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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung eines
Schwenklagers für
ein Rad eines Kraftfahrzeugs und insbesondere eine Vorrichtung zur
Halterung eines Schwenklagers für ein
lenkbares Rad eines Kraftfahrzeugs von der Art, wie sie im Anspruch
1 definiert und beispielsweise aus der
DE 199 49 452 A bekannt
ist.
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Ein
Rad eines Kraftfahrzeugs ist im Allgemeinen mit dem Fahrgestell
des Kraftfahrzeugs über eine
Radaufhängung
verbunden, die eine im Wesentlichen vertikale Bewegung des Rades
oder eine Durchfederung des Rades mit Dämpfung ermöglicht, um den Komfort und
die Fahreigenschaften des Fahrzeugs sicherzustellen. Ein lenkbares
Rad muss mit der Möglichkeit
einer Drehung um eine im Wesentlichen vertikale Achse montiert sein,
um eine Ausrichtung des Rads zur Steuerung einer Richtungsänderung
des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Eine
Aufhängung
enthält
im Allgemeinen eine Radnabe, an der das Rad fixiert ist. Die Radnabe
ist um eine im Wesentlichen horizontale Achse drehbar an einem Schwenklager
gelagert, das selbst an einem Schwenklagerträger, der über ein Aufhängungs-
und Dämpfungssystem
an dem Fahrgestell des Fahrzeugs befestigt ist, um eine im Wesentlichen vertikale
Hauptachse drehbar gelagert ist. Das Aufhängungs- und Dämpfungssystem
lässt einen
im Wesentlichen vertikalen Ausschlag des Schwenklagerträgers zu.
Das Rad und das Schwenklager werden in vertikaler Richtung gemeinsam
mit dem Schwenklagerträger
verlagert. Das Schwenklager weist im Allgemeinen einen Lenkarm auf,
dessen ein Ende, das gegen über
der Hauptachse des Schwenklagers versetzt liegt, mit einem Schwingarm
zur Lenkung verbunden ist. Eine Verlagerung des Schwingarmes steuert
eine winkelmäßige Ausrichtung
des Schwenklagers und des lenkbaren Rades. Wenn das lenkbare Rad
durch ein Antriebsrad gebildet ist, ist das Rad beispielsweise über eine
Kardanverbindung mit einer Antriebswelle verbunden.
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Die
Radaufhängung überträgt Längsbeschleunigungskräfte, Querbeschleunigungskräfte und
Reibungskräfte
zwischen dem Rad und dem Fahrgestell. Die Elemente der Radaufhängung und insbesondere
der Träger
des Schwenklagers sind erhöhten
Belastungen ausgesetzt.
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Das
Schwenklager ist im Allgemeinen mit dem Schwenklagerträger über ein
oberes Gelenk und ein unteres Gelenk verbunden, die die Hauptdrehachse
des Schwenklagers definieren. Aus der Druckschrift FR 2 781 185
ist eine Aufhängung
der vorstehend beschriebenen Art bekannt, bei der ein Schwenklager
mit einem Trägerbein über zwei
Gelenke verbunden ist, die in Form von Kugelgelenken ausgebildet
sind.
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Die
beträchtlichen
Verformungen des Schwenklagerträgers
führen
zu Positionierungs- und Ausrichtungsfehlern zwischen dem oberen
und dem unteren Gelenk, die die Schwenkachse des Schwenklagers festlegen.
Derartige Fehler rufen das Auftreten von beträchtlichen Reib- und Belastungskräften in
den Gelenken und dem Schwenklager hervor. Der Schwenklagerträger besteht
im Allgemeinen aus einem Verbundwerkstoff oder einem metallenen
Werkstoff, der eine große
Steifigkeit aufweist, die störende Verformungen
des Schwenklagerträgers
verhindert, wenn der Letztere beträchtlichen Belastungen ausgesetzt
ist.
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Bei
der Gestaltung von Kraftfahrzeugen werden Anstrengungen unternommen,
um den Energieverbrauch zu senken und das Leistungsverhalten der Kraftfahrzeuge
zu erhöhen.
Eine Reduktion der Gewichtsmasse des Kraftfahrzeugs ermöglicht es,
diese Ziele zu erreichen. Im Falle der Radaufhängungen ermöglicht eine Gewichtsverringerung
der Teile ferner, die Masse der in Bezug auf das Fahrgestell bewegbaren
Teile zu verringern. Diese Gewichtsverringerung ermöglicht eine
Verbesserung des Funktionsverhaltens des Aufhängungs- und Dämpfungssystems,
das zwischen dem Schwenklager und dem Fahrgestell des Fahrzeugs
angeordnet ist, und erleichtert daher die Gestaltung.
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Jedoch
zieht die Verwendung von ein verringertes Gewicht aufweisenden Elementen
der Aufhängevorrichtung
am häufigsten
eine Reduktion der Steifigkeit dieser Elemente nach sich. Ein weniger steifer
Schwenklagerträger
zieht Gefahren der Positionsveränderungen
und Ausrichtungsfehler zwischen dem oberen und dem unteren Gelenk
des Schwenklagerträgers
nach sich.
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Die
vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Halterung eines Schwenklagers
für ein
Rad eines Kraftfahrzeugs zum Ziel, die eine Gewichtsverringerung
der Teile einer Radaufhängung
unter gleichzeitiger Sicherstellung einer passenden Übertragung
von Kräften
zwischen den Teilen ungeachtet der Verformungen bestimmter Teile
ermöglicht.
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Die
Erfindung hat ferner zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur Halterung
eines Schwenklagers für ein
Rad eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die einfach aufgebaut ist,
mit niedrigen Kosten herstellbar ist und eine Vereinfachung der
Montage einer Radaufhängung
ermöglicht.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zur Halterung eines Schwenklagers, eines Rads, eines Kraftfahrzeugs
zu schaffen, die bei einer Relativbewegung zwischen den Teilen eine
Anpassung der Gelenke des Schwenklagers ermöglicht und das Auftreten von Reibungskräften begrenzt.
