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Die Erfindung betrifft ein Innenteil für ein Molekulargelenk eines Fahrwerklenkers und einen Fahrwerklenker mit einem Molekulargelenk, das eine Buchse aufweist, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Molekulargelenke, die auch als Pratzengelenke bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen eine Buchse sowie ein Innenteil auf, das im Einbauzustand unter Vorspannung in der Buchse festgelegt ist. Die Buchse selbst ist üblicherweise Bestandteil eines Fahrwerklenkers. Das Innenteil beinhaltet ein sich in dessen Axialrichtung erstreckendes Kugelstück, das quasi als eine Achse des Molekulargelenks wirkt. Das Kugelstück weist einen, zumindest im Wesentlichen, kugelförmigen Lagerbereich auf, der von einem Elastomerkörper ringförmig umschließend eingefasst ist. Der Elastomerkörper selbst kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Kugelstück lässt sich unter Krafteinwirkung relativ zu der Buchse bewegen, wobei das Material des Elastomerkörpers Rückstellungseigenschaften aufweist, die nach Fortfall der Krafteinwirkung eine Rückkehr des Kugelstücks in seine nicht ausgelenkte Nulllage bewirken. Molekulargelenke werden häufig in Kraftfahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen zum Transport von Personen und/oder Gütern, verwendet und verbinden dort beispielsweise Fahrwerklenker mit einem Fahrzeugrahmen. Der Elastomerkörper bewirkt im Einbauzustand durch molekulare Verformung einen Ausgleich axialer und/oder radialer und/oder torsionaler und/oder kardanischer Verschwenkungen des Kugelstücks relativ zu der aufnehmenden Buchse. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Starrachse über Fahrwerklenker, die mit Molekulargelenken versehen sind, gelenkig an einen Fahrzeugrahmen angebunden sein.
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Aus der
DE 10 2014 223 534 A1 ist ein Molekulargelenk bekannt, bei dem ein im Wesentlichen kugelförmiger Lagerbereich eines Kugelstücks des Molekulargelenks durch einen zweiteiligen Elastomerkörper eingefasst ist, der zwei in einer Axialrichtung des Innenteils nebeneinander angeordnete Elastomerhalbschalen aufweist. Der kugelförmige Lagerbereich ist mit mehreren in der Axialrichtung verlaufenden und rings seines Außenumfangs im Abstand zueinander angeordneten Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen, die formschlüssig mit den Elastomerhalbschalen in Eingriff stehen. Bei diesem Molekulargelenk variiert, bei Betrachtung über den Umfang des kugelförmigen Lagerbereichs, die senkrecht zu der Axialrichtung gemessene Wandungsdicke der Elastomerhalbschalen. Dies ist bedingt durch die Erhebungen und/oder Vertiefungen, die formschlüssig mit den Elastomerhalbschalen in Eingriff stehen und führt über den Umfang des Molekularlagers zu Unterschieden im Dämpfungsverhalten des Molekulargelenks. Beispielsweise ist die Wandungsdicke der Elastomerhalbschalen im Bereich der Erhebungen reduziert, wodurch an dieser Stelle durch die Elastomerhalbschalen nur eine relativ geringe Dämpfungswirkung gegeben ist. Durch seine über den Umfang variierende Wandungsdicke kann das Molekulargelenk im Einbauzustand, beispielsweise in einer Achsstrebe eines Kraftfahrzeugs, in einem eingefederten Zustand einer Achse ein anderes Dämpfungsverhalten aufweisen als in einem ausgefederten Zustand der Achse, was unerwünscht ist. Darüber hinaus kann an den Elastomerhalbschalen in Bereichen mit verringerter Wandungsdicke, beispielsweise im Bereich der Erhebungen, eine erhöhte Materialbeanspruchung auftreten. Durch Relativbewegungen zwischen dem kugelförmigen Lagerbereich, einschließlich der Erhebungen und/oder Vertiefungen, und den Elastomerhalbschalen kann es im Fahrbetrieb partiell zu erhöhtem Verschleiß kommen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Innenteil für ein Molekulargelenk eines Fahrwerklenkers bereitzustellen, bei dem zwei Elastomerhalbschalen verdrehsicher an ein Kugelstück des Innenteils angebunden sind. Das Innenteil soll dabei, sowohl für sich als auch in einem in das Molekulargelenk eingebauten Zustand, über seinen Umfang zumindest im Wesentlichen gleiche Dämpfungseigenschaften aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Innenteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Zeichnungsfiguren.
