagerring 1A und/oder der zweite Lagerring 2D, unter Einwirkung der vom Rad in das Radlager eingeleiteten Seitenkraft S aufgrund elastischer Verformung eine signifikant höhere Vorspannkraft auf die zugehörige Schrägkugellager-Einheit A bzw. D aufbringt als bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs ohne nennenswerte Seitenkraft-Einwirkung, wobei der hierzu gehörende Radlager-Zustand in 1 dargestellt ist. Vorliegend ist sowohl das erste Lagerringteil 1 als auch das zweite Lagerringteil 2 in entsprechender Weise gesamthaft geringfügig elastisch verformbar ausgebildet, so dass sich unter Einwirkung einer nennenswert großen Seitenkraft S auch die Lagerringe 1B und 2C der beiden in Richtung der Drehachse Z betrachtet inneren Schrägkugellager-Einheiten B, C entsprechend im Sinne einer höheren Vorspannkraft verformen, so wie dies übertrieben in 2 dargestellt ist.
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Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Effekts sind in den 1, 2 weiterhin die sog. Kontaktlinien der figürlich dargestellten Kugelwälzkörper 4 der jeweiligen Schrägkugellager-Einheiten A, B, C, D bezüglich der Lagerringteile 1, 2, 3 in der jeweiligen Laufbahn LX (X = A, B, C, D) dargestellt, welche die Auflagepunkte des jeweils dargestellten Kugelwälzkörpers 4 am jeweiligen Lagerringteil 1 oder 2 und am Lagerringteil 3 miteinander verbinden. So ist mit dem Bezugszeichen KA die Kontaktlinie der Schrägkugellager-Einheit A in der Laufbahn LA der Lagerringteile 1 und 3 gekennzeichnet. Analog ist mit dem Bezugszeichen KB die Kontaktlinie des figürlich dargestellten Kugelwälzkörpers 4 der zweiten Schrägkugellager-Einheit B bezüglich der Lagerringteile 1 und 3 in der Laufbahn LB gekennzeichnet, während mit dem Bezugszeichen KC die Kontaktlinie des figürlich dargestellten Kugelwälzkörpers 4 der dritten Schrägkugellager-Einheit C bezüglich der Lagerringteile 2 und 3 in der Laufbahn LC gekennzeichnet ist. Analog trägt die Kontaktlinie des figürlich dargestellten Kugelwälzkörpers 4 der vierten Schrägkugellager-Einheit D bezüglich der Lagerringteile 2 und 3 in der Laufbahn LD das Bezugszeichen KD.
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Die Kontaktlinien KB und KC der beiden (in Richtung der Drehachse Z betrachtet) inneren Schrägkugellager-Einheiten B, C schließen zwischen sich den figürlich dargestellten (und gemeinhin so bezeichneten) Druckwinkel Wi ein, der hier – wie üblich – ein spitzer Winkel ist und jedenfalls im Ausführungsbeispiel bei Geradesausfahrt des Fahrzeugs (1) abweichend vom üblichen Stand der Technik in der Größenordnung von 20° bis 30° liegt, was nennenswert unterhalb des bei zweireihigen Schrägkugellagern in Fahrzeug-Radlagern üblichen Druckwinkel-Wertes von 30°–35° liegt. (Der Index „i” zum Buchstaben W steht für die „inneren” Einheiten B, C). Analog schließen die Kontaktlinien KA und KD der beiden (in Richtung der Drehachse Z betrachtet) äußeren Schrägkugellager-Einheiten A, D zwischen sich einen Druckwinkel Wa ein, der jedenfalls bei der Darstellung in 1 (ebenfalls) ein spitzer Winkel ist. (Dabei steht der Index „a” für die „äußeren” Einheiten A, D).
