EP1720722A2 - Radführungsgelenk - Google Patents

Radführungsgelenk

Info

Publication number
EP1720722A2
EP1720722A2 EP05726401A EP05726401A EP1720722A2 EP 1720722 A2 EP1720722 A2 EP 1720722A2 EP 05726401 A EP05726401 A EP 05726401A EP 05726401 A EP05726401 A EP 05726401A EP 1720722 A2 EP1720722 A2 EP 1720722A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
joint
wheel
joint arrangement
toroidal roller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05726401A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Gercke
Michael Mühl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1720722A2 publication Critical patent/EP1720722A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/18—Steering knuckles; King pins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/32—Articulated members
    • Y10T403/32606—Pivoted
    • Y10T403/32631—Universal ball and socket
    • Y10T403/32681—Composite ball
    • Y10T403/32704—Stud extends into ball

Definitions

  • the invention relates to a joint arrangement for a wheel guide, in particular for a driven, steerable axle of a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Joint arrangements of the type mentioned at the outset come, for example, from so-called dissolved wheel carriers of, among others. McPherson axles, shock absorber axles or double wishbone axles are used. Such resolved wheel carriers are characterized in that a pivotable insert, for example a steering knuckle, is arranged on a fixed, that is to say non-steerable, part of the wheel carrier, which carries out the actual steering movement of the wheel.
  • Such resolved wheel carriers have in particular the advantage that the steering axis, about which the wheel is pivoted during the steering movement, can be arranged with a smaller spreading angle and closer to the center plane of the wheel, even without thereby causing an undesirably large and / or positive steering roll radius arises.
  • This reduces disruptive influences of the drive or braking torque as well as the influences on the steering of the vehicle resulting from uneven road surfaces, wheel imbalances or centrifugal forces.
  • the entire axle geometry in particular the interaction of spreading, steering roll radius, track width and camber as well as caster, can be better optimized in this way in order to cope with all driving conditions and in to ensure optimal steering of the vehicle as large a steering angle range as possible, as well as sensitive and responsive steering.
  • Such resolved wheel carriers are known for example from the publications US 6,042,294 AI and US 6,010,272 AI. These known wheel carriers comprise two ball joints through which the steering axis or pivot axis of the steering knuckle is determined. According to the teaching of these documents, the steering knuckle can thus be pivoted relative to a fork-like joint arrangement arranged on the wheel carrier about the steering axis determined by the two ball joints, as a result of which the corresponding wheel of the vehicle experiences the steering movement.
  • the wheel guide joint formed by the two ball joints must always be designed as a fixed / floating bearing combination in order to be able to accommodate the inevitable manufacturing and assembly tolerances and the deformations of the joint and axle components that always occur during operation. This is all the more true since such wheel guide joints, particularly in the case of driven axles, have to be embodied essentially in the form of a fork in order to enable the necessary passage for the drive shaft of the wheel.
  • this open, fork-shaped design brings with it additional elasticities, which are manifested in deformations of the joint fork or the respective bearing bracket as soon as road influences as well as drive, braking and centrifugal forces act on the wheel guide joint.
  • This device for absorbing axial displacements means nothing more than the need for a further, essentially prismatic bearing surface, in addition to the spherical-shell bearing surface between the ball pin and the spherical shell.
  • the joint arrangement is intended in particular to simplify the structural measures required for simultaneous absorption of axial displacements and misalignments between the individual joint components. Furthermore, the joint arrangement should be as space-saving as possible, free of play and low-maintenance as well be inexpensive to carry out.
  • the joint arrangement according to the present invention comprises, in a manner known per se, an articulated fork which can be arranged on a vehicle axle or on a wheel carrier, and a steering knuckle which receives the wheel bearing.
  • the joint fork and steering knuckle are pivotally connected to one another by two axially aligned bearing points, as a result of which the corresponding wheel of the vehicle experiences the steering movement.
  • the joint arrangement is characterized in that at least one of the two bearing points to which the joint fork and steering knuckle are pivotally connected has a toroidal roller bearing.
  • Toroidal roller bearings have the unique property in the field of rolling bearings that they can only accommodate axial misalignment as well as angular misalignments by means of corresponding automatic relative movement of the inner ring, outer ring and rolling elements. Neither the usual loose bearings occur known friction forces or stick-slip effects in the case of axial displacements, which lead to undesirable vibrations or loads on the rolling surfaces. Also, the mentioned compensatory movements of the bearing components of the toroidal roller bearing are not associated with uneven surface pressure or even with the occurrence of harmful edge pressure in the area of the rolling elements.