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Zu
diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Halterung
eines Schwenklagers für
ein Rad die in dem Anspruch 1 definierten Merkmale auf. Eine derartige
Vorrichtung zur Halterung eines Schwenklagers für ein Rad eines Kraftfahrzeugs weist
einen Schwenklagerträger
auf, der dazu vorgesehen ist, in eine Radaufhängung eingebunden zu werden,
wobei der Träger
in der Lage ist, ein Schwenklager mit der Möglichkeit einer Drehung um eine
Hauptschwenkachse über
ein erstes und ein zweites Gelenk aufzunehmen, wobei das erste Gelenk
wenigstens einen Freiheitsgrad der Drehbewegung um ein Hauptachse
aufweist und das zweite Gelenk ein Wälzlager aufweist, das einen
Freiheitsgrad der Drehbewegung um die Hauptachse gemeinsam mit der
Möglichkeit
einer Drehbewegung um zu der Hauptachse senkrechte Nebenachsen sowie
einer Axialverschiebung im Wesentlichen längs der Hauptachse bietet.
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Im
Allgemeinen ist das erste Gelenk ein Gelenk nach Art eines Kugelgelenks
mit drei Freiheitsgraden der Drehbewegung oder ein Wälzlager
mit einer längs
der Hauptachse ausgerichteten Achse. Wenn das zweite Gelenk ebenfalls
nach Art eines Kugelgelenks mit drei Freiheitsgraden der Rotation oder
nach Art eines Wälzlagers
mit einer längs
der Hauptachse ausgerichteten Achse ausgebildet ist, ziehen Maßabweichungen
des Schwenklagerträgers die
Erzeugung von Spannungen in dem Schwenklager nach sich. Das zweite
Ge lenk, das ein Wälzlager mit
der Möglichkeit
einer Drehbewegung um sekundäre
Achsen aufweist, ermöglicht
eine Anpassung des zweiten Gelenks im Falle von Koaxialitätsfehlern zwischen
den Gelenken in Folge einer Verformung des Schwenklagerträgers. Das
zweite Gelenk, das ein Wälzlager
aufweist, das eine Axialverschiebung im Wesentlichen längs der
Hauptachse ermöglicht, lässt eine
Anpassung des zweiten Gelenks zu, wenn der Abstand zwischen den
Gelenken in Folge einer Verformung des Schwenklagers variiert. Die
Anpassung des zweiten Gelenks verhindert das Auftreten von Reibungskräften in
den Gelenken oder von Spannungen in den Gelenken oder dem Schwenklager
im Falle von Fehlern bei der Positionierung oder relativen Ausrichtung
der Gelenke des Schwenklagers.
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In
einer Ausführungsform
weist der Träger einen
Körper
sowie einen ersten und einen zweiten Arm auf, die sich ausgehend
von den entgegensetzten Enden des Körpers im Wesentlichen senkrecht zu
dem Körper
erstrecken, wobei das erste und das zweite Gelenk durch die freien
Enden des ersten und des zweiten Armes getragen sind. Die an den
Enden der Arme angeordneten Gelenke ermöglichen die Drehbewegung des
Schwenklagers in einem vorgegebenen Winkelbereich, ohne dass das
Schwenklager, das Rad oder ein Reib- oder Antriebsglied mit dem
Schwenklagerträger
kollidiert. Ein Schwenklagerträger,
der eine derartige Struktur aufweist, ermöglicht es, unter Berücksichtigung
der Möglichkeiten
der Drehung und der Axialverschiebung des zweiten Gelenkes eine
ausreichende Festigkeit zu erhalten, wobei gleichzeitig durch den
Einsatz leichter Legierungen, die im Vergleich zu Stahl weniger steif
sind oder durch Materialabtragung oder Verringerung der Dickenabmessungen
eine Gewichtsverringerung des Schwenklagerträgers möglich ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das zweite Gelenk mit einem Wälzlager versehen, das einen
ersten Ring, einen zweiten Ring und eine Reihe von Wälzkörpern aufweist,
die zwischen Laufbahnen des ersten und zweiten Ringes angeordnet sind,
wobei die Achsen der Wälzkörper im
Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, die Wälzkörper und
die Laufbahnen im Längsschnitt
in einer zueinander passenden Weise gekrümmte Profile aufweisen, deren
Krümmungsradius
wesentlich größer ist
als der größte Abstand
zwischen der zentralen Achse des Wälzlagers und den Oberflächen der
Laufbahnen, wobei der Krümmungsradius
der Laufbahnen größer als
der Krümmungsradius
der Wälzkörper sein
kann. Diese Art eines Wälzlagers
ist besonders dazu eingerichtet, eine gewisse relative Axialverschiebung
zwischen dem Innenring und dem Außenring und eine geringfügige Drehbewegung
um zu der Hauptrotationsachse senkrechte Achsen zu ermöglichen,
wobei gleichzeitig trotz der Relativbewegungen zwischen dem Innenring
und dem Außenring
die Übertragung
radialer Kräfte
mit geringer Reibung sichergestellt ist.
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In
einer Ausführungsform
weist das zweite Gelenk einen Bügel
auf, der mit einem Abschnitt zur Befestigung an dem Schwenklagerträger und
mit einem Abschnitt zur Aufnahme eines Wälzlagers versehen ist, wobei
der Aufnahmeabschnitt einen zylindrischen Innensitz aufweist, der
dazu vorgesehen ist, einen Außenring
des Wälzlagers
aufzunehmen. Das Schwenklager muss an dem Schwenklagerträger gleichzeitig über zwei
Gelenke befestigt werden, was die Montage komplizierter gestaltet.
Das Schwenklager und der Schwenklagerträger müssen in Stellung gehalten werden,
um die gleichzeitige Montage der beiden Gelenke zu ermöglichen.