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Die Erfindung sieht demnach ein Innenteil für ein Molekulargelenk eines Fahrwerklenkers vor. Das Innenteil weist ein sich in dessen Axialrichtung erstreckendes Kugelstück mit einem zumindest im Wesentlichen kugelförmigen Lagerbereich auf. Der kugelförmige Lagerbereich ist von zwei in Axialrichtung des Innenteils nebeneinander angeordneten Elastomerhalbschalen ringförmig umschließend eingefasst. Erfindungsgemäß ist der kugelförmige Lagerbereich in beliebigen, sich senkrecht zu der Axialrichtung des Innenteils erstreckenden Ebenen jeweils unterbrechungsfrei kreisrund ausgebildet. Weiterhin sind die Elastomerhalbschalen mit dem kugelförmigen Lagerbereich des Kugelstücks verklebt, um insbesondere bei einer torsionalen Beanspruchung des Innenteils ein Durchrutschen des Kugelstücks gegenüber den beiden Elastomerhalbschalen zu unterbinden.
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Bei einem derartig ausgebildeten Innenteil sind die Elastomerhalbschalen verdrehsicher an das Kugelstück, insbesondere an den kugelförmigen Lagerbereich des Kugelstücks, angebunden. Zugleich weist das Innenteil sowohl für sich als auch in einem in das Molekulargelenk eingebauten Zustand über seinen Umfang gleiche Dämpfungseigenschaften auf. Die Verwendung von zwei in Axialrichtung des Innenteils nebeneinander angeordneten Elastomerhalbschalen ist darüber hinaus vielfach kostengünstiger als eine Ausführung mit einem einzigen, einstückigen Elastomerkörper, der an den kugelförmigen Lagerbereich anvulkanisiert ist. Dies trifft beispielsweise bei der Herstellung von Innenteilvarianten zu, die sich lediglich dadurch unterscheiden, dass ihre Kugelstücke außerhalb des kugelförmigen Lagerbereichs geometrisch voneinander abweichen. In diesem Fall ist bei Verwendung von zwei in Axialrichtung des Innenteils nebeneinander angeordneten Elastomerhalbschalen lediglich ein Vulkanisationswerkzeug zur Herstellung der geometrisch immer gleichen Elastomerhalbschalen erforderlich.
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Unter den gleichen Randbedingungen ist die Verwendung eines einstückigen Elastomerkörpers erheblich kostenintensiver, insbesondere im Hinblick auf die notwendigen Betriebsmittelinvestitionen. Bei der Herstellung von Innenteilen mit einem einstückigen Elastomerkörper wird das Kugelstück derart in ein Vulkanisationswerkzeug eingelegt, dass sich der kugelförmige Lagerbereich, an den der einstückige Elastomerkörper anvulkanisiert werden soll, innerhalb des Vulkanisationswerkzeugs befindet, während Befestigungsbereiche des Kugelstücks außerhalb des Vulkanisationswerkzeugs liegen. Bei einer solchen Anordnung müssen von dem Vulkanisationswerkzeug eng umschlossene Dichtungsabschnitte des Kugelstücks, die in Axialrichtung beidseitig an den einstückigen Elastomerkörper angrenzen und zugleich jeweils zwischen dem Elastomerkörper und den Befestigungsbereichen angeordnet sind, sehr gut abgedichtet sein, um im Herstellungsprozess ein Austreten des zunächst flüssigen Elastomermaterials aus dem Vulkanisationswerkzeug zu vermeiden. Dies liegt vor allem in einem relativ hohen Einspritzdruck begründet, mit dem das flüssige Elastomermaterial des einstückigen Elastomerkörpers in das Vulkanisationswerkzeug eingespritzt wird. Daher muss das Vulkanisationswerkzeug an die jeweils vorliegende, variantenabhängige Geometrie des Dichtungsabschnitts und zugleich auch an die variantenreiche Geometrie der Befestigungsbereiche angepasst sein. Dies hat zur Folge, dass zur Herstellung von Innenteilen mit einem einstückigen Elastomerkörper, bedingt durch geometrisch unterschiedliche Dichtungsabschnitte und/oder Befestigungsbereiche der Kugelstücke, mehr Vulkanisationswerkzeuge erforderlich sind als dies bei Verwendung von zwei in Axialrichtung des Innenteils nebeneinander angeordneten Elastomerhalbschalen der Fall ist.
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Außerdem müssen bei Innenteilen mit einem einstückigen Elastomerkörper die Dichtungsabschnitte der Kugelstücke in der Regel spanend bearbeitet werden, um beim Einspritzen des flüssigen Elastomermaterials die erforderliche Dichtheit zwischen dem Kugelstück und dem Vulkanisationswerkzeug erreichen zu können. Dieser Zusatzaufwand ist bei Kugelstücken von Innenteilen mit zwei in Axialrichtung des Innenteils nebeneinander angeordneten Elastomerhalbschalen nicht erforderlich. Auch hat die geometrische Ausbildung der Befestigungsbereiche bei der Verwendung von zwei Elastomerhalbschalen keinen Einfluss, solange die Elastomerhalbschalen in der Axialrichtung über die Befestigungsbereiche schiebbar sind. Die Elastomerhalbschalen können, beispielsweise in unterschiedlichen Shore-Härten, vorgefertigt sein und im Rahmen der Montage des Innenteils ebenfalls vorgefertigten Kugelstücken nach einem Baukastenprinzip zugeordnet werden, wobei die Kugelstücke und die Elastomerhalbschalen lediglich in den gemeinsamen Kontaktflächen im Bereich der kugelförmigen Lagerbereiche geometrisch gleich sein müssen.
