WO2008089974A1 - Führungselement einer fahrzeug-radaufhängung, das auf einem führungsbahnelement längs verschiebbar ist - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Führungselement einer Radaufhängung eines Fahrzeugs, das auf einem insbesondere gekrümmt ausgebildeten Führungsbahnelement (2) längs desselben verschiebbar ist, wobei zwischen der.Innenwand des ringförmigen Führungselements (1) und der Oberfläche des Führungsbahnelements Wälzkörper (14, 15) vorgesehen sind. Es ist zwischen einer die Außenwand des Führungselements bildenden Lagerhülse (10) und einem ringförmigen Stützelement (13) für zumindest einige der Wälzkörper, in dem diese entweder gelagert sind oder sich, falls diese anderweitig gelagert sind, abstützen, ein ebenfalls ringförmiges Elastomerelement (12) derart vorgesehen, dass diese Wälzkörper unter Vorspannung stehend gegen das Stützelement sowie die Oberfläche des Führungsbahnelements gepresst werden.

Description

Führungselement einer Fahrzeug-Radaufhängung, das auf einem Führungsbahnelement längs verschiebbar ist

Die Erfindung betrifft ein Führungselement einer Radaufhängung eines insbesondere zweispurigen Fahrzeugs, das auf einem insbesondere gekrümmt ausgebildeten Führungsbahnelement längs desselben verschiebbar ist, wobei zwischen der Innenwand des ringförmigen Führungselements und der Oberfläche des Führungsbahnelements Wälzkörper vorgesehen sind. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der DE 10 2004 048 789 A1 auf die DE 10 2004 031 267 A1 verwiesen.

Beispielsweise aus den genannten Patentanmeldungen sind Fahrzeug- Radaufhängungen mit zumindest teilweise gekrümmten sog. Führungsbahnelementen und auf diesen verschiebbar geführten sog. Führungselementen in verschiedenen Ausprägungen bekannt. Dabei kann das Führungsbahnelement mit einem einzelnen Fahrzeug-Rad verbunden sein, während das Führungselement mit dem Fahrzeug-Aufbau verbunden ist; es ist aber auch die umgekehrte Zuordnung möglich. Für die Lagerung eines Führungselements auf dem zugehörigen üblicherweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Führungsbahnelement sind bereits verschiedene Ansätze vorgeschlagen, so Gleitlagerungen, Magnetführungen und Wälzlagerungen. Eine Gleitlagerung weist für diesen Anwendungsfall jedoch den Nachteil einer relativ hohen Reibung auf, die insbesondere bei Vorlast auf der Lagerung den Fahrkomfort des Fahrzeugs in nicht akzeptabler Weise beeinträchtigt. Eine Führung über ein Magnetfeld ist äußerst aufwändig und mit hohem Energieverbrauch sowie einem großen Bauraumbedarf verknüpft. Konstruktiv detailliert ausgeführte Wälzlagerungen, die für den genannten Anwendungsfall, nämlich für ein auf einem insbesondere gekrümmt ausgebildeten Führungsbahnelement einer Fzg. -Radaufhängung verschiebbares Führungselement die spezifischen Anforderungen in ausreichender Weise zu erfüllen in der Lage sind, sind bislang nicht bekannt oder verfügbar. Insbesondere der Aspekt einer zuverlässigen und günstigen Kraftaufnahme in praktisch allen gegenüber der Längsachse des Führungsbahnelements geneigten und insbesondere hierzu senkrechten Richtungen sowie der hierbei erforderliche Toleranzausgleich stellt eine solche spezifische Anforderung dar.