Im Gegensatz hierzu kann der Bügel
im Voraus gemeinsam mit dem Wälzlager
zusammengebaut werden und ist in Form einer von dem Schwenklagerträger unabhängigen Einheit
gebildet und mit Mitteln zur Fixierung an dem Schwenklagerträger versehen.
Es wird mit der Verbindung des Schwenklagers und des Schwenklagerträgers über das
erste Gelenk begonnen, anschließend
das zweite Gelenk angeordnet und danach lediglich das zweite Gelenk
an dem Schwenklagerträger
fixiert. Die Montage des Schwenklagers an dem Schwenklagerträger erweist
sich als vereinfacht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
weist das zweite Gelenk Mittel zur Abdichtung und zum Schutz eines
Wälzlagers
auf, die für
relative Verlagerungen eines Ringes in Bezug auf den anderen passend
eingerichtet sind.
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In
einer Ausführungsform
ist der Aufnahmeabschnitt in axialer Richtung von einer Seite durch
einen Radialflansch verschlossen, der einen inneren zentralen Einzug
oder eine Vertiefung aufweist. Der Flansch ermöglicht die Positionierung eines
Außenrings
des Wälzlagers,
der mit einer Stirnfläche
an dem Flansch in Anlage kommt. Die zentrale Vertiefung lässt die
Verlagerung eines Innenrings in Bezug auf den Außenring derart zu, dass eine
Stirnfläche des
Innenrings über
die Stirnfläche
des Außenrings hinaus
ragen kann, ohne dass ihre Verlagerung durch den Flansch behindert
wird.
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In
eine vorteilhaften Ausführungsform
weist die Vorrichtung ein Dichtungselement mit einem äußeren Teil
oder Abschnitt, der mit einer Stirnfläche eines Außenrings
eines Wälzlagers
zusammenwirkt, einem inneren Teil oder Abschnitt, der mit einer
Stirnfläche
eines Innenrings des Wälzlagers
zusammenwirkt, und einer dazwischen liegenden verformbaren Membran
auf, die den inneren Teil mit dem äu ßeren Teil verbindet. Das Dichtungselement,
das eine zwischen einem inneren Teil und einem äußeren Teil angeordnete verformbare
Zwischenmembran enthält, lässt eine
Axialbewegung eines Teils in Bezug auf den anderen in Folge einer
Axialbewegung eines Ringes des Wälzlagers
in Bezug auf den anderen zu, ohne die Dichtheit zwischen den Ringen
des Wälzlagers
zu verlieren. Die verformbare Membran lässt ferner eine Drehung eines
Ringes in Bezug auf den anderen um zu der Hauptachse des Wälzlagers
senkrechte Achsen wie auch eine Radialverschiebung zwischen den
Ringen ohne Einbüße bei der
Dichtheit zwischen den Ringen zu.
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In
einer Ausführungsform
weist das Dichtungselement eine Lippe auf, die ausgehend von dem
inneren Teil des Dichtungselementes derart weg ragt, um einen dichten
Kontakt mit dem Schwenklager zu schaffen. Die Dichtungslippe verhindert
das Eindringen äußerer Schmutzkörper zwischen
dem Schwenklager und dem Innenring des Wälzlagers.
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In
einer Ausführungsform
weist der äußere Teil
eine Hülse
auf, die auf einer Außenfläche eines Endabschnitts
des Außenrings
passend eingerichtet ist. Die Hülse
ermöglicht
die Befestigung des Dichtungselementes an dem Außenring und bedeckt das Wälzlager,
um eine bessere Abdichtung zu schaffen.
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In
einer Ausführungsform
weist der Bügel wenigstens
zwei Arme auf, die von einem Aufnahmeabschnitt des Bügels weg
ragen und entfernte Enden aufweisen, die mit Bohrungen zur Fixierung
an dem Träger
versehen sind. Die Befestigung des Bügels über die entfernt liegenden
Enden ermöglicht
eine steife Befestigung des Bügels
an dem Schwenklagerträger.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Bügel zur Befestigung eines Schwenklagers
an einem Schwenklagerträger,
wobei der Bügel
einen Aufnahmeabschnitt für
ein Wälzlager
und einen Abschnitt zur Befestigung an dem Schwenklagerträger, wobei
der Aufnahmeabschnitt in der Lage ist, ein Wälzlager, das in erster Linie
einen Freiheitsgrad der Rotation um die Hauptachse aufweist, mit
der Möglichkeit
einer Drehbewegung um zwei sekundäre Achsen, die senkrecht zu
der Hauptachse ausgerichtet sind, sowie einer im Wesentlichen längs der
Hauptachse ausgerichteten Axialverschiebung aufzunehmen, sowie Dichtungsmittel
aufweist, die für
ein derartiges Wälzlager
passend eingerichtet sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Dichtungselement, das einen äußeren Teil,
der mit einer Stirnfläche
eines Außenrings
eines Wälzlagers
zusammenwirkt, einen inneren Teil, der mit einer Stirnfläche eines
Innenrings des Wälzlagers
zusammenwirkt, sowie eine dazwischenliegende verformbare Membran aufweist,
die den inneren Teil mit dem äußeren Teil verbindet.