  • the toroidal roller bearing also has an extremely high load-bearing capacity due to the constantly even line contact between the toroidal-concave bearing rings and the spherical rolling elements.
  • the toroidal roller bearing regardless of angular misalignment or regardless of the axial misalignment, is almost always free of play due to its special geometry, which complies with the smooth running of the wheel and the sensitive and non-reactive steering.
  • the great advantage of the use of a toroidal roller bearing as a floating bearing in a joint arrangement for a wheel guide according to the invention is that all angular misalignments and axial misalignments that occur in the area of the wheel guide joint, for example due to tolerances and due to force-induced deformations, in the operation of the vehicle are in the range of one single storage space arrangement can be included.
  • the additional prismatic bearing surface that has always been necessary according to the prior art to absorb the axial displacements in the area of the floating bearing can thus be omitted without replacement.
  • the design of the other bearing point of the joint arrangement forming the fixed bearing is as long as this other bearing point can absorb and transmit the entire forces acting in the articulated axial direction between the joint fork and the knuckle.
  • the other bearing point forming the fixed bearing is designed as a ball joint. Since this ball-and-socket joint as a fixed bearing does not have to accept any axial misalignment, it can be designed to be space-saving and robust, with little play and with a high load-bearing capacity.
  • the toroidal roller bearing is arranged in a cup-shaped recess in the joint fork or the steering knuckle, the cup-shaped recess preferably having a circumferential annular collar in the region of the bottom of the recess.
  • This arrangement is advantageous in that the toroidal roller bearing is thus only given a defined fit by being pressed into the cup-shaped recess, the toroidal roller bearing being completely closed off from the surroundings by the bottom of the recess.
  • the circumferential ring collar ensures a defined axial fit of the toroidal roller bearing in the cup-shaped recess.
  • this cavity can serve as an additional reservoir for receiving lubricant for the toroidal roller bearing.
  • at least one elastic body is arranged between the outer ring of the toroidal roller bearing and the essentially cylindrical wall of the cup-shaped recess.
  • This at least one elastic body which is preferably in the form of one or more elastic rings, each with an essentially circular cross section, leads to a certain vibration damping and decoupling between the steering knuckle and the joint fork. This also benefits the driving comfort and the noise reduction of the vehicle axle provided with the joint arrangement with advantage.
  • the elastic ring or the elastic rings can in particular be receivable in grooves which are introduced all around on the surface of the bearing outer ring and / or on the inner surface of the wall of the cup-shaped recess.
  • the toroidal roller bearing is covered with a seal on the side facing away from the bottom of the cup-shaped recess.
  • the seal closes both the rolling elements and rolling surfaces of the toroidal roller bearing and the gap between the bearing outer ring and the cup-shaped recess, as well as the gap between the bearing inner ring and the bearing journal with respect to environmental influences. This is advantageous because the entire floating bearing area can be completely protected and encapsulated with just one seal.
  • the seal particularly preferably has a first and a second edge or sealing lip in the region of its inner circumference.
  • the seal is supported radially on the journal with the first edge or sealing lip. With the second edge or sealing lip, the seal is supported axially on the collar of the bearing journal.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a joint arrangement according to the invention in a lateral, partially sectioned view.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a joint arrangement according to the invention with a view along the direction of travel of an associated motor vehicle.
  • the articulated fork 1 is connected to a strut (not shown) on the left-hand side of the drawing, for example, while the steering knuckle 2 carries the bearing of the steered wheel, also not shown, at 3 on the right-hand side.
  • Articulated fork 1 and steering knuckle 2 have two common bearing points 4 and 5, one of the bearing points being designed as a ball joint 4 and the other bearing point being provided with a roller bearing 5.
  • the roller bearing 5 is designed as a toroidal roller bearing which, as already described at the outset, both tolerates a certain angular offset between its outer ring 6 and its inner ring 7 and can accommodate axial displacements of the inner ring 7 relative to the outer ring 6 without problems and without reaction forces.
  • the ball joint 4 forms the fixed bearing of the fixed / floating bearing combination shown and is responsible for absorbing and transmitting the forces acting in the joint-axial direction between the knuckle 2 and the joint fork 1.
  • Bearing surface arrangement of the toroidal roller bearing can be included.
  • the arrangement of the toroidal roller bearing in a cylindrical, pot-shaped recess 9 of the joint fork 1 also contributes to the space-saving design.
  • This arrangement has the particular advantage of high rigidity and also completely covers the lower side of the toroidal roller bearing facing away from the drawing, so that no further sealing measures are required on this side.