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Mit der Formulierung, wonach das Innenteil ein sich in dessen Axialrichtung erstreckendes Kugelstück aufweist, ist insbesondere gemeint, dass sich das Kugelstück mit seiner längsten Erstreckung in Axialrichtung des Innenteils erstreckt. Insbesondere erstreckt sich eine Rotationsachse des Kugelstücks und/oder des kugelförmigen Lagerbereichs in Axialrichtung des Innenteils. Insbesondere sind die Elastomerhalbschalen als geometrisch identische Gleichteile ausgebildet, wodurch die Teileanzahl reduziert wird und Verwechselungen ausgeschlossen sind. Insbesondere weist jede Elastomerhalbschale eine Durchgangsöffnung auf, insbesondere eine kreisrunde Durchgangsöffnung, um die Elastomerhalbschale zur Herstellung des Innenteils jeweils in Axialrichtung über einen Teil des Kugelstücks gegen den kugelförmigen Lagerbereich schieben zu können. Insbesondere weist jede der beiden Elastomerhalbschalen zumindest einen Innenoberflächenabschnitt auf, der zumindest im Wesentlichen als eine Kugelabschnittoberfläche ausgebildet ist. Insbesondere sind die Innenoberflächen der beiden Elastomerhalbschalen in beliebigen, sich senkrecht zu der Axialrichtung des Innenteils erstreckenden, Ebenen jeweils unterbrechungsfrei kreisrund ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei der Verklebung der Elastomerhalbschalen mit dem kugelförmigen Lagerbereich des Kugelstücks um eine vollflächige Verklebung. Insbesondere ist der Bereich des Kugelstücks, in dem die Elastomerhalbschalen mit dem kugelförmigen Lagerbereich des Kugelstücks verklebt sind, spanend bearbeitet. Insbesondere können die Elastomerhalbschalen neben dem kugelförmigen Lagerbereich zusätzlich auch mit Bereichen des Kugelstücks verklebt sein, die in Axialrichtung des Innenteils an den kugelförmigen Lagerbereich angrenzen.
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Insbesondere sind die Elastomerhalbschalen in sich inkompressibel, aber dennoch verformbar. Insbesondere liegen die beiden Elastomerhalbschalen in Axialrichtung des Innenteils vollflächig unterbrechungsfrei aneinander an, so dass die beiden Elastomerhalbschalen im Einbauzustand wie ein einziger, einstückiger Elastomerkörper wirken. Insbesondere weist das Kugelstück zumindest einen Befestigungsbereich auf, der sich in Axialrichtung des Innenteils außerhalb der Elastomerhalbschalen erstreckt. Bevorzugst weist das Kugelstück zwei Befestigungsbereiche auf, die sich in Axialrichtung des Innenteils außerhalb der Elastomerhalbschalen erstrecken. Eine gedachte Verbindungslinie, die die beiden Befestigungsbereiche miteinander verbindet, erstreckt sich insbesondere in Axialrichtung des Innenteils. Vorzugsweise ist der Befestigungsbereich oder sind die Befestigungsbereiche einstückig mit dem Kugelstück ausgebildet. Der kugelförmige Lagerbereich ist zumindest im Wesentlichen als eine Kugel ausgebildet und vorzugsweise einstückig mit dem Kugelstück ausgeführt. Insbesondere ist das Kugelstück als ein Umformteil, beispielsweise als ein Schmiedeteil, oder als ein Gussteil ausgebildet. Vorzugsweise besteht das Kugelstück aus Stahl und ist insbesondere massiv ausgebildet. Alternativ kann das Kugelstück auch hohl ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Anbindung des Kugelstücks, beispielsweise an einen Fahrzeugrahmen, anstelle der Befestigungsbereiche über eine Durchsteck-Schraubverbindung.