Das Dichtungselement stellt die Dichtheit zwischen dem Innenring
und dem Außenring
ungeachtet der Drehbewegungen und der Axial- oder Radialverschiebungen
eines Ringes in Bezug auf den anderen sicher. Vorteilhafterweise
kann der innere Teil und/oder der äußere Teil eine steife Einlage
enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile erschließen sich besser beim Studium
der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform, die lediglich zu
Beispielszwecken angegeben, keinesfalls beschränkend aufzufassen und in den
beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht ist, in denen zeigen:
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1 eine
schematisierte Ansicht einer Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug;
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2 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung zur Befestigung eines Schwenklagers
an einem Schwenklagerträger
gemäß einem
Aspekt der Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht eines Befestigungsbügels eines Schwenklagers gemäß einem
Aspekt der Erfindung;
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4 eine
Perspektivansicht eines Bügels gemäß der 3;
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5 eine
Teilansicht einer Axialschnittdarstellung eines Dichtungselementes,
das für
einen Befestigungsbügel
des Schwenklagers vorgesehen ist, gemäß einem Aspekt der Erfindung;
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6 eine
Perspektivansicht eines Dichtungselementes nach 5;
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7 einen
Ausschnitt einer Schnittansicht einer Befestigungsvorrichtung für ein Schwenklagers in
einer ersten Stellung und
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8 einen
Ausschnitt einer Schnittansicht einer Befestigungsvorrichtung für ein Schwenklager in
einer zweiten Stellung.
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In 1 verbindet
eine Radaufhängung,
die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 versehen
ist, ein lenkbares Antriebsrad 2 mit einem Chassis 3 eines
Fahrzeugs, das durch feste Punkte veranschaulicht ist, die die Mög lichkeit
einer Durchfederung mit einer damit verbundenen Aufhängung und Dämpfung bieten.
Das Rad 2 stützt
sich auf einem Bodenbelag 4 ab, der hier als Referenz dient,
um eine vertikale, zu dem Boden 4 senkrechte Richtung und
eine horizontale, zu dem Boden 4 parallele Richtung zu
definieren.
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Die
Radaufhängung 1 weist
eine Radnabe 5 auf, die über ein Wälzlager 6 um eine
im Wesentlichen horizontale Achse an einem Schwenklager 7 drehbar
montiert ist. Das Schwenklager 7 ist über ein erstes und ein zweites
Gelenk 9, 10 an einem Schwenklagerträger 8 um
eine im Wesentlichen vertikale Achse drehbar gelagert, um in einem
bestimmten Winkelbereich geschwenkt zu werden. Der Schwenklagerträger 8 weist
eine im Wesentlichen C-förmige
Gestalt auf. Der Schwenklagerträger 8 weist
einen Körper 11,
einen oberen Arm 12, der von einem oberen Ende des Körpers 11 vorragt,
sowie einen unteren Arm 13 auf, der von einem unteren Ende des
Körpers 11 vorragt.
Das erste Gelenk 9 ist an dem freien Ende des oberen Armes 12 des
Schwenklagerträgers 8 angeordnet.
Das zweite Gelenk 10 ist an dem freien Ende des unteren
Armes 13 des Schwenklagerträgers 8 angeordnet.
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Das
erste Gelenk 9 ist nach Art eines Kugelgelenks ausgebildet
und weist einen sphärischen Sitz 14,
der an dem freien Ende des oberen Armes 12 ausgebildet
ist, sowie einen kugelförmigen
Kopf 15 auf, der mit dem Schwenklager 7 fest verbunden
ist. Das zweite Gelenk 10 weist einen Hauptfreiheitsgrad um
eine Hauptachse auf, die im Wesentlichen in vertikaler Richtung
durch die Mitte des ersten Gelenkes 9 verläuft, und
bietet die Möglichkeit
einer Drehung um Nebenachsen, die zu der Hauptachse senkrecht verlaufen,
sowie die Möglichkeit
einer Axialverschiebung im Wesentlichen längs der Hauptachse.
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Zwischen
dem Schwenklagerträger 8 und
einem Befestigungsabschnitt 3a des Fahrzeugs ist ein erster
Arm 16 angeordnet, indem er an seinen beiden Enden gelenkig
aufgehängt
ist. Ein zweiter Arm 17 ist zwischen dem Träger 8 und
einem weiteren Befestigungsabschnitt 3b des Chassis 3 durch
Verbindung über
an seinen beiden Enden vorgesehene Gelenke angeordnet. Der zweite
Arm 17 verläuft
parallel zu dem ersten Arm 16. Der erste und der zweite
Arm 16, 17 sind in einer derartigen Weise angeordnet,
dass der Schwenklagerträger 8 sich
im Wesentlichen vertikal verlagern kann, um mit einer Bewegung des Rads 2 mitzugehen.
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Eine
Aufhängevorrichtung 18 ist
zwischen dem Schwenklager 8 und einem Befestigungsabschnitt 3c des
Chassis 3 angeordnet. Die Aufhängevorrichtung 18 ist
durch eine gezackte Linie symbolisch veranschaulicht und ermöglicht auf
bekannte Weise eine Dämpfung
der Federungsbewegungen des Schwenklagerträgers. Die Aufhängevorrichtung kann,
um ein keinesfalls beschränkendes
Beispiel anzugeben, in Form einer Stoßdämpferfederkombination oder
eines hydropneumatischen Dämpfers ausgebildet
sein.
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Die
Radnabe 5 ist auf der dem Rad abgewandten Seite des Schwenklagers 7 mit
einer Antriebswelle 19 verbunden, die auf eine nicht veranschaulichte
Weise mit einer Ausgangswelle eines Getriebes eines Antriebsmotors
des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Zwischen der Antriebswelle 19 und der
Nabe 5 ist eine Verbindung nach Art eines Kardangelenks 20 angeordnet,
um trotz der Federungs- und Lenkungsbewegungen des Rads 2 eine
Leistungsübertragung
von der Antriebswelle 19 auf das Rad 2 zu ermöglichen.
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In 2 sind
die Bezugszeichen von vergleichbaren Elementen beibehalten. Die
Nabe 5 ist durch eine Welle 21 drehangetrieben.
Die Radnabe 5 ist mit einem radialen Bund 22 und
mit einem Ende 23 zur Zentrierung einer Radfelge 24 versehen.