  • an elastic element 10 for example one or more elastic rings 10, can be arranged between the outer ring 6 of the toroidal roller bearing and the cylindrical wall of the cup-shaped recess 9.
  • the elastic element 10 can additionally improve the vibration decoupling between the steering knuckle 2 and the articulated fork 1 and thus ensure better absorption of force peaks.
  • this allows the transmission of rolling noise in the form of structure-borne noise via the joints of the wheel suspension reduce or dampen.
  • FIG. 1 also shows the type and design of the seal 11, which covers the entire bearing region of the floating bearing 5 on the axle side.
  • the seal 11 shown is particularly advantageous in that both the rolling surfaces and rolling elements of the toroidal roller bearing are completely protected in this way with only one sealing element 11, and also the gaps 12, 3, which tend to be susceptible to corrosion, between the bearing rings 6, 7 of the toroidal roller bearing and the respective press fit the bearing rings 6, 7 in the cup-shaped recess 9 or on the bearing journal 14 of the steering knuckle 2 are completely protected.
  • the seal 11 is supported in the region of the kingpin 14 both radially at 12 on the journal 14 and axially at 15 on the collar of the journal 14. On the one hand, this leads to a particularly secure sealing effect, and on the other hand ensures that the seal 11 rests securely on the respective sealing surfaces 12, 13, 15 under all operating conditions, in particular also in the event of deflections of the joint axis 8 and / or axial displacements between the journal 14 and the joint fork 2.
  • the invention thus makes an important contribution to improving the wheel guidance and optimizing the axle kinematics, which benefits safety, cost effectiveness, low maintenance and driving comfort of wheel suspensions on the motor vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
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  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung für eine Radführung, insbesondere für eine angetriebene, lenkbare Achse eines Kraftfahrzeugs. Die Gelenkanordnung umfasst eine an einer Fahrzeugachse bzw.an einem Radträger anordenbare Gelenkgabel (1) und einen die Radlagerung (3) tragenden Achsschenkel (2), wobei Gelenkgabel (1) und Achsschenkel (2) miteinander über zwei Lagerstellen (4), (5) schwenkbar verbunden sind. Die erfindungsgemäße Gelenkanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der beiden Lagerstellen (4), (5) der Gelenkanordnung ein Toroidalrollenlager aufweist. Mit der Erfindung wird insbesondere die Radführung und Achsgeometrie von angetriebenen, gelenkten Achsen verbessert. Dabei lässt sich unter Verbesserung der Lagerungseigenschaften sowohl der konstruktive Aufwand für die Radaufhängung, als auch der für die Gelenkanordnung erforderliche Bauraum verringern. Die Erfindung trägt damit zur Optimierung von Achskinematik, Sicherheit, Kosteneffektivität und Wartungsarmut von Radaufhängungen sowie zur Verbesserung des Fahrkomforts bei.

Description

Radführungsgelenk
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung für eine Radführung, insbesondere für eine angetriebene, lenkbare Achse eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gelenkanordnungen der eingangs genannten Art kommen beispielsweise bei sogenannten aufgelösten Radträgern von u.a. McPherson-Achsen, Dämpferbeinachsen oder Doppelquerlenkerachsen zum Einsatz. Derartige aufgelöste Radträger zeichnen sich dadurch aus, dass an einem feststehenden, das heißt nicht lenkbeweglichen Teil des Radträgers ein schwenkbarer Einsatz, beispielsweise ein Achsschenkel, angeordnet ist, der die eigentliche Lenkbewegung des Rades ausführt.
Derartige aufgelöste Radträger bringen insbesondere den Vorteil mit sich, dass die Lenkachse, um die das Rad bei der Lenkbewegung geschwenkt wird, mit einem geringeren Spreizungswinkel sowie näher an der Mittelebene des Rades angeordnet werden kann, sogar ohne dass dadurch gleichzeitig ein unerwünscht großer und/oder positiver Lenkrollradius entsteht. Dies verringert störende Einflüsse des Antriebs- bzw. Bremsmoments sowie die von Fahrbahnunebenheiten, Radunwuchten oder Fliehkräften herrührenden Einflüsse auf die Lenkung des Fahrzeugs. Zudem lässt sich auf diese Weise die gesamte Achsgeometrie, insbesondere das Zusammenwirken von Spreizung, Lenkrollradius, Spurweite und Sturz sowie Nachlauf besser optimieren, um unter allen Fahrbedingungen und in einem möglichst großen Lenkwinkelbereich optimale Fahrzeugführung sowie eine feinfühlige und reaktionskräftefreie Lenkbarkeit zu gewährleisten.
