DE19752269A1 - Federbeinlagerung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lagerung für ein einer Radaufhängung eines Fahr
zeugs zugeordnetes Federbein, vorzugsweise für Vorräder, versehen mit einem
Stoßdämpfer und einer den Stoßdämpfer koaxial umschließenden Schraubenfe
der, wobei das Federbein über Anlenkpunkte mit einem Achsschenkel und einer
Fahrzeugkarosserie verbunden ist, und wobei zwischen dem Federbein und der
Fahrzeugkarosserie eine Lagerung angeordnet ist, die insbesondere als ein
Axialkugellager oder Axial-Schrägkugellager ausgebildet ist und abgedichtet
eingebaut und von ringförmig gestalteten Trägerteilen umgeben ist.
In heutigen Fahrzeugen finden verstärkt sogenannte McPherson-Federbeine
Anwendung, die allgemein zwei gegeneinander drehbare Elemente enthalten,
welche mit einem dazwischen angebrachten Lager versehen sind, um ein
leichtes Drehen bei gleichzeitiger Lastübertragung zwischen den Elementen zu
gestatten. Die beiden gegeneinander drehbaren Elemente sind allgemein ein
Federsitz oder Federlager bzw. ein elastisches Dämpfungsglied. Für die Funktion
des Federlagers, insbesondere des Wälzlagers ist es erforderlich, die Lager
elemente von Verunreinigungen wie Straßenstaub und Feuchtigkeit fernzuhal
ten.
Aus der DE 690 01 377 T2 ist eine gattungsbildende Lagerung für ein Federbein
bekannt. Diese Lagerung umfaßt zwei Lagerringe, in denen kugelförmige Wälz
körper geführt sind. Jeder Lagerring ist in einem aus Kunststoff gebildeten
Halteelement eingebettet. Beiden Halteelementen gemeinsam ist die zentrierte
Anordnung in axial voneinander beabstandet angeordneten, aus Stahl hergestell
ten Tragelementen. Diese bekannte Lagerung stellt eine kosten intensive Kon
struktion dar, die für ein elastisches Dämpfungselement, beispielsweise für ein
gummigepuffertes oberes Aufnahmeelement nicht ausreichend steif ist. Die viele
Einzelbauteile umfassende Lagerung beansprucht außerdem einen großen Bau
raum.
Von den zuvor genannten Nachteilen der bekannten Lagerung ausgehend ist es
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig konzipierte, steife
Lagerung für ein Federbein, mit einem weiterhin bauraum- und bauteilopti
mierten Aufbau zu schaffen.
Nach der erfindungsgemäßen Lösung sind die Laufringe des Wälzlagers un
mittelbar an Trägerteilen abgestützt und zentriert. Der erforderliche Bauteileum
fang der erfindungsgemäßen Lagerung beschränkt sich auf in Lagerringen
geführte Wälzkörper, wobei die Lagerringe außenseitig von Trägerteilen um
schlossen ist und dabei jeder Lagerring an axial zueinander ausgerichteten
Borden der Trägerteile zentriert ist. Im Vergleich zum bisherigen Stand der
Technik besitzt dieser Lageraufbau eine verbesserte Steifigkeit sowie einen
deutlich reduzierten Bauteileumfang, wodurch sich weiterhin der erforderliche
Bauraum der Lagerung verringert. Aufgrund der Bauart von Federbeinen stellt
sich eine schräggerichtete Krafteinleitung in die Lagerung ein, wodurch die
Trägerteile unterschiedlich belastet werden. Erfindungsgemäß sind die Träger
teile den auftretenden Beanspruchungen entsprechend ausgebildet, d. h. die
Trägerteile besitzen eine voneinander abweichende Ausgestaltung und sind aus
unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Ein Trägerteil, das über ein elastisches
Dämpfungsglied, insbesondere einen Gummipuffer, an der Karosserie anliegt,
ist vorzugsweise aus einem Werkstoff höherer Festigkeit hergestellt. Ein der
artiges Trägerteil ermöglicht eine versteifende relativ dünnwandige Konstruktion
des Trägerteils. Die gewichts- und bauraumoptimierte erfindungsgemäße Feder
bein-Lagerung zeichnet sich außerdem durch geringen Bauteileumfang aus,
wodurch sich ein Kostenvorteil einstellt. Die Erfindung schließt Trägerteile ein,
die durch ein spanloses Tiefziehverfahren oder ein Spritzgießverfahren herstell
bar sind. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil sieht eine Abstützung der
Schraubenfeder unmittelbar an dem aus Kunststoff hergestellten Trägerteil vor.
Weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 14.
Erfindungsgemäß ist die Lagerung von Trägerteilen umgeben, deren axial zu gewandte Borde jeweils den Innenseiten der Lagerringe zugeordnet sind. Auf grund dieser Bordgestaltung wird das Lager innenzentriert, wobei zumindest ein Lagerring unmittelbar an einem zugeordneten Bord abgestützt ist.
Erfindungsgemäß ist die Lagerung von Trägerteilen umgeben, deren axial zu gewandte Borde jeweils den Innenseiten der Lagerringe zugeordnet sind. Auf grund dieser Bordgestaltung wird das Lager innenzentriert, wobei zumindest ein Lagerring unmittelbar an einem zugeordneten Bord abgestützt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Lagerung vor, bei der
ein Trägerteil aus Stahlblech und das weitere Trägerteil aus Kunststoff hergestellt
ist. Weiterhin schließt die Erfindung ein Aluminium-Trägerteil ein, das mit
einem Trägerteil aus Kunststoff kombiniert ist. Alternativ dazu kann ein erfin
dungsgemäß gestaltetes Federbein ebenfalls mit aus anderen Werkstoffen
hergestellten Trägerteilen bestückt werden.
Vorzugsweise ist das der Fahrzeugkarosserie zugeordnete Trägerteil aus Stahl
blech hergestellt und das weitere zur Schraubenfeder des Federbeins ausgerich
tete Trägerteil aus Kunststoff hergestellt. Eine solche Anordnung der Trägerteile
wird der höheren Anforderung an die Verwindungssteifigkeit gerecht, die an das
der Fahrzeugkarosserie zugewandte Trägerteil gestellt werden.
Als eine zusätzliche Maßnahme zur Kostensenkung der Lagerung ist erfindungs
gemäß vorgesehen, als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Laufringe einen
Draht vorzusehen. Dazu ist ein Herstellverfahren vorgesehen, bei dem der zu
einem Ring geformte Draht an den Enden verschweißt wird, bevor mittels einer
axialen Prägung die Wälzkörper-Laufbahn auf einer Seite des Drahtrings anform
bar ist. Ein derartiges spanloses Verfahren zur Herstellung der Laufringe besitzt
ein weiteres Einsparpotential, was der Forderung nach einer kostengünstigen
Gesamtkonstruktion des Wälzlagers entgegenkommt. Der zur Herstellung des
Drahtes vorgesehene Ziehprozeß bewirkt eine Kaltverfestigung des Materials.
Diese bleibt auch für die erfindungsgemäß spanlos hergestellte Wälzkörper
laufbahn erhalten, wodurch sich diese hinsichtlich Festigkeit und Lebensdauer
nicht von einer üblichen Wälzlagerqualität unterscheidet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das im eingebauten Zu
stand von der Schraubenfeder abgewandt weitestgehend topfförmig gestaltete
Trägerteil spanlos durch ein Tiefziehverfahren herstellbar. Zur Verbesserung der
Eigensteifigkeit des Trägerteils weist dieses eine mehrfache radiale Stufung auf
sowie an der Innen- und der Außenseite einen in Richtung der Schraubenfeder
gerichteten umlaufenden Bord.
Das weitere zum Federbein gehörige, aus Kunststoff hergestellte Trägerteil stellt
vorteilhaft ein Kunststoff-Spritzgußteil dar, das im eingebauten Zustand unter
Einhaltung eines Spaltmaßes bis an eine Innenkontur des weiteren Trägerteils
herangeführt ist.