Hier Abhilfe zu schaffen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Führungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer die Außenwand des Führungselements bildenden Lagerhülse und einem ringförmigen Stützelement für zumindest einige der Wälzkörper, in dem diese entweder gelagert sind oder an dem sich diese, falls sie anderweitig gelagert sind, abstützen, ein ebenfalls ringförmiges Elastomerelement derart vorgesehen ist, dass diese Wälzkörper unter Vorspannung stehend gegen das Stützelement sowie die Oberfläche des Führungsbahnelements gepresst werden. Es ist somit vorgeschlagen, zumindest einige der Wälzkörper bzw. eine durch die Wälzkörper gebildete Lagereinheit vorzuspannen, um Geräusche und Spiel in der Radführung zu verhindern und um Querschnittsänderungen durch Fertigungstoleranzen und insbesondere durch die räumliche Krümmung des vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Führungsbahnelements auszugleichen. Diese Vorspannung kann in günstiger Weise durch ein Elastomerelement aufgebracht oder übertragen werden, das derart, nämlich wie angegeben, angeordnet ist, dass zumindest einige der Wälzkörper gegen das Führungsbahnelement gepresst und an ein Stützelement des Führungselementes angedrückt werden, d.h. dass die Wälzkörper bzw. die Lagereinheit zwischen dem Führungsbahnelement und dem genannten Stützelement quasi eingespannt ist/sind. Dabei kann die vom Elastomerelement aufgebrachte bzw. in diesem quasi enthaltene Vorspannung auf unterschiedliche Weise erzeugt werden bzw. hervorgerufen worden sein, so bspw. durch geeignetes Übermaß des Elastomerelements selbst oder durch geeignetes Untermaß des genannten Stützelements. Alternativ können auch Klemmhülsen oder dgl. mit sich in Richtung der Längsachse des Führungsbahnelements ändernder Wandstärke eingebracht sein, vorzugsweise zwischen der genannten Lagerhülse des Führungselements und dem Elastomerelement. Diese sog. Klemmhülsen können also wie Keilringe ausgeführt sein, die bei der Montage des Führungselements, vorzugsweise bei der Montage desselben auf dem Führungsbahnelement, bis zum Erreichen der gewünschten Vorspannung eingeschoben und anschließend geeignet gesichert werden, bspw. durch geeignete Umformung der Lagerhülse.

Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung können in einer Projektion in Richtung der Längsachse des Führungselementes, die zumindest partiell mit derjenigen des Führungsbahnelements zusammenfällt, im Ringspalt zwischen dem Stützelement des Führungselements und dem Führungsbahnelement drei Wälzkörper im wesentlichen gleichmäßig über dem Umfang verteilt vorgesehen sein, d.h. die Wälzkörper beschreiben praktisch drei Sektoren von jeweils 120°, so dass eine optimale Abstützung bzw. Kraftaufnahme in den zur Längsachse geneigten Richtungen bzw. normal zur Führungsbahn möglich ist. Dabei können durchaus in Richtung der besagten Längsachse betrachtet und somit quasi „übereinander" mehrere Wälzkörper auch zur verbesserten Momentenaufnahme vorgesehen sein, vorzugsweise insgesamt vier rollenförmige Wälzkörper, von denen zwei in Richtung der Längsachse des Führungsbahnelements betrachtet übereinander liegen, während die anderen beiden Wälzkörper in Richtung der Längsachse des Führungselements betrachtet in einer Ebene und dabei jeweils um 120° versetzt zwischen diesen übereinander liegenden Wälzkörpern angeordnet sind. Insbesondere ist hiermit auch sichergestellt, dass die so gebildete Lagereinheit von Wälzkörpern stets tangential zur gekrümmten Führungsbahn des Führungsbahnelements positioniert ist. Insbesondere wenn das Führungsbahnelement eine Krümmung mit konstantem Radius besitzt und lediglich in einer Ebene gekrümmt ist, ist es möglich, eine größere Anzahl von vorzugsweise rollenförmigen Wälzkörpem in Richtung der Längsachse des Führungsbahnelements betrachtet übereinander in einem Käfig anzuordnen. Hierdurch wird die Übertragung großer Kräfte ermöglicht. Dabei kann ein Käfig aus Metall oder Kunststoff die Aufgabe übernehmen, die Wälzkörper mit konstantem Abstand zueinander zu führen und ein Herausfallen derselben aus dem Führungselement zu vermeiden. Insbesondere mit einer derartigen Ausbildung können am Führungselement eigenständige Laufflächen für die Wälzkörper ausgebildet sein, die als Stützelement(e) - wie weiter oben genannt - fungieren und gemäß der Krümmung des Führungsbahnelements geformt sind. Diese Laufflächen können dann mittels des genannten Elastomerelements in die Lagerhülse des Führungselements einvulkanisiert und in dieser durch ein geeignetes Untermaß vorgespannt sein.