Derartige aufgelöste Radträger sind beispielsweise aus den Druckschriften US 6,042,294 AI und US 6,010,272 AI bekannt. Diese bekannten Radträger umfassen zwei Kugelgelenke, durch die die Lenkachse bzw. Schwenkachse des Achsschenkels bestimmt ist. Der Achsschenkel kann gemäß der Lehre dieser Druckschriften somit gegenüber einer am Radträger angeordneten gabelartigen Gelenkanordnung um die durch die beiden Kugelgelenke bestimmte Lenkachse geschwenkt werden, wodurch das entsprechende Rad des Fahrzeugs die Lenkbewegung erfährt.
Das durch die beiden Kugelgelenke gebildete Radführungsgelenk muss jedoch notwendigerweise stets als Fest-/Loslagerkombination ausgeführt werden, um die unvermeidlichen Herstellungs- und Montagetoleranzen sowie die im Betrieb stets auftretenden Verformungen der Gelenk- und Achsbauteile aufnehmen zu können. Dies gilt umso mehr, als derartige Radführungsgelenke insbesondere bei angetriebenen Achsen im Wesentlichen gabelförmig ausgenommen ausgeführt sein müssen, um den notwendigen Durchlass für die Antriebswelle des Rades zu ermöglichen. Diese offene, gabelförmige Gestaltung bringt jedoch zusätzliche Elastizitäten mit sich, die sich in Verformungen der Gelenkgabel bzw. der jeweiligen Lagerträger manifestieren, sobald Fahrbahneinflüsse sowie Antriebs-, Brems- und Zentrifugalkräfte auf das Radführungsgelenk wirken.
Fest-/Loslagerkombinationen sind jedoch häufig problematisch, insbesondere aufgrund der Notwendigkeit gleichzeitiger Aufnahme von Schiefstellungen und Axialverschiebungen im Bereich des Loslagers. Zur gleichzeitigen Aufnahme von Schiefstellungen sowie Axialverschiebungen einer Welle oder Achse ist es gemäß dem Stand der Technik notwendig, im Bereich des Loslagers zwei unterschiedliche Lagerflächenbereiche vorzusehen. Dabei ist einer der Lagerflächenbereiche speziell für die Aufnahme der Schiefstellungen und der andere Lagerflächenbereich speziell für die Aufnahme der Axialverschiebungen zuständig.
Im vorliegenden Fall eines zwei Kugelgelenke umfassenden Radführungsgelenks bedeutet dies, dass eines der Kugelgelenke zusätzlich mit einer Einrichtung zur Aufnahme von Axialverschiebungen des Kugelbolzens und der Kugelschale gegenüber dem Gelenkgehäuse versehen werden muss. Diese Einrichtung zur Aufnahme von Axialverschiebungen bedeutet nichts anderes als die Notwendigkeit einer weiteren, im Wesentlichen prismatischen Lagerfläche, zusätzlich zu der kugelschaligen Lagerfläche zwischen Kugelbolzen und Kugelschale.
Diese zusätzlich erforderliche Lagerfläche bringt jedoch erheblichen konstruktiven Aufwand mit sich und benötigt selbstverständlich zusätzlichen Bauraum, der jedoch bei dem in Rede stehenden, zumeist innerhalb der Radfelgen angeordneten Radführungsgelenk in äußerst begrenztem Maße zur Verfügung steht. Zudem wird durch die zur Aufnahme der Axialverschiebungen zusätzlich notwendige Lagerfläche zusätzliches radiales Lagerspiel in die Gelenkanordnung eingeführt, dem wiederum durch häufig aufwändige konstruktive Maßnahmen begegnet werden muss.
Mit diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkanordnung zu schaffen, mit der sich die genannten Nachteile überwinden lassen. Die Gelenkanordnung soll dabei insbesondere die zur gleichzeitigen Aufnahme von Axialverschiebungen und Schiefstellungen zwischen den einzelnen Gelenkbauteilen erforderlichen konstruktiven Maßnahmen vereinfachen. Ferner soll die Gelenkanordnung möglichst platzsparend, spielfrei und wartungsarm sowie kostengünstig ausführbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Gelenkanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Gelenkanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in an sich zunächst bekannter Weise eine an einer Fahrzeugachse bzw. an einem Radträger anordenbare Gelenkgabel sowie einen die Radlagerung aufnehmenden Achsschenkel. Dabei sind Gelenkgabel und Achsschenkel durch zwei axial fluchtende Lagerstellen schwenkbar miteinander verbunden, wodurch das entsprechende Rad des Fahrzeugs die Lenkbewegung erfährt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Gelenkanordnung jedoch dadurch aus, dass zumindest eine der beiden Lagerstellen, mit denen Gelenkgabel und Achsschenkel schwenkbar verbunden sind, ein Toroidalrollenlager aufweist.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass insbesondere das Loslager der Gelenkanordnung durch ein Toroidalrollenlager gebildet wird. Dabei ist es für das Wesen der Erfindung nicht bestimmend, welcher Art das Festlager der Gelenkanordnung ist, solange das Festlager bestimmungsgemäß die gesamten gelenkaxialen Kräfte aufnehmen und diese zwischen Achsschenkel und Gelenkgabel übertragen kann.