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In 1 ist der Zustand des Radlagers bei Geradeausfahrt G des Fahrzeugs dargestellt. Dabei ist die Vorspannung im Radlager durch wie üblich durchgeführtes axiales Verspannen der näher zur Drehachse D liegenden Lagerringteile 1 und 2 gegenüber dem weiter von der Drehachse D beabstandeten Lagerringteil 3 in Summe betragsmäßig geringer eingestellt als bei herkömmlichen zweireihigen Schrägkugel-Radlagern für ein gleiches Fahrzeug. Vorzugsweise ist die Vorspannung im erfindungsgemäßen Radlager solchermaßen eingestellt, dass bei (exakter) Geradeausfahrt des Fahrzeugs im wesentlichen nur die beiden (in Richtung der Drehachse Z betrachtet) inneren Schrägkugellager-Einheiten B und C der Seitenführung dienen, d. h. Seitenkräfte in Richtung der Drehachse Z übertragen, während die beiden (in Richtung der Drehachse Z betrachtet) äußeren Schrägkugellager-Einheiten A und D praktisch keine Seitenkräfte in Richtung der Drehachse Z, sondern nur Längskräfte (in der figürlich dargestellten Schnittebene in Radialrichtung R orientiert) sowie insbesondere Vertikalkräfte, welche senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, übertragen.
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In 2 ist der Zustand des Radlagers bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs gemäß Pfeil K dargestellt. Indem zumindest die beiden in den Lagerringteilen 1, 2 enthaltenen äußeren Lagerringe 1A und 2D in Form voneinander getrennter Bauteile ausgeführt derart geringfügig elastisch verformbar ausgebildet ist/sind, dass sich bei Kurvenfahrt K des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Wirkrichtung der vom Rad in das Radlager eingeleiteten Seitenkraft S zumindest der erste oder zweite Lagerring 1A, 2D, vorliegend jedoch aufgrund der entsprechenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lagerringteile 1 und 2 sämtliche in Radialrichtung R betrachtet näher an der Drehachse Z liegenden Lagerringe 1A, 1B, 2C, 2D unter Einwirkung dieser Seitenkraft S auf das Rad wie in 2 stark übertrieben dargestellt, verformen und somit aufgrund dieser elastischen Verformung eine signifikant höheren Vorspannkraft auf die zugehörige Schrägkugellager-Einheit aufbringen als bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs ohne nennenswerte Seitenkraft-Einwirkung, ist auch bei Kurvenfahrt eine ausreichende Seitenführung gewährleistet. Ohne eine solche Verformung, im Rahmen derer die beiden Lagerringteile 1, 2 quasi geringfügig in Pfeilrichtung K gekippt werden, treten hingegen bei Geradeausfahrt G aufgrund der dann signifikant verringerten Vorspannkraft im Radlager verringerte Reibungsverluste auf. Anstelle eines Kippens der Lagerringteile 1, 2 unter Einwirklung von Seitenkraft S (siehe 2) kann auch von einem Verbiegen oder Aufbiegen zumindest der jeweiligen äußeren Lagerringe 2D und/oder 1A (erster Lagerring 1A und zweiter Lagerring 2D) zur Lagermittenebene M hin gesprochen werden, was wie figürlich dargestellt eine Vergrößerung des Druckwinkels Wi zur Folge hat (vgl. 2 gegenüber 1).
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Mit der vorliegenden Ausgestaltung, wonach die beiden Lagerringteile 1, 2 weiterhin jeweils einen der Lagerringe 1B, 2C der inneren Schrägkugellager-Einheiten B, C enthalten, werden unter Seitenkrafteinwirkung praktisch sämtliche in Radialrichtung R betrachtet näher an der Drehachse Z liegenden und zumindest geringfügig elastisch gemäß vorliegender Erfindung ausgeführten Lagerringe 1A, 1B, 2C, 2D entsprechend verformt, d. h. quasi zur Lagermittenebene M hin aufgebogen. Dies hat wie figürlich dargestellt zur Folge, dass sich auch der Druckwinkel Wa vergrößert. Vorliegend wird unter Seitenkrafteinfluss aus dem zuvor (bei Geradeausfahrt G gemäß 1) spitzen Druckwinkel Wa der äußeren Schrägkugellager-Einheiten A, D ein stumpfer Druckwinkel Wa.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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