DE102014219980B4

DE102014219980B4 - Anordnung zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102014219980B4
Application number: DE102014219980.8A
Authority: DE
Inventors: Johann Dudkowiak; Thomas Janek; Stefan Stürzl; Sebastian Gielisch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: DE102014219980A1

Abstract

Anordnung (1) zur Druckluftversorgung eines Rades (7) eines Fahrzeuges, umfassend:- ein Rad (7) mit Reifen (9),- eine Abtriebswelle (11) zur Drehmomentübertragung auf das Rad (7),- einen am Fahrzeug befestigbaren Radträger (2),- ein Radlager (3) an dem das Rad (7) drehfest montiert ist, wobei das Radlager (3) drehbar am Radträger (2) montiert ist,- eine Verzahnung (13) zwischen Abtriebswelle (11) und Radlager (3), und- eine Druckluftführung, die von einer fahrzeugseitigen Druckluftquelle durch Freiräume (26) zwischen Zähnen der Verzahnung (13), von der Verzahnung (13) zum Rad (7) und vom Rad (7) in den Reifen (9) führt,wobei die Druckluftführung von der fahrzeugseitigen Druckluftquelle zu einem ersten Ringraum (19), vom ersten Ringraum (19) durch die Freiräume (26) zwischen den Zähnen der Verzahnung (13), von der Verzahnung (13) in einen zweiten Ringraum (20), vom zweiten Ringraum (20) zum Rad (7) führt,und wobei das Radlager (3) mittels einer Schraube (14) mit der Abtriebswelle (11) verspannt ist, wobei die Schraube (14) koaxial zur Abtriebswelle (11) angeordnet ist, und wobei der zweite Ringraum (20) im Inneren des Radlagers (3) und radial außerhalb der Schraube (14) definiert ist.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Mittels der Anordnung ist der Reifendruck im Rad des Fahrzeuges während der Fahrt veränderbar.
Das Verändern des Reifendrucks in einem Fahrzeug kann sich sowohl positiv auf den Fahrkomfort als auch auf den Energieverbrauch auswirken. Ein entsprechend niedriger Reifendruck führt beispielsweise zu einer weichen Federung im Reifen und somit zu einer komfortableren Fahrt. Ein entsprechend hoher Reifendruck reduziert den Rollwiderstand. Dies wiederum reduziert den Energieverbrauch des Fahrzeuges und verbessert dadurch die CO2-Bilanz. Problematisch bei der Konstruktion der Druckluftversorgung ist stets die Druckluftführung von den nicht rotierenden Bestandteilen des Fahrzeuges in das rotierende Rad. Eine beispielhafte Lösung zeigt die US2008/0006357A1 . In dieser Anmeldung erfolgt die Druckluftführung durch eine Bohrung im Außenring des Wälzlagers zwischen Radträger und Radlager. Solche Bohrungen werden im Stand der Technik an verschiedenen Stellen der Radaufhängung eingesetzt. Jedoch haben diese Bohrungen stets zum Nachteil, dass sie aufwendig in der Fertigung sind und die entsprechenden Bauteile schwächen.
FR 2 731 655 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Regulieren der Druckluft in einem Reifen eines Fahrzeugs. Dabei erfolgt die Druckluftführung durch einen Kanal an einer Verzahnung zwischen einer Abtriebswelle und einem Radlager. US 4 932 451 A offenbart ein Reifendruck-Management System an einem Rad, wobei ein Druckluftdurchlass mit ringförmigem Zwischenraum vorgesehen ist.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine Anordnung zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges anzugeben, die bei kostengünstiger Herstellung und Montage einen sicheren und dauerfesten Betrieb sowohl des Fahrzeuges als auch der Druckluftversorgung ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe vorliegender Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Druckluftversorgung des Rades anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Anordnung zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges. Die Anordnung umfasst ein Rad mit Reifen sowie eine Abtriebswelle. Die Abtriebswelle dient zur Drehmomentübertragung auf das Rad. Die Abtriebswelle führt somit vom Motor des Fahrzeuges über etwaige Getriebe bis zur Radaufhängung. Des Weiteren ist ein am Fahrzeug, insbesondere über Fahrwerkslenker, befestigbarer Radträger vorgesehen. Der Radträger kann beispielsweise als Schwenklager ausgebildet sein.