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Zur Herstellung der Klebeverbindung zwischen dem kugelförmigen Lagerbereich des Kugelstücks und den beiden Elastomerhalbschalen werden die Klebeflächen beider Fügepartner oder eines Fügepartners insbesondere zunächst vorbereitet. Dazu wird der kugelförmige Lagerbereich des Kugelstücks zunächst spanend bearbeitet, insbesondere durch Drehen, um von einem früheren Umform- oder Urformprozess herrührende Oberflächenbeeinträchtigungen zu beseitigen, die sich negativ auf die Haltbarkeit der Klebeverbindung auswirken könnten. Solche Oberflächenbeeinträchtigungen können zum Beispiel Oxidschichten oder eine Gusshaut oder Ablagerungen von früheren Bearbeitungsschritten sein, wie beispielsweise Trennmittel oder Gleitmittel. Anschließend erfolgt ein Reinigungsschritt, bei dem der kugelförmige Lagerbereich des Kugelstücks, insbesondere jedoch das komplette Kugelstück, entfettet und von Schmutz- oder Staubpartikeln befreit wird. Dies kann beispielsweise durch eine wässrige Reinigung mit anschließender Trocknung erfolgen. Die Vorbereitung der Klebeflächen der Elastomerhalbschalen, die zumindest im Wesentlichen nach Art einer Halbkugeloberfläche ausgebildet sind, dient in erster Linie dazu, von einem Vulkanisationsprozess herrührende Rückstände von Trennmitteln, wie beispielsweise Teflon, zu beseitigen. Dies kann chemisch und/oder mechanisch erfolgen.
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Anschließend erfolgt ein Klebstoffauftrag auf den kugelförmigen Lagerbereich und/oder auf die dem kugelförmigen Lagerbereich zugewandten Halbkugeloberflächen der Elastomerhalbschalen und/der auf sich im Zusammenbauzustand des Innenteils berührende Flächen der beiden Elastomerhalbschalen. Wie bereits erwähnt, erfolgt der Klebstoffauftrag vorzugsweise vollflächig. Dabei kann der Klebstoffauftrag beispielsweise durch Streichen, Spritzen, Sprühen oder Tauchen erfolgen. Das Fügen von Kugelstück und Elastomerhalbschalen mit dazwischen liegender Klebstoffschicht geschieht vorzugsweise durch axiales Aufschieben der beiden Elastomerhalbschalen auf den kugelförmigen Lagerbereich. In Abhängigkeit von dem verwendeten Klebstoff kann nach dem Fügen ein Aushärten, insbesondere ein wärmeunterstütztes Aushärten, des Klebstoffs erforderlich sein.
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Bevorzugt weist der kugelförmige Lagerbereich des Kugelstücks, zur Vergrößerung der Klebefläche zwischen Kugelstück und den Elastomerhalbschalen, zumindest eine in dessen Außenumfangsfläche eingelassene, ringförmig umlaufende Rille auf. Insbesondere erstreckt sich die zumindest eine Rille symmetrisch zu einer Ebene, die sich senkrecht zu der Axialrichtung des Innenteils erstreckt. Insbesondere ist die zumindest eine Rille im Bereich eines Äquators des kugelförmigen Lagerbereichs angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Beitrag der zumindest einen Rille zur Vergrößerung der Klebefläche hier am größten ist, weil der kugelförmige Lagerbereich hier seinen größten Umfang aufweist. Insbesondere handelt es sich bei dem Äquator um eine gedachte Kreislinie, die vollständig in einer Ebene liegt, die sich senkrecht zu der Axialrichtung des Innenteils erstreckt. Insbesondere weist der Äquator einen maximalen Durchmesser des kugelförmigen Lagerbereichs auf. Insbesondere weist die zumindest eine Rille, bei Betrachtung in einem Längsschnitt durch das Kugelstück, einen in sich und zu angrenzenden Oberflächenbereichen des kugelförmigen Lagerbereichs verrundeten Verlauf auf. Sind in Axialrichtung des Kugelstücks mehrere Rillen nebeneinander angeordnet, weisen diese, ebenfalls bei Betrachtung in einem Längsschnitt durch das Kugelstück, vorzugsweise einen wellenförmigen Verlauf auf. Weist der kugelförmige Lagerbereich eine einzige Rille auf, so ist diese insbesondere symmetrisch zu dem Äquator des kugelförmigen Lagerbereichs angeordnet, um eine für beide Elastomerhalbschalen gleiche Wirkung zu erhalten. Weist der kugelförmige Lagerbereich mehrere umlaufende Rillen auf, so sind diese aus dem gleichen Grund ebenfalls vorzugsweise symmetrisch zu dem Äquator des kugelförmigen Lagerbereichs angeordnet.
