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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.
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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 der Druckluftquelle im Fahrzeug bis hin zu dem rotierenden Rad. Die Druckschrift
US2008/0006357A1 zeigt hierzu eine beispielhafte Lösung. Dabei wird die Luft durch entsprechende Bohrungen und Leitungen in der Radaufhängung geführt. Jedoch sollte auf solche Bohrungen soweit als möglich verzichtet werden, da jede Bohrung stets zum Nachteil hat, dass sie aufwendig in der Fertigung ist und das entsprechende Bauteil schwächt.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine Anordnung zu 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.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Anordnung zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges. Die Anordnung umfasst dabei ein Rad mit Reifen sowie eine Abtriebswelle. Die Abtriebswelle dient zur Drehmomentübertragung auf das Rad. Dementsprechend führt die Abtriebswelle vom Motor des Fahrzeuges über etwaige Getriebe bis zur Radaufhängung.
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Auf einem Radlager der Anordnung ist das Rad drehfest montiert. Zwischen der Abtriebswelle und dem Radlager ist eine Verzahnung vorgesehen. Diese Verzahnung dient zur Drehmomentübertragung von der Abtriebswelle auf das Radlager. Das Radlager ist mittels einer Schraube mit der Abtriebswelle verspannt. Diese Schraube erstreckt sich koaxial zur Abtriebswelle in einem inneren Hohlraum des Radlagers. In diesem Hohlraum, radial außerhalb der Schraube, ist ein sogenannter Radlagerringraum definiert. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Druckluftdurchlass von diesem Radlagerringraum in Richtung des Rades vorgesehen. Des Weiteren umfasst die Anordnung eine Druckluftführung. Diese führt von einer fahrzeugseitigen Druckluftquelle in den Radlagerringraum und vom Radlagerringraum durch den zumindest einen Druckluftdurchlass bis zum Rad. Im Rad kann die Druckluft radial nach außen, beispielsweise durch die Speichen, bis zur Felge und in den Reifen geführt werden. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, den Radlagerringraum bei der Druckluftführung zu nutzen. Dementsprechend ist zumindest der eine Druckluftdurchlass vorgesehen, um die in den Radlagerringraum eingebrachte Druckluft weiter in Richtung des Rades zu leiten.
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In vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass ein Schraubenkopf der Schraube an einer Auflagefläche am Radlager anliegt. Der zumindest eine Druckluftdurchlass ist im Bereich der Auflagefläche und/oder im Radlager und/oder in der Schraube ausgebildet. Um die Druckluft aus dem Radlagerringraum weiter in Richtung des Rades zu leiten, muss die Druckluft durch die Auflagefläche oder nahe der Auflagefläche also im Radlager oder durch die Schraube hindurch geführt werden.
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Im Folgenden werden unterschiedliche Ausgestaltungen des zumindest einen Druckluftdurchlass beschrieben. Dabei versteht sich stets, dass auch mehrere der Druckluftdurchlässe in der einen Anordnung ausgebildet werden können. Dabei ist es auch möglich, dass die mehrere Druckluftdurchlässe unterschiedlich ausgestaltet sind. So kann es beispielsweise einen Druckluftdurchlass als Nut und einen anderen Druckluftdurchlass als Kanal geben.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Druckluftdurchlass durch eine Nut im Radlager an der Auflagefläche und/oder durch eine Nut im Schraubenkopf an der Auflagefläche gebildet ist. Durch solch eine Nut an der Auflagefläche wird sichergestellt, dass der Schraubenkopf an der Auflagefläche den Radlagerringraum nicht vollständig abdichtet, sondern die Druckluft durch die Nut hindurch weiter in Richtung des Rades geführt werden kann.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, den Druckluftdurchlass durch einen Kanal im Radlager und/oder durch einen Kanal im Schraubenkopf zu bilden. Der Kanal wird dabei vorzugsweise als Bohrung ausgebildet. Alternativ dazu ist es auch möglich, beispielsweise beim Guss des Radlagers ein entsprechendes Röhrchen einzulegen und zu umspritzen. Die Kanäle werden möglichst kurz ausgebildet und führen lediglich um die Auflagefläche herum, sodass eine Schwächung der entsprechenden Bauteile weitestmöglich vermieden wird. Es kann dabei ein Kanal gestaltet werden, der lediglich durch den Schraubenkopf hindurchgeht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein erster Kanal sich entlang der Mittelachse der Schraube erstrecken. Ein radial gerichteter seitlicher Kanal trifft auf diesen ersten Kanal. Vorzugsweise erstreckt sich der radial gerichtete Kanal durch die gesamte Schraube und ist dadurch einfach zu fertigen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, an der Auflagefläche eine Unterlegscheibe anzuordnen. In dieser Unterlegscheibe wird zumindest eine Nut oder eine Bohrung oder eine entsprechende Aussparung ausgebildet. Die Druckluft kann dadurch durch die Nut, Bohrung oder Aussparung in der Unterlegscheibe aus dem Radlagerringraum in Richtung des Rades weitergeleitet werden.