Auf einem Radlager ist das Rad drehfest montiert. Das Radlager wiederum ist drehbar gegenüber dem Radträger montiert. Beispielsweise befindet sich zwischen Radlager und Radträger ein Wälzlager. Zwischen der Abtriebswelle und dem Radlager ist eine Verzahnung vorgesehen. Diese Verzahnung dient zur Drehmomentübertragung von der Abtriebswelle auf das Radlager. Die Verzahnung umfasst insbesondere entsprechende Zähne an der Abtriebswelle und entsprechende Zähne am Radlager. Diese Zähne stehen miteinander im Eingriff.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Druckluftführung direkt durch die Verzahnung zwischen Abtriebswelle und Radlager erfolgen kann. Solch eine Verzahnung, selbst in spielfreier Ausführung, weist stets Freiräume auf. Diese Freiräume befinden sich zwischen den Köpfen der Zähne und den gegenüberliegenden Tälern zwischen den Zähnen. Des Weiteren gibt es selbst bei der spielfreien Ausführung aufgrund der evolventen Form der Zähne Freiräume zwischen den aneinander anliegenden Flanken. So ist eine Druckluftführung ausgebildet, die von einer fahrzeugseitigen Druckluftquelle zu einem ersten Ringraum führt. Dieser erste Ringraum schließt sich direkt an die Verzahnung an, sodass über den ersten Ringraum die Druckluft durch Freiräume zwischen den Zähnen der Verzahnung geleitet werden kann. Auf der anderen Seite der Verzahnung befindet sich ein zweiter Ringraum. Von diesem zweiten Ringraum erfolgt die Druckluftführung bis zum Rad und über das Rad in den Reifen. Die beiden Ringräume, in Strömungsrichtung vor und hinter der Verzahnung, sorgen dafür, dass die Druckluft über sämtliche Freiräume der Verzahnung geleitet wird. Die Summe aller Freiräume der Verzahnung bildet einen ausreichend großen Querschnitt für die Druckluftführung.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verzahnung als Stirnradverzahnung oder Radialverzahnung ausgebildet ist. Die Stirnradverzahnung ist dabei insbesondere eine Hirth-Verzahnung. Bei der Radialverzahnung sind die Zähne am Außen- beziehungsweise Innenumfang der Bauteile ausgebildet. Abtriebswelle und Radlager stecken dabei ineinander. Letztendlich kann für die Drehmomentübertragung zwischen Abtriebswelle und Radlager jedmögliche Verzahnung genutzt werden, soweit es Freiräume zwischen den Zähnen gibt.
In oder am Radträger ist vorteilhafterweise eine Druckluftleitung vorgesehen. Diese Druckluftleitung führt bis zum ersten Ringraum. Die Druckluftleitung kann dabei zumindest stellenweise im Inneren des Radträgers ausgebildet sein. Versorgt wird die Druckluftleitung von der Druckluftquelle im Fahrzeug. Dabei ist insbesondere auch vorgesehen, dass eine Druckluftquelle für mehrere Räder des Fahrzeugs genutzt wird.
Der erste Ringraum ist vorteilhafterweise gebildet durch zumindest einen nicht-drehenden Anteil der Anordnung und zumindest einen drehenden Anteil der Anordnung. Der nicht-drehende Anteil der Anordnung ist vorteilhafterweise der Radträger. Den drehenden Anteil der Anordnung bildet in diesem Bereich insbesondere die Abtriebswelle und/oder das Radlager. Ferner kann der mit dem Radlager fest verbundene Innenring des Wälzlagers ebenfalls den ersten Ringraum begrenzen. Vorteilhafterweise grenzt der erste Ringraum direkt an die beschriebene Verzahnung, sodass sich über den ersten Ringraum die Druckluft unmittelbar auf sämtliche Freiräume der Verzahnung verteilt. Zwischen dem nicht-drehenden Anteil und dem drehenden Anteil befindet sich bevorzugt eine Dichtungsanordnung. Diese Dichtungsanordnung dichtet den ersten Ringraum gegenüber der Umgebung ab.
Die Dichtungsanordnung umfasst vorteilhafterweise zumindest eine Dichtlippe. Diese Dichtlippe ist derart gestaltet, sodass sie bei entsprechend niedrigem Druck im ersten Ringraum den ersten Ringraum nicht abdichtet. Dadurch, dass sie in diesem Zustand nicht abdichtet, schleift die Dichtlippe auch nicht und unterliegt somit nicht dem Verschleiß. Erst bei entsprechend großem Druck im ersten Ringraum wird die Dichtlippe durch den Druck bewegt und dichtet dabei ab.