Die Radnabe 5 enthält
einen axialen Fortsatz 25, der eine zylindrische Außenumfangsfläche aufweist
und auf der von dem Ende 23 der Radnabe 5 abgewandten Seite
des Bundes 22 angeordnet ist, wobei das Ende der Welle 21 den
Innenraum dieses axialen Fortsatzes 25 durchsetzt.
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Eine
Reibscheibe 26 mit einem Reibungsabschnitt 27 der
die Radnabe 5 umgibt, und die Felge 24 sind an
dem Ende 23 der Radnabe 5 passend angebracht,
indem sie in radialer Richtung gegen den Bund 22 in Anlage
kommen. Die Reibscheibe 26 weist einen zentralen Abschnitt 28 auf,
der in Axialrichtung in Bezug auf den Reibungsabschnitt 27 abgesetzt
und zwischen der Radfelge 24 und dem Bund 22 eingefügt ist.
Die Felge und die Reibscheibe 26 sind über nicht veranschaulichte
Schrauben und Mitnehmer mit der Radnabe 5 drehfest verbunden.
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Die
Radnabe 5 ist in Bezug auf das Schwenklager 7 drehbar
gelagert, und zwar über
ein Schrägwälzlager 29 mit
zwei Reihen von Wälzkörpern, dessen
Innenringe an den axialen Fortsatz 25 der Radnabe 5 angepasst
sind, wobei die Innenringe in Bezug auf die Radnabe 5 in
axialer Richtung ortsfest und drehfest festgesetzt sind.
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Das
Schwenklager 7 ist über
ein erstes Gelenk 9 mit einem oberen Arm 12 eines
Schwenklagerträgers 8 verbunden,
der eine im Wesentlichen C-förmige
Gestalt aufweist. Das erste Gelenk 9 weist einen sphärischen
Sitz 14, der in dem oberen Arm 12 ausgebildet
ist, sowie einen kugelförmigen
Kopf 15 auf, der an dem Schwenklager 7 fixiert
ist. Der sphärische
Sitz 14 ist auf eine an sich bekannte Weise aus mehreren
Teilen zusammengesetzt, die aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung
hier nicht veranschaulicht sind.
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Das
Schwenklager 7 ist über
ein zweites Gelenk 10 mit einem unteren Arm 13 des
Schwenklagerträgers 8 verbunden.
Das zweite Gelenk 10 weist einen Bügel 30 auf, der mit
einem Abschnitt 31 zur Befestigung an dem unteren Arm 13 und
mit einem Aufnahmeabschnitt 32 versehen ist, der zur Aufnahme eines
Wälzlagers 33 geeignet
eingerichtet ist. Das Schwenklager 7 weist ein freies Ende 34 auf,
das eine Achse bildet, die eine zylindrische Außenfläche aufweist, die im Klemmsitz
in einem Innenring des Wälzlagers 33 passend
angeordnet ist. Die Achse des Wälzlagers 33 führt durch
das Zentrum des ersten Gelenkes 9 hindurch. Die auf diese
Weise angeordneten ersten und zweiten Gelenke 9, 10 ermöglichen
eine Drehung des Schwenklagers 7 in Bezug auf den Schwenklagerträger 8 um
eine Hauptachse, die durch das Zentrum des ersten Gelenkes 9 hindurchführt und
mit der Achse des Wälzlagers 33 zusammenfällt.
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Wie
besser aus den 3 und 4 ersichtlich,
weist der Aufnahmeabschnitt 32 des Bügels 30 einen rohrförmigen Abschnitt 35 auf,
der einen zylindrischen Innensitz 36 aufweist und von einer
Seite durch einen Flansch 37 verschlossen ist, der mit
dem rohrförmigen
Abschnitt in einem Stück
gefertigt ist und sich in radialer Richtung nach innen erstreckt. Der
Flansch 37 weist einen Zentralabschnitt 38 auf, der
in Bezug auf den Bereich des Flansches 37 mit dem größten Durchmesser
auf der von dem rohrförmigen
Abschnitt 35 abgewandten Seite abgesetzt ist und eine Vertiefung
in dem Flansch 37 auf der Seite des rohrförmigen Abschnitts 35 sowie
eine nach außen
gerichtete entsprechende Erhöhung
bildet.
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Der
Befestigungsabschnitt 31 des Bügels weist starke Arme, hier
drei an der Zahl, auf, die ausgehend von dem rohrförmigen Abschnitt 35 des
Aufnahmeabschnitts 32 im Wesentlichen auf der gleichen
Seite nach außen
ragen. Die starken Arme weisen jeweils eine Basis 39, die
von dem rohrförmigen Abschnitt 35 in
radialer Richtung weg ragt, sowie einen Endabschnitt 40 auf,
der sich schräg,
radial nach außen
und axial zur offenen Seite des rohrförmigen Abschnitts 35 hin
erstreckt. Jeder starke Arm weist an seinem Ende eine Gewindebohrung 41 auf.
Zwei benachbarte starke Arme sind über dünne Versteifungsabschnitte 42 miteinander
verbunden, die eine Hülle
bilden. Die Enden zweier benachbarter starker Arme sind über querverlaufende
steife Versteifungsrippen 43 miteinander verbunden.
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Das
Wälzlager 33 ist
mit einem ersten, äußeren Ring 44,
einem zweiten, inneren Ring 45 und einer Reihe von Wälzkörpern 46 versehen,
die hier in Form von Rollen ausgebildet sind, die zwischen dem Außenring 44 und
dem Innenring 45 angeordnet sind.
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Der
Außenring 44 umfasst
eine Innenfläche, die
in Axialrichtung ein gekrümmtes
Profil mit einer nach innen gerichteten Konkavität aufweist und eine Laufbahn 47 bildet,
Stirnflächen 44a, 44b sowie
eine zylindrische Außenfläche 44c.