Zur Erzielung eines gewichtsoptimierten Kunststoff-Trägerteils ist dieses mit
kammerartigen Ausnehmungen versehen, die insbesondere konzentrisch im
Trägerteil eingebracht und in Richtung des aus Stahlblech hergestellten weiteren
Trägerteils offen gestaltet sind. Zur Erzielung einer ausreichenden Steifigkeit sind
die kammerartigen Ausnehmungen von radial angeordneten Stegen bzw. Steg
wänden unterbrochen.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Trägerteile sieht weiterhin vor, daß die
Trägerelemente im eingebauten Zustand ineinandergreifend angeordnet sind.
Dazu bietet es sich an, daß die Borde des aus Stahl hergestellten Trägerteils
eine Innen- und Außenwand des aus Kunststoff hergestellten Trägerteils in
einem Endbereich außen umschließt. Diese Maßnahme verhindert ein nachteili
ges Eintreten von Verunreinigungen oder Feuchtigkeit in das Wälzlager. Als
weitere, die Abdichtung unterstützende Maßnahme sieht die Erfindung weiter
hin vor, zumindest bereichsweise die Außenwand des aus Kunstoff hergestellten
Trägerteils endseitig gestuft zu gestalten, wobei die Stufentiefe, die dem zu
gehörigen Bord des aus Stahlblech hergestellten Trägerteils angepaßt ist. Diese
Maßnahme im Überdeckungsbereich der Trägerteile bildet einen verlängerten,
labyrinthartigen Dichtspalt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schließt eine formschlüssige Sicherung
beider Trägerteile ein, zur Erzielung einer vormontierbaren Einheit, bei der alle
Einzelteile der Lagerung zusammengehalten sind. Als einfache, wirkungsvolle
Maßnahme bietet sich dazu an, den außenliegenden Bord des aus Stahlblech
hergestellten Trägerteils mit einer radial nach innen zeigenden, endseitigen
Bund zu versehen, der an einem Ansatz des weiteren Trägerelements form
schlüssig verschnappt. Alternativ eignet sich ebenfalls eine an der Innenseite der
Trägerteile angeordnete formschlüssige Verschnappung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das aus Kunststoff
hergestellte Trägerteil einstückig mit einem axial vorstehenden Ansatz versehen,
an dem ein Federende der Schraubenfeder zentriert ist. Diese Konzeption
erübrigt ein bislang übliches, eine dämpfende Wirkung ausübendes Zusatzteil,
an dem die Schraubenfeder gedämpft abgestützt ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels, dargestellt in zwei Figuren wird die Erfin
dung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Federbein im Bereich des oberen Anlenkpunktes in einem
Halbschnitt;
Fig. 2 in einer Einzelteilzeichnung die Federbeinlagerung gemäß
Fig. 1.
Aus der Fig. 1 ist der Aufbau einer Federbeinlagerung zu entnehmen. Das
Federbein 1 ist über zwei Anlenkpunkte 2, 3 an einer Fahrzeugkarosserie 4 und
einem Achsschenkel 5 befestigt. An dem zum Anlenkpunkt 2 gerichteten Ende
ist das Federbein 1 mit einer Lagerung 6 versehen, die aus zwei Lagerringen 7,
8 besteht, zwischen denen Wälzkörper 9 geführt sind. Die Lagerringe 7, 8 der
als Axiallagerung gestalteten Lagerung 6 sind dabei unmittelbar an einem der
Trägerteile 10, 11 abgestützt und an innen verlaufenden axial zugewandten
Borden 29, 30 zentriert. Dabei sind die Trägerteile 10, 11 der Lagerung 6 unter
schiedlich gestaltet und aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt. Das dem
Lagerring 7 zugeordnete Trägerteil 10 ist aus Stahlblech hergestellt und bildet
ein topfartiges Gehäuse, dessen Boden 12 mehrfach radial gestuft gestaltet ist,
zur Erzielung einer verbesserten Eigensteifigkeit.