Um eventuelle Verunreinigungen von der Lauffläche des Führungsbahnelements entfernen zu können, können Schmutzabstreifer bspw. über zwei Klemmbleche im Führungselement (und vorzugsweise im Bereich von dessen beiden Endabschnitten) integriert sein. Weiterhin können zur Abdichtung gegenüber Verunreinigungen und Spritzwasser geeignete Faltenbälge zwischen dem Führungselement (bzw. dessen Endabschnitten) und den Endabschnitten des Führungsbahnelements vorgesehen sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele, von denen lediglich die für das Verständnis erforderlichen Elemente figürlich dargestellt sind, weiter erläutert, wobei die beigefügte Figur 1a den Längsschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Führungselements zeigt, welches in Figur 1 b in einem vergleichbaren Schnitt nochmals räumlich dargestellt ist, während in Figur 2 ein Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Führungselements (hier mit Führungsbahnelement) dargestellt ist. Mit der Bezugsziffer 1 ist in seiner Gesamtheit ein Führungselement einer Radaufhängung gekennzeichnet, das auf einem sog. (nur in Figur 2 dargestellten) Führungsbahnelement 2 längsverschieblich geführt ist. Bezüglich einer möglichen Gestaltung einer dieses Führungselement 1 sowie dieses Führungsbahnelement 2 enthaltenden Einzel-Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeugs wird bspw. auf die eingangs bereits genannte DE 10 2004 048 789 A verwiesen, in der das Führungselement und das Führungsbahnelement ebenso genannt sind. Selbstverständlich kann ein hier vorgestelltes Führungselement mit zugehörigem Führungsbahnelement jedoch auch in einer andersartig gestalteten Radaufhängung vorgesehen sein; bspw. kann das Führungselement letztlich am Fahrzeug- Aufbau und das Führungsbahnelement letztlich am zu führenden Rad befestigt sein. Einleitend genannt sei femer die Längsachse 3 des Führungselements 1 , die in der jeweiligen Position des Führungselements 1 auf dem Führungsbahnelement 2 mit dem dortigen „partiellen" Abschnitt der Längsachse 3* (vgl. Fig.2) des vorzugsweise zumindest geringfügig gekrümmten Führungsbahnelements 2 im wesentlichen zusammenfällt. Im Einbauzustand am Fahrzeug erstrecken sich die Längsachse 3 des Führungselements 1 sowie die Längsachse 3^* des Führungsbahnelements 2 im wesentlichen in Vertikalrichtung.

Zunächst auf das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1a, 1 b Bezug nehmend besteht das Führungselement 1 aus einer tonnenförmigen Lagerhülse 10, die in Richtung von deren Längsachse 3 betrachtet oben und unten Endabschnitte 10a, 10b mit etwas geringerem Durchmesser und zwischen diesen einen Zentralabschnitt 10c mit etwas größerem Durchmesser aufweist. Der Übergang vom Zentralabschnitt 10c zum jeweiligen Endabschnitt 10a bzw. 10b ist stufenförmig gestaltet. Im Bereich des Zentralabschnittes 10c schließt sich an die Innenwand der Lagerhülse 10 von oben her sowie von unten her eingesteckt quasi konzentrisch jeweils eine Klemmhülse 11.1 bzw. 11.2 an, deren Wandstärke zu deren der in Richtung der Längsachse 3 betrachteten Mitte des Zentralabschnitts 10c zugewandten Ende hin abnimmt. Hierauf wird später noch näher eingegangen. An die Innenwand dieser Klemmhülsen 11.1 und 11.2 schließt sich (ebenfalls quasi konzentrisch) ein ringförmiges Elastomerelement 12 an, welches einstückig oder alternativ in ein oberes, der oberen Klemmhülse 11.1 zugeordnetes Elastomerelement 12.1 und ein unteres, der unteren Klemmhülse 11.2 zugeordnetes Elastomerelement 12.2 geteilt ausgebildet sein kann. Innerhalb des oder der Elastomerelement(e) 12, 12.1 , 12,2 und abermals quasi konzentrisch zu diesen ist ein hülsenförmiges sog. Stützelement 13 vorgesehen, in welchem in einer gemeinsamen Horizontalebene, die senkrecht zur Längsachse 3 liegt, zwei rollenförmige Wälzkörper 14 gelagert sind, von denen aufgrund der Schnitt-Darstellung nur einer sichtbar ist. Dabei liegen die Rotationsachsen dieser rollenförmigen Wälzkörper 14 in der genannten gemeinsamen Horizontalebene derart, dass bezüglich der Längsachse 3 jeder der beiden Wälzkörper 14 jeweils mittig innerhalb eines Sektors mit einem Sektorwinkel von 120° liegt.