Toroidalrollenlager haben die im Gebiet der Wälzlager einzigartige Eigenschaft, sowohl axialen Versatz als auch Winkelfehlstellungen lediglich durch entsprechende selbsttätige Relativbewegung von Innenring, Außenring und Wälzkörpern aufnehmen zu können. Dabei treten weder die bei üblichen Loslagerungen bekannten Reibungskräfte bzw. Stick-Slip-Effekte im Falle von Axialverschiebungen auf, die zu unerwünschten Vibrationen bzw. Belastungen der Wälzoberflächen führen. Auch sind die genannten Ausgleichsbewegungen der Lagerbauteile des Toroidalrollenlagers nicht mit ungleichmäßiger Flächenpressung oder gar mit dem Auftreten von schädlicher Kantenpressung im Bereich der Wälzkörper verbunden.
Dabei besitzt das Toroidalrollenlager aufgrund der stets gleichmäßigen Linienberührung zwischen den toroidal-konkav ausgebildeten Lagerringen und den balligen Wälzkörpern auch eine äußerst hohe Tragfähigkeit. Zudem ist das Toroidalrollenlager, unabhängig von Winkelfehlstellungen bzw. unabhängig vom aufgenommenen Axialversatz aufgrund seiner besonderen Geometrie stets nahezu spielfrei, was der Laufruhe des Rades und der Feinfühligkeit und Rückwirkungsfreiheit der Lenkung entgegen kommt.
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes eines Toroidalrollenlagers als Loslager in einer Gelenkanordnung für eine Radführung liegt darin, dass sämtliche Winkelfehlstellungen und Axialversätze, die im Bereich des Radführungsgelenks, beispielsweise aufgrund von Toleranzen sowie aufgrund von kräftebedingten Verformungen, im Betrieb des Fahrzeugs auftreten, im Bereich einer einzigen Lagerflächenanordnung aufgenommen werden können. Die gemäß dem Stand der Technik bisher stets notwendige zusätzliche prismatische Lagerfläche zur Aufnahme der Axialverschiebungen im Bereich des Loslagers kann somit ersatzlos fortfallen.
Damit entfällt jedoch zugleich auch der mit dieser zusätzlichen Lagerfläche verbundene hohe konstruktive Aufwand. Außerdem wird erheblicher Bauraum eingespart, wodurch die erfindungsgemäße Gelenkanordnung auch bei kleineren Fahrzeugen bzw. geringeren Felgeninnendurchmessern zum Einsatz kommen kann. Nicht zuletzt entfällt damit auch das mit der bisher notwendigen zusätzlichen Lagerfläche verbundene zusätzliche radiale Lagerspiel, was die Laufruhe, Wartungsfreiheit und Lebensdauer einer so ausgeführten Kraftfahrzeugachse wesentlich verbessert.