Der gestufte Boden 12 des Trägerteils 10 ermöglicht weiterhin eine Zentrierung
des Lagerrings 7 am Trägerteil 10. Innen- und außenseitig ist das Trägerteil 10
mit in einer Richtung übereinstimmend verlaufenden, axialen Borden 13, 14
versehen, die radial versetzt zum Lagerring 8 vorzugsweise umlaufend angeord
net sind und einen Endbereich des Trägerteils 11 umschließen. Das weitere,
dem Lagerring 8 zugeordnete Trägerteil 11 ist als ein Kunststoff-Spritzgußteil
gestaltet und besitzt ebenfalls eine kreisringförmige Kontur, in die der Lagerring
8 eingefügt ist. Zur Vermeidung einer nachteiligen Materialanhäufung und zur
Gewichtsoptimierung ist das Trägerteil 11 mit kammerartig gestalteten Aus
nehmungen 15 versehen, die ringförmig in verschiedenen Radialebenen an
geordnet und durch konzentrische Stegwände 16 und radial verlaufende Stege
17 voneinander getrennt sind. Eine Stirnseite des Trägerteils 11 ist weiterhin
unter Einhaltung eines Spaltmaßes 18 bis an das Trägerteil 10 geführt. Die
Borde 13, 14 umschließen unter Einhaltung eines kleinen Ringspaltes den
Endbereich des Trägerteils 11. Zur Erzielung eines verlängerten, labyrinthartig
gestalteten Ringspaltes 19 weist das Trägerteil 11 innenseitig eine radiale Stufe
20 auf, die weitestgehend vom Bord 13 des Trägerteils 10 ausgefüllt wird. Das
Trägerteil 11 dient weiterhin zur Abstützung und Zentrierung einer Schraubenfe
der 21, die unmittelbar, d. h. ohne die Verwendung eines bislang üblichen
elastischen Zwischengliedes am Trägerteil 11 abgestützt ist. Als Zentrierung
dient ein einstückig mit dem Trägerteil 11 verbundener axial ausgerichteter
Ansatz 22, der außen von einem Federende der Schraubenfeder 31 umschlossen
ist.
Im Fahrzustand des Kraftfahrzeugs verursacht die Unebenheit der Straße sowie
eine Unwucht des Rades eine Radialbewegung des Federbeins 1, die in Fig.
1 durch den Doppelpfeil gekennzeichnet ist. Eine Verlagerung der Anlenkpunk
te 2, 3, die auch bei einer Lenkbewegung auftreten kann, bewirkt aufgrund der
schräggerichteten Einbaulage des Federbeins eine Verdrehung des mit der
Schraubenfeder 31 verbundenen Trägerteils 11 zum Trägerteil 10, die durch die
Lagerung 6 ermöglicht wird. Das Federbein 1 verfügt weiterhin über einen
Druckanschlag 23, der einen elastischen Endanschlag bildet für einen mit dem
Federbein 1 verbundenen Stoßdämpfer 24. Zur Erreichung einer körperschalliso
lierten Anordnung der Lagerung 6 an der Fahrzeugkarosserie 4 ist das Trägerteil
10 über einen Dämpfungsring 25 im Bereich des Anlenkpunktes 2 an der
Fahrzeugkarosserie 4 angebunden.
Zur weiteren Verdeutlichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerung 6
dient die Fig. 2, in der die Lagerung 6 im Halbschnitt abgebildet ist und deren
Einzelteile mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugsziffern übereinstimmen. Zur
Erzielung einer vormontierbaren Einheit der in Fig. 2 abgebildeten Lagerung
6 ist eine formschlüssige Verschnappung 26 zwischen den Trägerteilen 10, 11
vorgesehen. Dazu weist der äußere Bord 14 vom Trägerteil 10 endseitig einen
radial nach innen gerichteten Bund 27 auf, der in einer Einbaulage formschlüs
sig einen nach außen gerichteten Ansatz 28 vom Trägerteil 11 hintergreift.