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Zweckmäßig weisen die Elastomerhalbschalen an ihrem Außenumfang, zur Beeinflussung kardanischer Eigenschaften, jeweils zumindest eine umlaufende Nut auf. Insbesondere sind die Nuten in Axialrichtung des Innenteils beabstandet zu dem Äquator des kugelförmigen Lagerbereichs angeordnet. Insbesondere weisen die Nuten eine wesentlich größere Erstreckung in Axialrichtung des Innenteils auf als senkrecht dazu. Insbesondere weisen die Nuten eine Tiefe von 0,1 bis 0,5 Millimeter auf, vorzugsweise von 0,2 bis 0,4 Millimeter. Durch die Nuten kann eine verbesserte Einpressbarkeit des Innenteils in Buchsen, die zur Aufnahme des Innenteils vorgesehen sind, erreicht werden. Durch die geometrische Ausbildung der Nuten können darüber hinaus die kardanischen Eigenschaften, also die Eigenschaften bei einer kardanischen Beanspruchung, gezielt eingestellt werden. Eine kardanische Beanspruchung der Elastomerhalbschalen liegt beispielsweise vor, wenn das Kugelstück bei feststehender Buchse um eine Achse verschwenkt wird, die sich in einer Ebene erstreckt, in der der Äquator des kugelförmigen Lagerbereichs liegt und die zugleich durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Lagerbereichs verläuft.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist jede der beiden Elastomerhalbschalen an einem dem kugelförmigen Lagerbereich in Axialrichtung des Innenteils abgewandten, stirnseitigen Ende einen anvulkanisierten Stützring auf. Durch die anvulkanisierten Stützringe ist eine in Axialrichtung des Innenteils vorgespannte Festlegung der Elastomerhalbschalen in den Buchsen, die zur Aufnahme des Innenteils vorgesehen sind, möglich. Ohne die Stützringe ist eine solche axial vorgespannte Festlegung der Elastomerhalbschalen nicht möglich. Insbesondere ist eine zylindermantelförmige Außenumfangsfläche der Stützringe frei von Elastomerrückständen, die von einem Vulkanisieren der Elastomerhalbschalen herrühren können und die ein Einführen des Innenteils in die vorgenannte Buchse erschweren können. Insbesondere weisen die zylindermantelförmigen Außenumfangsflächen der Stützringe aus diesem Grund eine gebürstete Oberfläche auf.
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Vorzugsweise sind einander zugewandte Stirnflächen der beiden Elastomerhalbschalen miteinander verklebt. Insbesondere sind die Stirnflächen zumindest im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet. Es sind allerdings auch davon abweichende Ausbildungen der Stirnflächen vorstellbar, beispielsweise ineinandergreifende Verzahnungen. Durch die Verklebung der einander zugewandten Stirnflächen wird erreicht, dass sich die beiden Elastomerhalbschalen, insbesondere bei einer torsionalen Beanspruchung, im Bereich der Stirnflächen gegenseitig stützen und dass sich die beiden Elastomerhalbschalen im Fahrbetrieb wie ein einziger, einstückiger Elastomerkörper verhalten.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Fahrwerklenker mit einem Molekulargelenk, wobei das Molekulargelenk eine Buchse aufweist. In die Buchse ist ein Innenteil wie zuvor beschrieben eingesetzt. Insbesondere ist das Innenteil mit den Elastomerhalbschalen unter axialer Vorspannung in die Buchse eingesetzt. Insbesondere weist die Buchse eine zylindermantelförmige Innenumfangsfläche auf, die sich in Axialrichtung des Innenteils durchgehend unterbrechungsfrei erstreckt. Alternativ kann die zylindermantelförmige Innenumfangsfläche auch Unterbrechungen aufweisen. Insbesondere ist das Molekulargelenk als ein sogenanntes trockenes Gelenk ausgebildet, also als ein Gelenk ohne Dämpfungsflüssigkeit. Die zulässigen Verschwenkungen des Kugelstücks gegenüber der aufnehmenden Buchse sind begrenzt, beispielsweise auf +/- 15 Grad bei torsionaler Beanspruchung, um Schädigungen der Elastomerhalbschalen zu vermeiden. Hierdurch und durch werkstoffbedingte Rückstellungseigenschaften der Elastomerhalbschalen unterscheidet sich das Molekulargelenk grundsätzlich von einem Kugelgelenk, dessen Gelenkkugel in einem Kugelgelenkgehäuse gleitgelagert und uneingeschränkt drehbar ist.
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Insbesondere ist der Fahrwerklenker als ein Mehrpunktlenker ausgebildet. Der Mehrpunktlenker kann dabei beispielsweise als ein Zweipunktlenker in Form eines Panhardstabs, einer Stabilisatoranbindung oder einer Achsstrebe ausgeführt sein. Alternativ kann der Mehrpunktlenker als ein Dreipunktlenker in Form eines Querlenkers für eine Einzelradaufhängung ausgebildet sein. Der Dreipunktlenker kann darüber hinaus auch als ein Achsführungslenker zur Führung einer Starrachse ausgebildet sein. Ein solcher Dreipunktlenker kann an zwei, bezogen auf den Einbauzustand, rahmenseitigen Enden jeweils ein Molekulargelenk, wie zuvor beschrieben, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Dreipunktlenker an einem dritten Ende, über das er an ein Zentralgelenk einer Starrachse anbindbar ist, ein Molekulargelenk, wie zuvor beschrieben, aufweisen. Analog können auch zwei rahmenseitige und/oder zwei achsseitige Enden eines Vierpunktlenkers Molekulargelenke, wie zuvor beschrieben, aufweisen. Der Mehrpunktlenker ist insbesondere Bestandteil eines Fahrwerks eines Nutzfahrzeugs zum Transport von Personen und/oder Gütern.