Das Radlager wird erfindungsgemäß mittels einer Schraube mit der Abtriebswelle verspannt. Die Schraube erstreckt sich dabei koaxial zur Abtriebswelle. Das Radlager ist vorteilhafterweise innen hohl. Durch diesen Hohlraum erstreckt sich diese Schraube. Der zweite Ringraum ist somit radial außerhalb dieser Schraube definiert.
Die Schraube liegt an einer Auflagefläche am Radlager an. Im Bereich dieser Auflagefläche ist bevorzugt zumindest ein Druckluftdurchlass vorgesehen. Durch diesen Druckluftdurchlass wird die Druckluft aus dem zweiten Ringraum in einem dritten Ringraum und somit in Richtung des Rades weitergeführt.
Die Anordnung umfasst vorteilhafterweise ein Steuerventil in der Druckluftführung zwischen Druckquelle und Reifen. Insbesondere befindet sich dieses Steuerventil in Strömungsrichtung zwischen dem dritten Ringraum und dem Reifen. Insbesondere ist das Steuerventil im Nabenbereich des Rades oder im Radlager angeordnet. Aus dem dritten Ringraum strömt die Druckluft durch das Steuerventil und durch die Speichen hindurch in den Reifen. Vorteilhafterweise ist das Steuerventil als pneumatisches Steuerventil ausgebildet, wobei die Druckluft nicht nur zum Befüllen des Reifens, sondern auch zur Ansteuerung des Steuerventils verwendet wird.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges, wobei die Druckluft von einer fahrzeugseitigen Druckwelle durch Freiräume zwischen Zähnen einer Verzahnung bis zum Rad geführt wird. Die Verzahnung wird dabei zur Drehmomentübertragung vom Antrieb des Fahrzeuges auf das Rad verwendet.
Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 den in 1 gekennzeichneten Schnitt A-A,
3 den in 1 gekennzeichneten Schnitt B-B,
4 den in 1 gekennzeichneten Schnitt C-C, und
5 eine Dichtungsanordnung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden wird anhand der 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 1 im Detail beschrieben.
1 zeigt das Rad 7 der Anordnung 1. Die Anordnung 1 ist Bestandteil eines Kraftfahrzeuges. Das Rad 7 befindet sich insbesondere an einer angetriebenen Achse des Kraftfahrzeuges mit Einzelradaufhängung, Verbundachse oder Starrachse.
Das Rad 7 umfasst eine Felge, mehrere Speichen 8 und einen Nabenbereich. Auf der Felge 8 ist ein Reifen 9 montiert. Das Rad 7 ist über Radschrauben 10 befestigt.
1 zeigt drei Schnittebenen A-A, B-B und C-C. Diese Schnitte sind in den folgenden Figuren dargestellt.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Radträger 2. Dieser Radträger 2 ist an seinem nicht dargestellten Ende insbesondere über Fahrwerkslenker mit der Karosserie oder einem Achsträger des Fahrzeuges verbunden. Ferner zeigt 2 ein Radlager 3. Zwischen dem Radlager 3 und dem Radträger 2 ist ein Wälzlager 4 angeordnet. Ein Innenring 5 des Wälzlagers 4 ist fest mit dem Radlager 3 verbunden. Ein Außenring 6 des Wälzlagers 4 ist fest mit dem Radträger 2 verbunden.
Vom nicht dargestellten Antrieb des Fahrzeuges in Richtung der Radaufhängung führt eine Abtriebswelle 11. Diese Abtriebswelle 11 umfasst die dargestellte Gelenkglocke 12. Zur Drehmomentübertragung zwischen der Abtriebswelle 11 auf das Radlager 3 ist eine Verzahnung 13 vorgesehen. Diese Verzahnung 13 ist insbesondere in dem Schnitt C-C gemäß 4 gut zu sehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine als Hirth-Verzahnung ausgebildete Stirnradverzahnung.
Das Radlager 3 ist mittels einer Schraube 14 mit der Abtriebswelle 11 verspannt. Diese Schraube 14 erstreckt sich koaxial zur Abtriebswelle 11. An einer Auflagefläche 15 liegt der Kopf der Schraube 14 am Radlager 3 an.
Ferner zeigt 2 eine Ventilanordnung 16 im Nabenbereich des Rades 7. Diese Ventilanordnung 16 umfasst ein Steuerventil 17.