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Anstatt der Unterlegscheibe kann auch ein Federring an der Auflagefläche angeordnet werden. Die entsprechende Wellenform des Federrings ermöglicht dabei die Ausbildung eines Druckluftdurchlasses. Selbstverständlich wird dabei die Schraube nicht soweit angezogen, dass der Federring über seine gesamte Fläche voll anliegt und abdichtet.
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Die Unterlegscheibe oder der Federring können auch als nicht-geschlossener Ring, z. B. in C-Form, ausgebildet sein, wobei der offene Anteil die Aussparung für die Druckluft bildet.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, zur Ausbildung des Druckluftdurchlasses ein luftdurchlässiges, beispielsweise poröses, Material zu verwenden. Dieses luftdurchlässige Material wird als Teil des Radlagers und/oder als zumindest ein Teil der Schraube oder als zumindest ein Teil der Unterlegscheibe verwendet. Vorzugsweise wird für das luftdurchlässige Material Sintermetall, Metallschaum oder poröser PTFE-Schaum (Polytetrafluorethylen) verwendet. Auch das unter dem Handelsnamen Metapor bekannte Material kann hier als luftdurchlässiges Material eingesetzt werden.
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Wie bereits eingangs beschrieben, ist die Abtriebswelle über eine Verzahnung mit dem Radlager verbunden. Es wurde erkannt, dass die Druckluftführung in den Radlagerringraum durch diese Verzahnung hindurch 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 führt die beschriebene Druckluftführung vorteilhafterweise von der fahrzeugseitigen Druckluftquelle durch die Verzahnung hindurch in den Radlagerringraum. Ohne Veränderung vorhandener Bauteile kann somit die Führung der Druckluft von den nicht rotierenden Anteilen des Fahrzeuges in die rotierenden Anteile geführt werden. Der Radlagerringraum grenzt radseitig an die Verzahnung. Deshalb ist insbesondere bei Durchleiten der Druckluft durch die Verzahnung die beschriebene Ausbildung des Druckluftdurchlasses vom Radlagerringraum in Richtung des Rades vorteilhaft anwendbar.
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Des Weiteren ist bevorzugt ein Steuerventil vorgesehen, das stromab des Druckluftdurchlasses, vorzugsweise im Nabenbereich des Rades oder im Radlager angeordnet ist. So strömt die Druckluft nach dem Druckluftdurchlass vorteilhafterweise in das Steuerventil. Nach dem Steuerventil wird die Druckluft durch die Speichen und die Felge hindurch in den Reifen geführt. 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.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Druckluftversorgung eines Rades eines Fahrzeuges, wobei die Druckluft von einer fahrzeugseitigen Druckluftquelle durch einen Radlagerringraum bis zum Rad geführt wird, wobei ein Radlager mittels einer Schraube mit einer Abtriebswelle verspannt ist, wobei die Schraube koaxial zur Abtriebswelle angeordnet ist, und wobei der Radlagerringraum im Inneren des Radlagers und radial außerhalb der Schraube definiert ist. Insbesondere ist bei diesem Verfahren vorgesehen, dass die Druckluft durch die oben beschriebene Verzahnung von der fahrzeugseitigen Quelle in den Radlagerringraum eingeleitet wird.
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Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 den in 1 gekennzeichneten Schnitt A-A, und
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3 bis 9 unterschiedliche Ausgestaltungen eines Druckluftdurchlasses der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden wird anhand der 1 bis 9 eine erfindungsgemäße Anordnung 1 im Detail beschrieben.
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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.
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Das Rad 7 umfasst eine Felge mehrere Speichen 8 und einen Nabenbereich. Auf der Felge ist ein Reifen 9 montiert. Das Rad 7 ist über Radschrauben 10 befestigt.
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1 zeigt eine Schnittebene A-A. Die Schnittansicht ist in 2 gezeigt. Die 3 bis 9 zeigen jeweils Details, ebenfalls in der Schnittebene A-A.
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2 zeigt einen Ausschnitt eines Radträgers 2. Dieser Radträger 2 ist an seinem nicht dargestellten Ende, vorzugsweise 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.
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Vom nicht dargestellten Antrieb des Fahrzeuges in Richtung der Radaufhängung führt eine Abtriebswelle 11. Diese Abtriebswelle 11 umfasst die dargestellte Gelenkglocke 12. Zur Drehmomentübertragung von der Abtriebswelle 11 auf das Radlager 3 ist eine Verzahnung 13 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Stirnradverzahnung, insbesondere Hirth-Verzahnung. Alternativ könnte hier beispielsweise auch eine Radialverzahnung verwendet werden.
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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.