Der Innenring 45 umfasst eine Außenfläche, die in Axialrichtung ein
gekrümmtes
Profil mit einer nach außen
gerichteten Konkavität
aufweist und eine Laufbahn 48 bildet, Stirnflächen 45a, 45b und
eine zylindrische Innenfläche 45c auf,
die eine Innenbohrung des Wälzlagers 33 bildet.
Die Wälzkörper 46 sind
zwischen den Laufbahnen 47, 48 des Außenrings 44 und
des Innenrings 45 angeordnet und stehen mit den Laufbahnen 47, 48 in
Berührung,
wobei die Achsen der Rollen 46 im Wesentlichen parallel
zueinander verlaufen.
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Der
Außenring 44 ist
durch seine Außenfläche 44c in
dem zylindrischen Innensitz 36 des Aufnahmeabschnitts 32 eingepasst,
indem er in Axialrichtung über
seine Stirnfläche 44a mit
dem Flansch 37 in Berührung
steht. Der Außenring 44 weist
eine axiale Länge
auf, die größer ist
als die Längserstreckung
des zylindrischen Innensitzes 36, so dass auf diese Weise
ein Endabschnitt 49 des Außenrings 44 über den
Aufnahmeabschnitt 32 hinausragt.
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Die
Rollen 36 und die Laufbahnen 47, 48 weisen
im Längsschnitt
in zueinander entsprechenden Weise gekrümmte Profile auf, deren Krümmungsradius
wesentlich größer ist
als der größte Abstand
zwischen der zentralen Achse des Wälzlagers 32 und den
Laufbahnen. Die Rollen 46 sind zwischen den Laufbahnen 47, 48 mit
einem passenden Spiel eingebaut, der eine gewisse relative axiale
Verlagerung zwischen den Ringen 44, 45 wie auch
ein gewisses Verkippen zwischen den Ringen 44, 45 zulässt. Ferner
kann die axiale Relativverschiebung und die Verkippung der Ringe 44, 45 unterstützt werden,
falls im Längsschnitt
das Profil der Laufbahnen 47, 48 einen Krümmungsradius
aufweist, der größer ist
als der Krümmungsradius
der Wälzkörper 46.
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Das
zweite Gelenk 10 weist ein Dichtungselement 50 auf.
Wie besser aus den 5 und 6 erkennbar,
weist das Dichtungselement 50 einen äußeren Teil oder Abschnitt 51,
einen inneren Teil oder Abschnitt 52 und eine dazwischenliegende
verformbare Membran 53 auf, die sich im Wesentli chen in
radialer Richtung zwischen dem inneren Teil 52 und dem äußeren Teil 51 erstreckt.
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Der äußere Teil 51 umfasst
eine Metalleinlage 54 in Gestalt einer im Halbschnitt L-förmigen Schale,
die einen radialen Kragen 55 aufweist, an den sich ein
rohrförmiger
axialer Abschnitt in Form einer Hülse 56 anschließt, der
auf einer ersten Seite ausgehend von dem Bereich mit dem größten Durchmesser
des radialen Kragens 55 in Axialrichtung vorragt. Die Einlage 54 ist
in einem Überzug
aus Kunststoff eingebettet, der auf der Einlage 54 des äußeren Teils 51 aufgegossen
ist und einen äußeren Mantel 57 bildet,
der sich geneigt verlaufendend ausgehend von dem freien Ende der
Hülse 56 radial
nach außen und
axial in Richtung auf die von dem radialen Kragen 55 wegweisende
Seite erstreckt. Die Metalleinlage 54 weist lokal freiliegende
Abschnitte 54a auf, die von der Herstellung des Dichtungselementes 50 herrühren.
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Der
innere Teil 52 weist eine Metalleinlage in Gestalt eines
Ringes 58 auf, der im Wesentlichen in derselben Radialebene
wie der radiale Kragen 55 des äußeren Teils 52 angeordnet
ist. Der Ring 58 ist in einem Überzug aus Kunststoff eingebettet,
der auf den Ring 58 aufgegossen ist und eine innere Lippe 59 bildet,
die sich in einer geneigt verlaufenden Weise radial nach außen und
axial in Richtung auf die von der Hülse 56 des äußeren Teils 52 wegweisende Seite
erstreckt. Der Metallring 58 weist lokal freiliegende Abschnitte 58a auf,
die von der Herstellung des Dichtungselementes 50 herrühren.
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Die Überzüge des inneren
Teils 52 und des äußeren Teils 51 und
die dazwischenliegende Membran 53 sind vor zugsweise aus
einem einzigen Stück und
bei ein und demselben Vorgang durch Spritzgießen eines Kunststoffs, wie
Elastomer, ausgebildet.
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Zurückkommend
auf 3 ist veranschaulicht, dass die Hülse 56 des äußeren Teils 51 des Dichtungselementes 50 den
Endabschnitt 49 umgibt. Die Hülse 56 ist auf die
Außenfläche 44c des
Außenringes 44 des
Wälzlagers 33,
beispielsweise durch Auf klemmen, passend angeordnet. Der äußere Teil 51 tritt über den
radialen Kragen 55 mit der Stirnfläche 44b des Außenringes 44 axial
in Kontakt. Die Hülse 56 befindet
sich in axialer Nähe
des rohrförmigen
Abschnitts 35 des Aufnahmeabschnitts. Der äußere Mantel 57 steht über seinen
freien Rand mit dem rohrförmigen
Abschnitt 35 des Aufnahmeabschnitts 32 in Berührung. Der
eine ruhende Dichtungslippe bildende äußere Mantel 57 ist
elastisch verformt, um eine bessere Dichtheit zwischen dem äußeren Mantel 57 und
dem rohrförmigen
Abschnitt 35 des Bügels 30 sicherzustellen.
Der innere Teil 52 steht über seinen Ring 58 mit
der Stirnfläche 45b des Innenringes 45 axial
in Berührung.