Im Folgenden wird die Druckluftversorgung des Rades 7 beschrieben: In oder am Radträger 2 ist eine Druckluftleitung 18 vorgesehen. Diese Druckluftleitung 18 führt die Druckluft von einer fahrzeugseitigen Druckluftquelle bis zu einem ersten Ringraum 19. Der erste Ringraum 19 ist zumindest begrenzt durch den Radträger 2, den Innenring 5 und die Abtriebswelle 11. Dieser erste Ringraum 19 grenzt direkt an die radiale Außenseite der Verzahnung 13. Im ersten Ringraum 19 ist eine Dichtungsanordnung 22 vorgesehen. Diese wird anhand von 5 im Detail erläutert.
Durch die insbesondere in 4 sichtbaren Freiräume 26 in der Verzahnung 13 wird die Druckluft vom ersten Ringraum 19 in einen zweiten Ringraum 20 geführt. Dieser zweite Ringraum 20 ist gebildet durch das innen hohle Radlager 3 und ist radial innen begrenzt durch die Schraube 14.
5 zeigt im Detail die Dichtungsanordnung 22 im ersten Ringraum 19. Die Dichtungsanordnung 22 dient zum Abdichten des ersten Ringraums 19 gegenüber der Umgebung. Im ersten Ringraum 19 ist ein ringförmiges Bauteil 49 angeordnet. Das ringförmige Bauteil 49 ist mit dem drehenden Anteil, vorzugsweise mit dem Innenring 5, fest verbunden. In dem ringförmigen Bauteil 49 sind mehrere Aussparungen, vorzugsweise Bohrungen, vorgesehen, um die Druckluft in radialer Richtung nach innen durchzuleiten.
Radial außerhalb des ringförmigen Bauteils 49 umfasst die Dichtungsanordnung 22 einen Elastomerblock 50. In dem Elastomerblock 50 sind zwei Dichtlippen 51 befestigt. Der Elastomerblock 50 wirkt auf die beiden Dichtlippen 51 als Feder und belastet die Dichtlippen 51, sodass sie bei entsprechend niedrigem Druck nicht am ringförmigen Bauteil 49 anliegen. Dadurch, dass sie in diesem Zustand nicht anliegen, schleifen die Dichtlippen 51 auch nicht und unterliegt somit nicht dem Verschleiß. Erst bei entsprechend großem Druck werden die Dichtlippen 51 durch den Druck bewegt und dichten dabei ab.
Der radial innerhalb des ringförmigen Bauteils 49 gelegene Bereich des ersten Ringraums 19 wird durch eine statische Dichtlippe 23 abgedichtet.
Die Druckluftführung aus dem zweiten Ringraum 20 in Richtung des Rades 7 ermöglicht zumindest ein Druckluftdurchlass 24 im Bereich der Auflagefläche 15 des Schraubenkopfes. Der Druckluftdurchlass 24 kann z.B. gebildet werden durch eine entsprechende Bohrung im Radlager 3, durch eine entsprechende Bohrung im Schraubenkopf, durch eine entsprechende geometrische Gestaltung der Auflagefläche 15 oder durch die Verwendung einer entsprechenden Beilagscheibe. Letztendlich gibt es unterschiedliche Möglichkeiten zur Luftführung aus dem zweiten Ringraum 20 in einen dritten Ringraum 21.
Der dritte Ringraum 21 befindet sich axial außerhalb des Schraubenkopfes der Schraube 14 und im Inneren des Radlagers 3 und/oder im Nabenbereich des Rades 7. Nach Außen, gegenüber der Umgebung, ist der dritte Ringraum 21 durch die Ventilanordnung 16 verschlossen. In der Ventilanordnung 16 ist das Steuerventil 17 vorgesehen. Die Druckluftführung führt aus dem dritten Ringraum 21 in das Steuerventil 17. Das Steuerventil 17 führt die Druckluft radial nach außen in die Speichen 8. Insbesondere zeigt der Schnitt B-B in 3 die Druckluftführung vom Steuerventil 17 in den Reifen 9. Hierzu ist in zumindest einer Speiche 8 zumindest eine Felgenleitung 25 vorgesehen. Die Felgenleitung 25 führt vom Nabenbereich bis beispielsweise zur Felge und somit in den Reifen 9.
Das Steuerventil 17 umfasst einen federbelasteten Kolben. Bei einem ersten Druck über die beschriebene Druckluftführung bewegt sich der Kolben und ermöglicht eine Befüllung des Reifens 9. Bei einem zweiten Druck, der höher liegt als der erste Druck, bewegt sich der Kolben weiter gegen die Federkraft und ermöglicht dabei ein Ablassen des Drucks aus dem Reifen 9 in die Umgebung. Das Steuerventil 17 ist somit pneumatisch steuerbar. Es bedarf keiner stromversorgenden Leitungen vom Fahrzeug bis zum Steuerventil 17.