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Gemäß einer ersten Alternative ist zumindest ein Stützring, der an einem dem kugelförmigen Lagerbereich abgewandten stirnseitigen Ende einer der beiden Elastomerhalbschalen anvulkanisiert ist, drehstarr mit der Buchse verbunden, um bei einer torsionalen Beanspruchung des Molekulargelenks ein Durchrutschen des Innenteils zu unterbinden. Dabei kann die drehstarre Verbindung als eine formschlüssige Verbindung ausgebildet sein; beispielsweise indem der Außenumfang des Stützrings gerändelt ist und die Rändelung aufgrund eines Übermaßes in eine Innenwandung der Buchse eingreift. Alternativ kann die drehstarre Verbindung als eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Presspassung oder eine Steilkegelverbindung, ausgebildet sein. Weiterhin alternativ kann die drehstarre Verbindung als eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Klebeverbindung, ausgebildet sein.
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Gemäß einer zweiten Alternative sind die Elastomerhalbschalen zumindest teilweise mit der Buchse verklebt, um bei einer torsionalen Beanspruchung des Molekulargelenks ein Durchrutschen des Innenteils zu unterbinden. Dabei ist die gemeinsame Klebefläche der Elastomerhalbschalen und der Buchse insbesondere als eine Zylindermantelfläche ausgebildet.
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Vorteilhaft sind die beiden Elastomerhalbschalen durch eine oder mehrere Materialausnehmung(en) in der Buchse und/oder in den Elastomerhalbschalen bereichsweise von einer Innenwandung der Buchse beabstandet. Insbesondere bildet die zumindest eine Materialausnehmung einen mit Luft gefüllten Hohlraum zwischen dem Außenumfang der Elastomerhalbschalen und der Innenwandung der Buchse. Derartige Molekulargelenke werden auch als Komfortgelenke bezeichnet und beispielsweise zur Verbesserung des Fahrkomforts in Achsstreben von Bussen eingebaut. Insbesondere ist die zumindest eine Materialausnehmung in Axialrichtung des Innenteils spiegelsymmetrisch zu einer Ebene ausgebildet, in der der Äquator des kugelförmigen Lagerbereichs liegt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Dabei zeigt:
- 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Teil eines Fahrwerks gemäß dem Stand der Technik;
- 2 in einem Längsschnitt ein Innenteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 in einer perspektivischen Darstellung einen Fahrwerklenker gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Innenteilen gemäß 2;
- 4 in einer perspektivischen Schnittdarstellung einen Endabschnitt des Fahrwerklenkers aus 3;
- 5 in einer perspektivischen Darstellung einen Fahrwerklenker gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Innenteilen gemäß 2;
- 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Fahrwerklenker gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit Innenteilen gemäß 2 und
- 7 in einem Teilschnitt ein Schaftteil mit einem Innenteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Teil eines Fahrwerks 1, das Bestandteil eines Nutzfahrzeugs 2 ist. Das Fahrwerk 1 weist zwei als Achsstreben ausgebildete Zweipunktlenker 3 auf, die sich in einer Fahrzeuglängsrichtung x erstrecken und die jeweils mit einem Ende über ein Molekulargelenk 4 an eine Starrachse 5 angebunden sind. Mit dem jeweils anderen Ende sind die Achsstreben 3 indirekt an einen Fahrzeugrahmen 6 angebunden; ebenfalls über Molekulargelenke 4. Die Starrachse 5 wird neben den Achsstreben 3 zusätzlich über einen Vierpunktlenker 7 geführt. Der Vierpunktlenker 7 ist sowohl achsseitig als auch rahmenseitig über jeweils zwei Molekulargelenke 4 angebunden, wobei zwei dieser Molekulargelenke durch einen Längsträger des Fahrzeugrahmens 6 verdeckt sind.
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2 zeigt ein Innenteil 10 für ein Molekulargelenk 22 eines Fahrwerklenkers 21, wobei das Innenteil 10 ein sich in dessen Axialrichtung a erstreckendes Kugelstück 11 mit einem zumindest im Wesentlichen kugelförmigen Lagerbereich 12 aufweist. Der kugelförmige Lagerbereich 12 ist von zwei in Axialrichtung a des Innenteils 10 nebeneinander angeordneten und zugleich geometrisch gleich ausgebildeten Elastomerhalbschalen 13 ringförmig umschließend eingefasst. Der kugelförmige Lagerbereich 12 weist eine sich in Axialrichtung a des Kugelstücks 11 erstreckende Rotationsachse auf und ist in beliebigen, sich senkrecht zu der Axialrichtung a des Innenteils 10 erstreckenden Ebenen jeweils unterbrechungsfrei kreisrund ausgebildet. Die Elastomerhalbschalen 13 sind mit dem kugelförmigen Lagerbereich 12 des Kugelstücks 10 verklebt, um insbesondere bei einer torsionalen Beanspruchung des Innenteils 10 ein Durchrutschen des Kugelstücks 11 gegenüber den beiden Elastomerhalbschalen 13 zu unterbinden.