Die Ausführung der das Festlager bildenden anderen Lagerstelle der Gelenkanordnung ist gemäß der Erfindung solange beliebig, als diese andere Lagerstelle die gesamten in gelenkaxialer Richtung wirkenden Kräfte zwischen Gelenkgabel und Achsschenkel aufnehmen und übertragen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch die das Festlager bildende andere Lagerstelle als Kugelgelenk ausgeführt. Da dieses Kugelgelenk als Festlager keinen Axialversatz aufnehmen muss, kann es platzsparend und robust sowie spielarm und mit hoher Tragfähigkeit ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Toroidalrollenlager in einer topfförmigen Ausnehmung der Gelenkgabel oder des Achsschenkels angeordnet, wobei die topfförmige Ausnehmung bevorzugt einen umlaufenden Ringbund im Bereich des Bodens der Ausnehmung aufweist. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, als das Toroidalrollenlager so lediglich durch Einpressen in die topfförmige Ausnehmung einen definierten Sitz erhält, wobei das Toroidalrollenlager dabei auf der Bodenseite der Ausnehmung durch deren Boden bereits vollständig von der Umgebung abgeschlossen ist. Der umlaufende Ringbund sorgt für einen definierten axialen Sitz des Toroidalrollenlagers in der topfförmigen Ausnehmung. Zudem wird auf diese Weise sichergestellt, dass der zur Aufnahme von Axialversatz notwendige Spielraum für den Innenring des Toroidalrollenlagers und für das Ende des Gelenkzapfens des Achsschenkels verbleibt. Ferner kann dieser Hohlraum als zusätzliches Reservoir zur Aufnahme von Schmiermittel für das Toroidalrollenlager dienen. Um die Komforteigenschaften sowie die Lebensdauer der Gelenkanordnung weiter zu verbessern bzw. zu erhöhen, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zwischen dem Außenring des Toroidalrollenlagers und der im Wesentlichen zylindrischen Wandung der topfförmigen Ausnehmung zumindest ein elastischer Körper angeordnet ist. Dieser zumindest eine elastische Körper, der bevorzugt in Form von einem oder mehreren elastischen Ringen mit jeweils im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt vorliegt, führt zu einer gewissen Schwingungsdämpfung und Entkopplung zwischen Achsschenkel und Gelenkgabel. Auch dies kommt dem Fahrkomfort sowie der Geräuschreduzierung der mit der Gelenkanordnung versehenen Fahrzeugachse mit Vorteil entgegen. Der elastische Ring bzw. die elastischen Ringe können dabei insbesondere in Nuten aufnehmbar sein, die umlaufend an der Oberfläche des Lageraußenrings und/oder an der Innenoberfläche der Wandung der topfförmigen Ausnehmung eingebracht sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Toroidalrollenlager auf der dem Boden der topfförmigen Ausnehmung abgewandten Seite mit einer Dichtung abgedeckt. Dabei schließt die Dichtung sowohl die Wälzkörper und Wälzflächen des Toroidalrollenlagers als auch den Spalt zwischen Lageraußenring und der topfförmigen Ausnehmung, sowie auch den Spalt zwischen Lagerinnenring und Lagerzapfen gegenüber Umgebungseinflüssen ab. Dies ist vorteilhaft, da so mit nur einer Dichtung der gesamte Loslagerbereich vollständig geschützt und gekapselt werden kann.
Besonders bevorzugt weist die Dichtung dabei im Bereich ihres Innenumfangs eine erste und eine zweite Kante bzw. Dichtlippe auf. Dabei stützt sich die Dichtung mit der ersten Kante bzw. Dichtlippe radial am Lagerzapfen ab. Mit der zweite Kante bzw. Dichtlippe stützt sich die Dichtung axial am Bund des Lagerzapfens ab. Dies führt zu einem besonders effektiven und sicheren Abschluss des Toroidalrollenlagers von jeglichen Umgebungseinflüssen, insbesondere auch dann, wenn im Betrieb der Gelenkanordnung im Bereich des Toroidalrollenlagers Axialverschiebungen zwischen Achsschenkel und Gelenkgabel auftreten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung in seitlicher, teilweise geschnittener Ansicht.
In der Figur 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung mit Blick entlang der Fahrtrichtung eines zugehörigen Kraftfahrzeugs dargestellt. Man erkennt die lediglich höchst schematisch angedeutete Anordnung aus einer Gelenkgabel 1 und einem Achsschenkel 2, wobei die Anordnung weder maßstabsgerecht noch winkeltreu dargestellt ist. Die Gelenkgabel 1 ist auf der zeichnungsbezogen linken Seite beispielsweise mit einem nicht gezeigten Federbein verbunden, während der Achsschenkel 2 zeichnungsbezogen rechts bei 3 die ebenfalls nicht dargestellte Lagerung des gelenkten Rades trägt. Gelenkgabel 1 und Achsschenkel 2 weisen zwei gemeinsame Lagerstellen 4 und 5 auf, wobei eine der Lagerstellen als Kugelgelenk 4 ausgebildet und die andere Lagerstelle mit einer Wälzlagerung 5 versehen ist.
Dabei ist die Wälzlagerung 5 als Toroidalrollenlager ausgebildet, das, wie bereits eingangs beschrieben, sowohl einen gewissen Winkelversatz zwischen seinen Außenring 6 und seinem Innenring 7 toleriert als auch Axialverschiebungen des Innenrings 7 gegenüber dem Außenring 6 problemlos und reaktionskräftefrei aufnehmen kann. Das Kugelgelenk 4 hingegen bildet das Festlager der dargestellten Fest-/Loslagerkombination und ist für die Aufnahme und Übertragung der in gelenkaxialer Richtung wirkenden Kräfte zwischen Achsschenkel 2 und Gelenkgabel 1 zuständig.