Im Rahmen der Erfindung wurde gezeigt, wie die ohnehin vorhandene Verzahnung für die Druckluftführung genutzt werden kann. Es bedarf keiner Bohrungen, um eine Druckluftübertragung von den nicht drehenden Bestandteilen des Fahrzeugs zum drehenden Rad zu ermöglichen. Die meisten Bauteile, insbesondere die Abtriebswelle 11 und das Radlager 3 können ohne eine konstruktive Veränderung unmittelbar im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung 1 genutzt werden.
Bezugszeichenliste:

1: Anordnung
2: Radträger (Schwenklager)
3: Radlager
4: Wälzlager
5: Innenring
6: Außenring
7: Rad
8: Speichen
9: Reifen
10: Radschraube
11: Abtriebswelle
12: Gelenkglocke
13: Verzahnung
14: Schraube
15: Auflagefläche
16: Ventilanordnung
17: Steuerventil
18: Druckluftleitung
19: erster Ringraum
20: zweiter Ringraum (Radlagerringraum)
21: dritter Ringraum
22: Dichtung
23: statische Dichtlippe
24: Druckluftdurchlass
25: Felgenleitung
26: Freiräume
49: ringförmiges Bauteil
50: Elastomerblock
51: Dichtlippen

Claims

Anordnung (1) zur Druckluftversorgung eines Rades (7) eines Fahrzeuges, umfassend: - ein Rad (7) mit Reifen (9), - eine Abtriebswelle (11) zur Drehmomentübertragung auf das Rad (7), - einen am Fahrzeug befestigbaren Radträger (2), - ein Radlager (3) an dem das Rad (7) drehfest montiert ist, wobei das Radlager (3) drehbar am Radträger (2) montiert ist, - eine Verzahnung (13) zwischen Abtriebswelle (11) und Radlager (3), und - eine Druckluftführung, die von einer fahrzeugseitigen Druckluftquelle durch Freiräume (26) zwischen Zähnen der Verzahnung (13), von der Verzahnung (13) zum Rad (7) und vom Rad (7) in den Reifen (9) führt, wobei die Druckluftführung von der fahrzeugseitigen Druckluftquelle zu einem ersten Ringraum (19), vom ersten Ringraum (19) durch die Freiräume (26) zwischen den Zähnen der Verzahnung (13), von der Verzahnung (13) in einen zweiten Ringraum (20), vom zweiten Ringraum (20) zum Rad (7) führt, und wobei das Radlager (3) mittels einer Schraube (14) mit der Abtriebswelle (11) verspannt ist, wobei die Schraube (14) koaxial zur Abtriebswelle (11) angeordnet ist, und wobei der zweite Ringraum (20) im Inneren des Radlagers (3) und radial außerhalb der Schraube (14) definiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckluftleitung (18) im und/oder am Radträger (2), die von der Druckluftquelle zum ersten Ringraum (19) führt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringraum (19) durch zumindest einen nicht-drehenden Anteil der Anordnung (1), insbesondere den Radträger (2), und zumindest einen drehenden Anteil der Anordnung (1), insbesondere Abtriebswelle (11) und/oder Radlager (3), gebildet ist, wobei der erste Ringraum (19) mittels einer Dichtungsanordnung (22) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (22) zumindest eine Dichtlippe (51) umfasst, wobei die Dichtlippe (51) bei entsprechend niedrigem Druck im ersten Ringraum (19) nicht abdichtet und nicht schleift, und wobei durch entsprechend hohen Druck die Dichtlippe (51) bewegbar ist und somit abdichtet.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auflagefläche (15) am Radlager (3), an der die Schraube (14) aufliegt, und zumindest einen Druckluftdurchlass (24) im Bereich der Auflagefläche (15), wobei der Druckluftdurchlass (24) vom zweiten Ringraum (20) in einen dritten Ringraum (21) führt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (17) in der Druckluftführung zwischen Druckquelle und Reifen (9).
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (17) zwischen dem dritten Ringraum (21) und dem Reifen (9), vorzugsweise im Nabenbereich des Rades (7) oder im Radlager (3) angeordnet ist.
Verfahren zur Druckluftversorgung eines Rades (7) eines Fahrzeuges mit der Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckluft von einer fahrzeugseitigen Druckquelle durch Freiräume (26) zwischen Zähnen der Verzahnung (13) bis zum Rad (7) geführt wird, wobei die Verzahnung (13) zur Drehmomentübertragung vom Antrieb des Fahrzeuges auf das Rad (7) verwendet wird.