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Wie
in 3 veranschaulicht, ist der Innenring in Axialrichtung
auf der Seite des Flansches 37 in Bezug auf den Außenring
versetzt angeordnet. Die Stirnfläche 45b des
Innenrings ist in Bezug auf die Stirnfläche 44b des Außenrings 44 zurückversetzt. Die
Membran 53, die den äußeren Teil 51 und
den inneren Teil 52 des Dichtungselementes 50 verbindet, ist
verformt, um die Relativbewegung zwischen den Ringen, die eine Relativbewegung
zwischen dem inneren Teil 52 und dem äußeren Teil 51 des
Dichtungselementes 50 nach sich zieht, zu ermöglichen.
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Wie
aus 7 ersichtlich, ist der Bügel 30 an dem freien
Ende des unteren Armes 13 mit Hilfe von Schraubenbolzen 60 befestigt,
die Löcher 61 durchsetzen,
die in dem unteren Arm 13 eingearbeitet sind. Ein Schraubenbolzen 60 ist
auf der von dem Bügel abgewandten
Seite durch einen Schraubenkopf 62 in axialer Richtung
festgesetzt. Das mit einem Gewinde versehene Ende eines Schraubenbolzens 60 greift
in die Gewindebohrung 41 der dicken Arme des Bügels 30 ein,
um den Bügel 30 festzuspannen
und zu fixieren. Der Bügel 30 steht
mit einer Fläche 63 des
unteren Armes 13 in Berührung,
die in Richtung auf den oberen Arm 12 des Schwenklagerträgers 8 ausgerichtet
ist.
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Das
freie Ende 34 des Schwenklagers 7, das eine zylindrische
Außenfläche aufweist,
ist Klemmsitz in dem Innenring 45 des Wälzlagers 33 eingesteckt.
Das freie Ende 34 ist über
einen Ansatz 64, der eine Radialfläche 64a aufweist,
mit einem unteren Abschnitt 65 des Schwenklagers 7 verbunden. Die
innere Lippe 59 steht über
ihren freien Rand mit der Radialfläche 64a des Ansatzes 64 in
Berührung. Das
freie Ende 34 ist in dem Innenring 45 auf eine derartige
Weise eingesetzt, dass sein von dem Ansatz 64 weggerichtetes
Ende in Axialrichtung nicht über
die Radialebene der Stirnfläche 45b des
Innenrings 45 hinausragt, die auf der von dem Schwenklager 7 abgewandten
Seite angeordnet ist. Die mit dem Ansatz 64 in Berührung stehende
innere Lippe 59 ist elastisch verformt, um einen dauerhaften
Dichtungskontakt zwischen der inneren Lippe 59 und dem
Ansatz 64 sicherzustellen.
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Bei
Verformungen des Schwenklagerträgers 8 lässt der
besondere Aufbau des Wälzlagers 33 einen
gewisse axiale Relativverschiebung zwischen dem Innenring 45 und
dem Au ßenring 44 wie
auch ein gewisses relatives Verkippen oder Verschwenken des Innenrings 45 in
Bezug auf den Außenring
44 um zu der Hauptachse des Wälzlagers
senkrechte Achsen zu, wobei es gleichzeitig in der Lage bleibt,
beträchtliche
Radialkräfte
abzustützen.
Das untere Gelenk 10 ermöglicht somit die Übertragung
von Kräften unter
gleichzeitiger Verhinderung der Bildung von Spannungen, die auf
Höhe dieses
unteren Gelenkes 10 und seines Wälzlagers 33 auftreten
würden,
falls diese durch das Wälzlager 33 gebotene
Möglichkeit der
Verkippung und der axialen Verlagerung nicht existierte.
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In 7 sind
das zweite Gelenk 10, der Schwenklagerträger 8 und
das Schwenklager 7 in einer sozusagen minimalen Stellung
veranschaulicht, die einer Annäherung
der Enden des unteren 13 und oberen Armes 12 (2)
des Schwenklagerträgers 8 entspricht.
Der Außenring 44 steht
in Axialrichtung mit dem Flansch 37 des Aufnahmeabschnitts 32 des Bügels 30 in
Anlage. Der Innenring 45 ist axial in Bezug auf den Außenring 44 zur
Seite des Flansches 37 hin versetzt.
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Die
zentrale Vertiefung 38 des Flansches 37 ermöglicht eine
Verlagerung des Innenrings 44. Der Innenring 44 ist
in einer minimalen Stellung veranschaulicht, in der die Stirnfläche 44a des
Innenrings 44 in der Nähe
des Zentral abschnitts des Flansches 37 zu liegen kommt.
Dieser Verlagerung steht das freie Ende 34 des Schwenklagers 7,
das nicht über den
Innenring 44 vorsteht, nicht im Wege.
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In 8 sind
der Innenring 44 und das Schwenklager 7 in einer
maximalen Stellung veranschaulicht, in der der Innenring 44 in
Bezug auf den Außenring 45 in
Richtung auf die von dem Flansch 37 abgewandte Seite versetzt
angeordnet ist. Diese Stellung entspricht einem maximalen Abstand
zwischen den Enden des unteren Armes 13 und des oberen
Armes 12.
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In
sämtlichen
Stellungen steht die innere Lippe 59 mit dem Ansatz 64 dauerhaft
in Kontakt. Durch elastische Vorspannung wird auf die innere Lippe 59 eine
dauerhafte axiale Kraft ausgeübt,
die den zentralen Abschnitt 52 des Dichtungselementes 50 gegen
die Stirnfläche 45b des
Innenrings 45 drückt.
Der innere Teil 51 des Dichtungselementes steht mit dem Außenring 44 dauerhaft
in Anlage.
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Eine
Vorrichtung zur Befestigung eines Rades eines Kraftfahrzeugs ist
insbesondere geschleuderten Schmutzteilchen ausgesetzt. Der äußere Teil 51 des
Dichtungselementes und der äußere Mantel 57 verhindern
ein Durchdringen der Schmutzteilchen zwischen dem äußeren Ring 44 und
dem rohrförmigen
Abschnitt 35 des Aufnahmeabschnitts 32 sowie zwischen
dem Innenring und dem Außenring.