Im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs treten im Bereich der Räder und Achsen ganz erhebliche Kräfte und Biegemomente auf, die unter anderem von der Antriebskraft des Fahrzeugs herrühren, durch Fliehkräfte bei Kurvenfahrt entstehen, vom Bremsmoment bei Bremsmanövern verursacht werden, oder durch Einwirkungen von Fahrbahnunebenheiten entstehen.
Diese Kräfte und Biegemomente müssen vom Achsschenkel 2 aufgenommen und auf die Gelenkgabel 1 übertragen werden. Dabei treten jedoch sowohl im Achsschenkel 2 selbst als auch in der Gelenkgabel 1 nicht unerhebliche elastische Verformungen auf. Diese führen zu Durchbiegungen der Gelenkachse 8, zu Desachsierungen bzw. Exzentrizitäten der Achsen der beiden Gelenke 4, 5 sowie zu elastischem Aufzug der Gelenkgabel 1, wobei insbesondere aus letzterem eine Vergrößerung des Abstandes der beiden Gelenke 4, 5 resultiert.
Hinzu kommen auch unvermeidliche Bauteiltoleranzen sowie zusätzliche Toleranzen, die bei der Montage der Gelenkanordnung entstehen. Alle diese Fehlstellungen, Verformungen und Verschiebungen können problemlos von dem als Toroidalrollenlager ausgeführten Loslager 5 der Gelenkanordnung aufgenommen werden, ohne dass dadurch schädliche Reaktionskräfte oder gar Kantenpressungen entstehen, die die Lagerbauteile zusätzlich belasten und deren Lebensdauer verringern würden.
Aus der Figur 1 geht außerdem hervor dass die Ausführung des Loslagers 5 als Toroidalrollenlager auch besonders platzsparend erfolgen kann. Insbesondere im Vergleich zu den bisherigen aufwändigen Kugelgelenken mit Axialausgleich kann auf diese Weise erheblich Bauraum eingespart werden. Dies ermöglicht den Einsatz der erfindungsgemäßen Gelenkanordnung auch bei kleineren Fahrzeugen bzw. bei kleineren Felgendurchmessern.
Die erfindungsgemäß mögliche Verkleinerung der Abmessungen des Loslagers hängt insbesondere damit zusammen, dass das Toroidalrollenlager eine äußerst hohe spezifische Tragfähigkeit aufweist, und damit verhältnismäßig klein ausgelegt werden kann. Ferner ergibt sich die Bauraumreduzierung auch daraus, dass sowohl Winkelfehlstellungen als auch Axialversatz, im Gegensatz zu den bisher notwendigen speziellen Kugelgelenken, in ein und derselben
Lagerflächenanordnung des Toroidalrollenlagers aufgenommen werden können. Zu der platzsparenden Bauweise trägt ferner die Anordnung des Toroidalrollenlagers in einer zylindrisch-topfförmigen Ausnehmung 9 der Gelenkgabel 1 bei. Diese Anordnung besitzt insbesondere den Vorteil hoher Steifigkeit und deckt außerdem die zapfenabgewandte, zeichnungsbezogen untere Seite des Toroidalrollenlagers bereits komplett ab, so dass auf dieser Seite keine weiteren Dichtungsmaßnahmen erforderlich sind.
Aus der Figur 1 geht außerdem hervor, dass zwischen dem Außenring 6 des Toroidalrollenlagers und der zylindrischen Wandung der topfförmigen Ausnehmung 9 ein elastisches Element 10, beispielsweise einer oder mehrere elastische Ringe 10 angeordnet werden kann. Das elastische Element 10 kann auf diese Weise zusätzlich die Schwingungsentkopplung zwischen Achsschenkel 2 und Gelenkgabel 1 verbessern und so eine bessere Abfederung von Kraftspitzen gewährleisten. Zudem lässt sich auf diese Weise die Übertragung von Abrollgeräuschen in Form von Körperschall über die Gelenke der Radaufhängung verringern bzw. dämpfen.
Schließlich geht aus der Figur 1 auch noch die Art und Ausführung der Dichtung 11 hervor, die den gesamten achsschenkelseitigen Lagerbereich des Loslagers 5 abdeckt. Die gezeigte Dichtung 11 ist insofern besonders vorteilhaft, als auf diese Weise mit lediglich einem Dichtungselement 11 sowohl die Wälzflächen und Wälzkörper des Toroidalrollenlagers vollständig geschützt werden, als auch die tendenziell korrosionsanfälligen Spalte 12, 3 zwischen den Lagerringen 6, 7 des Toroidalrollenlagers und dem jeweiligen Presssitz der Lagerringe 6, 7 in der topfförmigen Ausnehmung 9 bzw. auf dem Lagerzapfen 14 des Achsschenkels 2 komplett geschützt sind.