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Das Kugelstück 11 weist zwei Befestigungsbereiche 14 auf, die sich in Axialrichtung a des Innenteils außerhalb der Elastomerhalbschalen 13 erstrecken. Die gemeinsame Kontaktfläche zwischen dem kugelförmigen Lagerbereich 12 und den beiden Elastomerhalbschalen 13 weist eine vollflächig aufgetragene Klebstoffschicht 15 auf. Jeweils eine Stirnfläche 16 einer Elastomerhalbschale 13 ist mit einer dieser zugewandten Stirnfläche 16 der jeweils anderen Elastomerhalbschale 13 verklebt. Die Klebstoffschicht, mit der die beiden Elastomerhalbschalen 13 stirnseitig miteinander verklebt sind, ist kreisringförmig ausgebildet und erstreckt sich senkrecht zu der Axialrichtung a des Innenteils 10. Die Stirnseiten 16 der Elastomerhalbschalen 13 und der kugelförmige Lagerbereich 12 treffen sich in einem Äquator 17, der den größten Durchmesser des kugelförmigen Lagerbereichs 13 aufweist. Der kugelförmige Lagerbereich 13 weist zwei in dessen Außenumfangsfläche eingelassene, ringförmig umlaufende Rillen 18 auf, die, in Bezug auf eine durch den Äquator 17 aufgespannte Ebene, symmetrisch angeordnet sind. Beide Rillen 18 weisen in einem Längsschnitt durch das Innenteil 10 einen in sich und zu angrenzenden Oberflächenbereichen des kugelförmigen Lagerbereichs 12 verrundeten Verlauf auf und gehen am Äquator 17 ineinander über, so dass der kugelförmige Lagerbereich 12 im Bereich seines Äquators 17 durch die beiden Rillen 18 einen wellenförmigen Verlauf aufweist.
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Jede der beiden Elastomerhalbschalen 13 weist an einander abgewandten Stirnseiten der Elastomerhalbschalen 13 einen an diese Stirnseiten anvulkanisierten, umlaufenden Stützring 19 auf. Die Stützringe 19 weisen im Querschnitt ein Winkelprofil mit einem Außendurchmesser auf, der dem der Elastomerhalbschalen 13 entspricht. An ihrem Außenumfang weisen die Elastomerhalbschalen 13 jeweils eine umlaufende Nut 20 mit einer senkrecht zu der Axialrichtung gemessenen Tiefe von 0,3 Millimeter auf. Demgegenüber weisen die Nuten in Axialrichtung a des Innenteils 10 eine wesentlich größere Erstreckung auf. Die Nuten 20 liegen in Axialrichtung a des Innenteils 10 wesentlich dichter an den Stützringen 19 als am Äquator 17.
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3 zeigt einen Fahrwerklenker 21, der als ein Zweipunktlenker ausgebildet ist, und zwei jeweils endseitig angeordnete Molekulargelenke 22 aufweist. Die Molekulargelenke 22 weisen jeweils ein Innenteil 10 auf, von denen man das jeweilige Kugelstück 11 gut erkennen kann. Wie aus 4 hervorgeht, wird das Molekulargelenk 22 aus einer Buchse 23 des Zweipunktlenkers 21 und dem darin eingepressten Innenteil 10 gebildet. Die Buchse 23 ist einstückiger Bestandteil eines Schaftteils 24 des Zweipunktlenkers 21, der insgesamt zwei Schaftteile 24 aufweist, die durch einen Rohrabschnitt 25 starr miteinander verbunden sind. Die beiden Stützringe 19, die jeweils an einander abgewandten stirnseitigen Enden der beiden Elastomerhalbschalen 13 anvulkanisiert sind, sind drehstarr mit der Buchse 23 verbunden, um bei einer torsionalen Beanspruchung des Molekulargelenks 22 ein Durchrutschen des Innenteils 10 zu unterbinden. Bei einem der beiden Stützringe 19, der in Axialrichtung a des Innenteils 10 an einem nach radial innen vorstehenden, umlaufenden Kragen der Buchse 23 anliegt, ist die drehstarre Verbindung über eine stoffschlüssige Klebeverbindung 26 zwischen diesem Stützring 19 und einer Innenwandung 27 der Buchse 23 realisiert.
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Bei dem anderen der beiden Stützringe 13, der sich gegen einen in eine Innennut der Buchse 23 eingesetzten Sicherungsring abstützt, ist die drehstarre Verbindung als eine formschlüssige Verbindung ausgebildet, bei der der Außenumfang dieses Stützrings 13 gerändelt ist. Dabei ist der gerändelte Außenumfang des Stützrings 13 vor dem Einsetzen in die Buchse 23 größer als der Innenumfang der Buchse 23 an der Stelle, an der der Stützring 13 im montierten Zustand sitzt. Aufgrund des Übermaßes des gerändelten Außenumfangs des Stützrings, gräbt sich die Rändelung beim Einpressen des Stützrings 13 quasi in die Innenwandung der Buchse 23 ein, wodurch an dieser Stelle eine formschlüssige Rändelverbindung 28 entsteht. Zusätzlich oder alternativ können die Elastomerhalbschalen 13 zumindest teilweise mit der Innenwandung 27 der Buchse 23 verklebt sein.