Sowohl im oberen Endabschnitt 10a als auch im unteren Endabschnitt 10b der Lagerhülse 10 ist jeweils ein rollenförmiger Wälzkörper 15.1 bzw. 15.2 letztlich an der Innenwand der Lagerhülse 10 abgestützt, und zwar jeweils über einen geeigneten Halter 16, der den zugehörigen Wälzkörper 15.x (x=1 ,2) derart trägt, dass die Rotationsachse des Wälzkörpers 15.x in einer zur Längsachse 3 senkrechten Ebene liegt. In Richtung der Längsachse 3 betrachtet sind die beiden Wälzkörper 15.1 und 15.2 übereinander liegend angeordnet und bezüglich der beiden anderen Wälzkörper 14 derart, dass in einer Projektion in Richtung der Längsachse 3 des Führungselementes 1 im Ringspalt zwischen dem Stützelement 13 des Führungselements 1 und dem Führungsbahnelement 2 drei Wälzkörper, nämlich einmal die beiden übereinander liegenden Wälzkörper 15.1 und 15.2 sowie die beiden Wälzkörper 14 im wesentlichen gleichmäßig über dem Umfang verteilt liegen, nämlich jeweils mittig innerhalb ein Sektors mit einem Sektorwinkel von 120°. Mit dieser Anordnung ergibt sich - wie weiter oben vor der Figurenbeschreibung näher ausgeführt ist - eine optimale Führung des Führungselements 1 bezüglich des Führungsbahnelements 2, welches sich in der besagten Projektion in Richtung der Längsachse 3 als Kreis innerhalb der in dieser besagten Projektion drei über dessen Umfang gleichmäßig verteilten Wälzkörpern 14, 15.x (x=1 ,2) darstellt.

Während die Wälzkörper 15.1 und 15.2 an den Endabschnitten 10a bzw. 10b der Lagerhülse 10 über Halter 16, die jeweils an einem Montagering 17 befestigt sind, abgestützt und gehaltert sind, sind — wie bereits ausgeführt wurde - die beiden Wälzkörper 14 im Stützelement 13 gelagert und werden dabei über das oder die Elastomerelement(e) 12 bzw. 12.1 , 12.2 unter Vorspannung stehend gegen die Oberfläche des Führungsbahnelements (2) gepresst. Diese Vorspannung wird bei der Montage des Führungselements 1 (insbesondere im Rahmen der Montage desselben auf dem Führungsbahnelement 2) durch die bereits genannten Klemmhülsen 11.1 und 11.2 aufgebracht, indem die Klemmhülse 11.1 von oben her und die Klemmhülse 11.2 von unten her soweit zwischen die Innenwand der Lagerhülse 10 und die Außenseite des hülsenförmigen Eleastomerelements 12 bzw. der Elastomerelemente 12.1 , 12.2 in Richtung zur jeweiligen anderen Klemmhülse hin eingeschoben wird, bis die gewünschte Vorspannung erreicht ist. Diese mit weiteren Einschieben zunehmende Vorspannung wird dadurch erzielt, dass die Wandstärke der Klemmhülsen 11.1 , 11.2 im Überdeckungsbereich mit dem/den Elastomerelement(en) 12 bzw. 12.1 , 12.2 zum freien Ende hin abnimmt. Ist schließlich die gewünschte Vorspannung eingestellt, so werden die Klemmhülsen 11.1 , 11.2 in der entsprechenden Position gesichert, bspw. durch geeignetes Umformen oder Umbördeln der Endabschnitte 10a, 10b der Lagerhülse 10.