Die Dichtung 11 stützt sich dabei im Bereich des Achsschenkellagerzapfens 14 sowohl radial bei 12 am Lagerzapfen 14 als auch axial bei 15 am Bund des Lagerzapfens 14 ab. Dies führt einerseits zu einer besonders sicheren Dichtwirkung, und gewährleistet andererseits, dass die Dichtung 11 unter allen Betriebsbedingungen, insbesondere auch bei Durchbiegungen der Gelenkachse 8 und/oder Axialverschiebungen zwischen Lagerzapfen 14 und Gelenkgabel 2 sicher an den jeweiligen Dichtflächen 12, 13, 15 anliegt.
Im Ergebnis wird somit deutlich, dass dank der Erfindung der Aufbau von Gelenkanordnungen für Radaufhängungen, insbesondere für lenkbare angetriebene Achsen von Kraftfahrzeugen, wesentlich vereinfacht und verbessert werden kann. Dabei wird sowohl der konstruktive Aufwand für derartige Gelenkanordnungen als auch der erforderliche Bauraum verringert, wobei die erfindungsgemäße Gelenkanordnung zudem eine erheblich verbesserte Lebensdauer, verringerten Wartungsbedarf sowie bessere Komforteigenschaften erwarten lässt. Trotz der durch die Erfindung ermöglichten Verbesserungen können dank der Erfindung gleichzeitig auch Kosteneinsparungen in Konstruktion, Herstellung und Betrieb von Radaufhängungen und Achssystemen erzielt werden.
Die Erfindung leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Radführung und Optimierung der Achskinematik, was der Sicherheit, der Kosteneffektivität, der Wartungsarmut und dem Fahrkomfort von Radaufhängungen am Kraftfahrzeug zugute kommt.
Bezugszeichenliste
1 Gelenkgabel
2 Achsschenkel
3 Radlagerung
4 Kugelgelenk
5 Wälzlagerung
6 Außenring
7 Innenring
8 Gelenkachse
9 Ausnehmung
10 elastisches Element
11 Dichtung
12 Dichtfläche
13 Dichtfläche
14 Lagerzapfen
15 Bund des Lagerzapfens

Claims

RadführungsgelenkPatentansprüche
1. Radführungsgelenkanordnung, insbesondere für eine angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs, die Gelenkanordnung umfassend eine an einer Fahrzeugachse bzw. an einem Radträger anordenbare Gelenkgabel (1) und einen die Radlagerung (3] tragenden Achsschenkel (2), wobei Gelenkgabel (1) und Achsschenkel (2) mittels zweier axial fluchtender Lagerstellen (4), (5) schwenkbar miteinander verbindbar sind dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Lagerstellen (4), (5) ein Toroidalrollenlager aufweist.
2. Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Lagerstellen ein Kugelgelenk (4] aufweist.
3. Gelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Toroidalrollenlager in einer topfförmigen Ausnehmung (9) der Gelenkgabel (1) oder des Achsschenkels (2) angeordnet ist.
4. Gelenkanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die topfförmige Ausnehmung (9) der Gelenkgabel [1] oder des Achsschenkels (2) einen umlaufenden Ringbund im Bereich des Bodens der Ausnehmung (9) aufweist.
5. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenring des Toroidalrollenlagers (6) und der im Wesentlichen zylindrischen Wandung der topfförmigen Ausnehmung (9) zumindest ein elastischer Körper (10) angeordnet ist.
6. Gelenkanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Körper (10) ein Ring mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ist.
7. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Toroidalrollenlager auf der dem Boden der topfförmigen Ausnehmung (9) abgewandten Seite mit einer Dichtung (11) abgedeckt ist, wobei die Dichtung (11) sowohl die Wälzkörper des Toroidalrollenlagers als auch den Spalt (13) zwischen Lageraußenring (6) und der topfförmigen Ausnehmung (9) und den Spalt (12) zwischen Lagerinnenring (7) und Lagerzapfen (14) gegenüber Umgebungseinflüssen abschließt.
8. Gelenkanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (11) im Bereich ihres Innenumfangs (12) eine erste Kante bzw. Lippe sowie eine zweite Kante bzw. Lippe (15) aufweist, wobei sich die Dichtung (11) mit der ersten Kante radial am Lagerzapfen (14) und mit der zweiten Kante (15) axial am Bund des Lagerzapfens (14) abstützt.
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