1
Federbein
2
Anlenkpunkt
3
Anlenkpunkt
4
Fahrzeugkarosserie
5
Achsschenkel
6
Lagerung
7
Lagerring
8
Lagerring
9
Wälzkörper
10
Trägerteil
11
Trägerteil
12
Boden
13
Bord
14
Bord
15
Ausnehmung
16
Stegwand
17
Steg
18
Spaltmaß
19
Ringspalt
20
Aussparung
21
Stufe
22
Ansatz
23
Druckanschlag
24
Stoßdämpfer
25
Dämpfungsring
26
Verschnappung
27
Bund
28
Ansatz
29
Bord
30
Bord
31
Schraubenfeder
Claims (14)
1. Lagerung für ein einer Radaufhängung eines Fahrzeugs zugeordnetes Feder
bein (1), vorzugsweise für Vorderräder, versehen mit einem Stoßdämpfer (24)
und einer den Stoßdämpfer (24) weitestgehend koaxial umschließenden Schrau
benfeder (31), wobei das Federbein (1) über Anlenkpunkte (2, 3) mit einem
Achsschenkel (5) und einer Fahrzeugkarosserie (4) verbunden ist, und wobei
zwischen dem Federbein (1) und der Fahrzeugkarosserie (4) eine Lagerung (6)
angeordnet ist, die insbesondere als Axialkugellager oder Axial-Schrägkugellager
ausgebildet ist und abgedichtet eingebaut sowie von ringförmig gestalteten
Trägerteilen (10, 11) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerringe (7,
8) der Lagerung (6) unmittelbar an den Trägerteilen (10, 11) abgestützt sind und
zumindest ein Lagerring (7, 8) an innenseitig verlaufenden, axial zugewandten
Borden (29, 30) der Trägerteile (10, 11) zentriert ist, wobei die der Lagerung (6)
zugeordneten Trägerteile (10, 11) aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt
sind.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerringe (7,
8) an den Borden (29, 30) innenzentriert sind.
3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (6)
ein Trägerteil aus Stahlblech sowie ein aus Kunststoff hergestelltes Trägerteil
umfaßt.
4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere, der
Fahrzeugkarosserie (4) zugewandte Trägerteil (10) aus Stahlblech und das
weitere Trägerteil (11), an dem die Schraubenfeder (31) unmittelbar anliegt, aus
Kunststoff hergestellt ist.
5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (6)
aus Draht hergestellte Lagerringe (7, 8) umfaßt.
6. Verfahren zur Herstellung der Lagerringe (7, 8) nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der zu einem Ring formbare Draht an den Enden ver
schweißt wird, bevor eine einseitige axiale Prägung für die Wälzkörper-Lauf
bahn erfolgt.
7. Lagerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein spanlos aus einem
Tiefziehblech hergestelltes Trägerteil (10).
8. Lagerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mehrfach radial
gestuftes Trägerteil (10), das innen- und außenseitig mit rechtwinkelig in Rich
tung der Schraubenfeder (31) ausgerichteten, umlaufenden Borden (13, 14)
versehen ist.
9. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnseite des
aus Kunststoff hergestellten Trägerteils (11) unter Einhaltung eines Spaltmaßes
(18) bis an eine Innenkontur des aus Stahlblech hergestellten Trägerteils (10)
herangeführt ist.
10. Lagerung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein mit kammerartigen
Ausnehmungen (15) versehenes Trägerteil (11), wobei die in Richtung des
gegenüberliegenden Trägerteils (10) offen gestalteten Ausnehmungen (15)
konzentrisch angeordnet und von einer Stegwand (16) bzw. Stegen (17) unter
brochen sind.
11. Lagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Borde (13,
14) eine Innen- und Außenwand des Trägerteils (11) in einem Endbereich außen
umschließen.
12. Lagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine
Außenwand des Trägerteils (11) eine radiale Stufe (20) aufweist, die angepaßt
ist an die Wandstärke und Ausgestaltung des Bordes (13), zur Erzielung eines
verlängerten, labyrinthartig ausgebildeten Ringspaltes (19).
13. Lagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord (14) des
Trägerteils (10) endseitig einen radial nach innen gerichteten Bund (27) auf
weist, der mit einem endseitig am Trägerteil (11) angeordneten Ansatz (28) eine
Verschnappung (26) bildet.
14. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federende
der Schraubenfeder (31) unmittelbar am Trägerteil (11) abgestützt und an einem
axial vorstehenden Ansatz (22) des Trägerteils (11) zentriert ist.
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