Die dazwischenliegende Membran 53 verhindert einen Durchgang
der Schmutzteilchen in den Raum zwischen dem Innenring 45 und
dem Außenring 44.
Die innere Lippe 59 verhindert ein Eindringen der Verunreinigungselemente
zwischen dem freien Ende 34, das die Achse des Schwenklagers 7 bildet,
und dem Innenring 44. Auf der dem Dichtungselement 50 gegenüberliegenden
axialen Seite verhindert der Flansch 37 das Eindringen
von Schmutzteilchen. Der Aufnahmeabschnitt 32 des Wälzlagers 33 ist
somit geschützt,
was eine verbesserte Funktionsweise des unteren Gelenkes 10,
eine geringere Reibung bei der Verdrehung des Schwenklagers 7 um
die Hauptachse und eine verbesserte Langlebigkeit des unteren Gelenkes 10 sicherstellt.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 wird bei der Montage des Schwenklagers 7 an
dem Schwenklagerträger 8 das
untere Gelenk 10 an dem Schwenklager 7 durch Einklemmen
des die Achse 34 bildenden freien Endes in dem Innenring 45 des Wälzlagers 33 fixiert.
Anschließend
wird der Kugelkopf 15 an dem Schwenklager 7 fixiert
und danach in seinen sphärischen
Sitz 14 des oberen Armes 12 eingeführt, der
mehrere voneinander trennbare, hier nicht veranschaulichte Teile
aufweist, um die Einführung
des Kugelkopfes 15 zu erleichtern. In diesem Stadium kann
das Schwenklager 7 auf Grund der drei Freiheitsgrade der
Rotation des Kugelkopfes 15 in der gewünschten Weise ausgerichtet
werden. Das Schwenklager 7 wird in einer Weise positioniert,
um die Befestigung des Bügels 30 des
zweiten Gelenkes 10 an dem unteren Arm 13 des
Schwenklagerträgers 7 zu
ermöglichen.
Darüber
hinaus wird durch die Verwendung eines unteren Gelenkes in Form
eines Wälzlagers
im Vergleich zu dem Fall, in dem das zweite Gelenk nach Art eines
Kugelgelenkes ausgebildet wäre,
die Montage erleichtert.
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Während einer
Rollphase des Kraftfahrzeugs werden die Kräfte von dem Rad 2 zu
dem Schwenklagerträger 8 hin
und in Richtung auf das Chassis 3 des Kraftfahrzeugs übertragen.
Das erste Gelenk 9 nach Art eines Kugellagers überträgt axiale Kräfte längs der
Hauptrotationsachse des Schwenklagers 7 wie auch radiale
Kräfte.
Das zweite Gelenk 10 überträgt in erster
Linie Radialkräfte.
Beim Auftreten beträchtlicher
Belastungen kann der Schwenklagerträger 8 Verformungen
erleiden, die den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenk 9, 10 verändern oder
zu einer Fehlausrichtung des Zentrums des ersten Gelenkes 9 in
Bezug auf die Achse des Wälzlagers
des zweiten Gelenkes 10 führen. Derartige Fehlausrichtungen
bergen die Gefahr, das Auftre ten von Spannungen in dem Schwenklager und
eine herabgesetzte Funktionsweise der Gelenke 9, 10 hervorzurufen.
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Das
zweite Gelenk 9 gestattet eine relative Axialverschiebung
zwischen dem Innenring und dem Außenring 44, 45 sowie
eine relative Drehung zwischen den Ringen 44, 45 um
zu der Achse des Wälzlagers 33 senkrechte
Nebenachsen. Diese Möglichkeiten
der relativen Verlagerung zwischen den Ringen 44, 45 ermöglichen
eine Anpassung des zweiten Gelenkes 10 zur Aufrechterhaltung
der Ausrichtung des Zentrums des ersten Gelenkes 9 mit
der Achse des zweiten Gelenkes 10 trotz einer Verformung
des Schwenklagerträgers 8.
Dies verhindert das Auftreten von Reibungskräften in den Gelenken 9, 10.
Ferner werden die durch das Schwenklager 7 und das erste
sowie das zweite Gelenk 9, 10 aufgenommenen Belastungen
verringert. Das Wälzlager 33 ist passend
dazu eingerichtet, um beträchtliche
Radialkräfte
ohne Auftreten von Reibungskräften
trotz relativer Verlagerungen zwischen den Ringen zu übertragen.
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Das
Dichtungselement 50 des zweiten Gelenkes ist passend eingerichtet,
um trotz einer relativen Axialverschiebung zwischen den Ringen 44, 45, einer
relativen Drehbewegung zwischen den Ringen um eine von der Hauptachse
des Wälzlagers 33 unterschiedliche
Achse oder selbst einer relativen Radialverschiebung eines Ringes
in Bezug auf den anderen die Dichtheit sicherzustellen.
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Zufolge
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Halterung eines Schwenklagers
eines Kraftfahrzeugs geschaffen, die die Verwendung von ein reduziertes Gewicht
aufweisenden Teilen, die eine geringe Festigkeit aufweisen, unter
gleichzeitiger Sicherstellung einer adäquaten Funktions weise von Gelenken
zwischen dem Schwenklager und einem Schwenklagerträger ermöglicht,
wobei daneben auch die Dichtheit der Gelenke trotz relativer Verlagerungen
sichergestellt wird und Reibungskräfte, die der Drehbewegung des
Schwenklagers entgegenwirken, begrenzt werden. Die Erfindung ermöglicht ferner,
die Montage und die Demontage des Schwenklagers im Vergleich zu
herkömmlichen
Vorrichtungen mit zwei nach Art von Kugellagern ausgebildeten Gelenken wesentlich
zu erleichtern.