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Ferner zeigt 2 eine Ventilanordnung 16 im Nabenbereich der des Rades 7. Diese Ventilanordnung 16 umfasst ein Steuerventil 17.
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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. Der erste Ringraum 19 ist mittels einer Dichtungsanordnung 22 abgedichtet.
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Durch die Freiräume zwischen den Zähnen der Verzahnung 13 wird die Druckluft vom ersten Ringraum 19 in einen Radlagerringraum 20 (auch: zweiter Ringraum) geführt. Dieser Radlagerringraum 20 ist gebildet durch das innen hohle Radlager 3 und ist radial innen begrenzt durch die Schraube 14.
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Die Druckluftführung aus dem Radlagerringraum 20 in Richtung des Rades 7 ermöglicht zumindest ein Druckluftdurchlass 24 im Bereich der Auflagefläche 15 des Schraubenkopfes. Der Druckluftdurchlass 24 ist in der Darstellung nach 2 durch eine Nut 27 im Radlager 3 gebildet. Dadurch, dass hier an der Auflagefläche 15 stellenweise die Nut 27 gebildet ist, dichtet der Schraubenkopf nicht vollständig ab, sodass die Druckluft aus dem Radlagerringraum 20 weiter in Richtung eines dritten Ringraumes 21 geleitet werden kann.
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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. Hierzu ist in zumindest einer Speiche 8 zumindest eine Felgenleitung vorgesehen. Die Felgenleitung führt vom Nabenbereich bis zur Felge und somit in den Reifen 9.
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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.
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Die 3 bis 9 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus 2, mit jeweils anderer Ausgestaltung des Druckluftdurchlasses 24. Diese unterschiedlichen Ausgestaltungen des Druckluftdurchlasses 24 können alle miteinander kombiniert werden. So ist es möglich, dass im Bereich einer Auflagefläche 15 unterschiedliche Druckluftdurchlässe 24 ausgebildet sind.
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Gemäß 3 befindet sich in der der Auflagefläche zugewandten Seite des Schraubenkopfes eine Nut 27, die den Druckluftdurchlass 24 bildet.
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Gemäß 4 ist im Radlager 3 ein kurzer Kanal 28 vorgesehen. Dieser Kanal 28 führt unter Umgehung der Auflagefläche 15 vom Radlagerringraum 20 in den dritten Ringraum 21.
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Gemäß 5 führt ein kurzer Kanal 28 in gerade Ausführung durch den Schraubenkopf.
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6 zeigt eine weitere Ausbildung des Kanals 28 in der Schraube 14. Dabei führt ein erster radial gerichteter Kanal 28 vom Radlagerringraum 20 bis zur Längsachse der Schraube 14. An der Längsachse der Schraube 14 führt ein zweiter Kanal 28 bis zur Mitte des Schraubenkopfes und somit in den dritten Ringraum 21. Der Schraubenkopf weist beispielhaft einen Innensechskant auf. Der Kanal 28 in 6 mündet in diesem Innensechskant.
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Die in 4, 5 und 6 gezeigten Kanäle sind möglichst kurz ausgebildet und umgehen lediglich die Auflagefläche 15. Dabei können die Kanäle in einfachster Form als Bohrungen ausgeführt werden. Alternativ können bei Gussteilen auch entsprechende Röhrchen eingelegt werden.
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Gemäß 7 wird an der Auflagefläche 15 eine Unterlegscheibe 29 verwendet. In dieser Unterlegscheibe 29 wiederum ist eine Nut 27 vorgesehen, die den Druckluftdurchlass 24 bildet.
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Gemäß 8 kann in der Unterlegscheibe 29 auch ein Kanal 28 als Druckluftdurchlass 24 ausgebildet werden.
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9 zeigt die Verwendung eines Federrings 30 an der Auflagefläche 15. Die entsprechende Wellenform des Federrings 30 bietet ausreichend Freiraum, der als Druckluftdurchlass 24 nutzbar ist.
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Zusätzlich oder alternativ zu der Ausbildung des Druckluftdurchlasses 24 in Form von Nuten 27 oder Kanälen 28 ist auch vorgesehen, ein luftdurchlässiges Material im entsprechenden Bereich des Radlagers 3, der Schraube 14, der Unterlegscheibe 29 oder des Federrings 30 zu verwenden. Das luftdurchlässige Material ist insbesondere poröses Material, beispielsweise Sintermetall, Metallschaum oder poröser PTFE-Schaum.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- Anlagefläche
- 16
- Ventilanordnung
- 17
- Steuerventil
- 18
- Druckluftleitung
- 19
- erster Ringraum
- 20
- Radlagerringraum (zweiter Ringraum)
- 21
- dritter Ringraum
- 22
- Dichtung
- 24
- Druckluftdurchlass
- 27
- Nut
- 28
- Kanal/Bohrung
- 29
- Unterlegscheibe
- 30
- Federring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0006357 A1 [0002]