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Die Buchse 23 weist eine Materialausnehmung 29 auf, die in die Innenwandung 27 der Buchse 23 eingelassen ist. Die Materialausnehmung 29, die in der Schnittdarstellung gemäß 4 sichtbar ist, erstreckt sich in Umfangsrichtung der Buchse 23. Die Materialausnehmung 29 stellt einen mit Luft gefüllten Hohlraum zwischen dem Außenumfang der Elastomerhalbschalen 13 und der Innenwandung 27 der Buchse 23 dar. Dieses Molekulargelenk 22 wird auch als Komfortgelenk bezeichnet und der beschriebene Zweipunktlenker 21 als Achsstrebe.
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5 zeigt einen Fahrwerklenker 21, der als ein Dreipunktlenker ausgebildet ist und zwei Lenkerarme aufweist, die zueinander einen Winkel einschließen. An den freien Enden dieser beiden Lenkerarme ist jeweils eine Buchse 23 zur Aufnahme eines Innenteils 10, wie zuvor beschrieben, angeordnet. Die jeweils anderen Enden der beiden Lenkerarme laufen in einem Zentralgelenk zur Anbindung des Dreipunktlenkers 21 an eine Starrachse zusammen. Die in den beiden Buchsen 23 aufgenommenen Innenteile 10 bilden zusammen mit diesen Molekulargelenke 22.
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6 zeigt einen Fahrwerklenker 21, der als ein Vierpunktlenker ausgebildet ist und vier Lenkerarme aufweist, die sich von einem Zentrum des Vierpunktlenkers 21 sternförmig weg erstrecken. An den Enden der vier Lenkerarme ist jeweils eine Buchse 23 zur Aufnahme eines Innenteils 10, wie zuvor beschrieben, angeordnet. Die Buchsen 23 mit den darin eingepressten Innenteilen 10 bilden jeweils ein Molekulargelenk 22.
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Ein in 7 dargestelltes Innenteil 10 ist im Wesentlichen analog zu dem im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Innenteil 10 aufgebaut. Im Gegensatz dazu weist das Innenteil 10 gemäß 7 allerdings ein Kugelstück 11 mit lediglich einem Befestigungsbereich 14 auf, der sich in Axialrichtung a des Innenteils 10 aus einer der beiden Elastomerhalbschalen 13 heraus erstreckt. Der Befestigungsbereich 14 ist durch einen konischen Bereich und ein sich in Axialrichtung a des Innenteils 10 daran anschließendes Befestigungsgewinde gebildet, auf das eine Kronenmutter aufgeschraubt ist. Das Innenteil 10 ist auf die bereits zuvor beschriebene Art und Weise in eine Buchse 23 eingesetzt, wobei die Buchse 23 einstückig mit einem sich von dieser weg erstreckenden Gewindeschaft ausgebildet ist. Die Buchse 23 und der Gewindeschaft bilden ein Schaftteil 24, das beispielsweise für einen Zweipunktlenker 21, wie in 3 gezeigt, verwendet werden kann. Das Schaftteil 24 bildet zusammen mit dem in die Buchse 23 des Schaftteils 24 eingepressten Innenteil 10 ein Radialgelenk, das auch als Winkelgelenk bezeichnet wird. Die Elastomerhalbschalen 13 sind mit einer Innenwandung 27 der Buchse 23 verklebt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrwerk
- 2
- Nutzfahrzeug
- 3
- Zweipunktlenker, Achsstrebe
- 4
- Molekulargelenk
- 5
- Starrachse
- 6
- Fahrzeugrahmen
- 7
- Vierpunktlenker
- 10
- Innenteil
- 11
- Kugelstück
- 12
- kugelförmiger Lagerbereich
- 13
- Elastomerhalbschale
- 14
- Befestigungsbereich
- 15
- Klebstoffschicht
- 16
- Stirnfläche
- 17
- Äquator
- 18
- Rille
- 19
- Stützring
- 20
- Nut
- 21
- Fahrwerklenker, Zweipunktlenker, Dreipunktlenker, Vierpunktlenker
- 22
- Molekulargelenk
- 23
- Buchse
- 24
- Schafteil
- 25
- Rohrabschnitt
- 26
- Klebeverbindung
- 27
- Innenwandung der Buchse
- 28
- Rändelverbindung
- 29
- Materialausnehmung
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- a
- Axialrichtung des Innenteils
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014223534 A1 [0003]