In Figur 1 b erkennt man weiterhin im Endbereich der Endabschnitte 10a, 10b der Lagerhülse 10 derart angeordnete ringförmige Schmutzabstreifer 18, dass deren Innenkante an der Oberfläche des nicht dargestellten Führungsbahnelements 2 anliegt und diese bei einer Relativbewegung zwischen dem Führungselement 1 und dem Führungsbahnelement 2 reinigt bzw. auf der Oberfläche des Führungsbahnelements 2 befindliche Schmutzpartikel abkratzt.

Eine andere Ausführungsform ist in der im folgenden erläuterten Figur 2 dargestellt, wobei hierin für die gleichen Bauelemente aus der bisherigen Erläuterung (von Fig.1a, 1 b) die gleichen Bezugsziffern verwendet sind.

Hier erkennt man eine Reihe von in Richtung der Längsachse 3^* des Führungsbahnelements 2 übereinander angeordneten Wälzkörpern 14, die ebenfalls rollenförmig ausgebildet und hier im Querschnitt sichtbar sind. In dieser Schnittdarstellung nicht sichtbar sind zwei weitere Reihen von in Richtung der Längsachse 3^* übereinander angeordneten Wälzkörpern 14. In einer zur Längsachse 3^* senkrechten Ebene, die quasi wiederum als Projektion in Richtung der Längsachse 3 bzw. 3^* bezeichnet werden kann, liegen dann drei Wälzkörper 14 im wesentlichen gleichmäßig über dem Umfang verteilt an der Wand des Führungsbahnelements 2 an, derart, dass jeder der in dieser Ebene/Projektion drei Wälzkörper 14 im wesentlichen in der Mitte eines Sektors mit einem Sektorwinkel von 120° liegt. Gehalten sind sämtliche Wälzkörper 14 dabei in einem das Führungsbahnelement 2 umhüllenden Käfig 20.

Beim Verlagern des Führungselementes 1 gegenüber dem Führungsbahnelement 2 in Richtung von dessen Längsachse 3^* rotieren die sich im Ringspalt zwischen dem Führungselement 1 und dem Führungsbahnelement 2 befindenden Wälzkörper 14 um ihre Achse, wobei sie einerseits direkt auf der Oberfläche des Führungsbahnelementes 2 und andererseits auf der Führungshülse 10 des Führungselementes 1 zugeordneten Laufflächenelementen 13', die als bereits genanntes Stützelement (vgl. Bezugsziffer 13 in den Figuren 1 a, 1 b) fungieren und daher auch als Stützelement 13' bezeichnet werden. Diese Laufflächenelemente 13' bestehen aus Segmenten, die gemäß der Krümmung des Führungsbahnelementes 2 (in Richtung von dessen Längsachse 3^*) geformt sind. Zum Aufbringen bzw. Erzeugen der genannten Vorspannung sind diese Laufflächenelemente 13' über die Elastomerschicht eines/des Elastomerelementes 12 an die Innenwand der Lagerhülse 10 des Führungselementes 1 anvulkanisiert und dabei durch ein geeignetes Untermaß vorgespannt.

Zum Schutz vor Verunreinigung und zur Abdichtung nach außen können hier - ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1a, 1 b - geeignete figürlich nicht dargestellte Faltenbälge zwischen den beiden Endabschnitten des Führungselementes 1 und den Endabschnitten des Führungsbahnelementes 2 vorgesehen sein.

Die hier vorgeschlagene Lagereinheit zwischen einem bzw. dem Führungsbahnelement 2 und einem bzw. dem auf diesem verschiebbaren Führungselement 1 einer Einzelradaufhängung eines Fahrzeugs ist in der Lage, die speziellen Anforderungen für den Einsatz in einer Radaufhängung erfüllen, nämlich eine Kraftaufnahme in allen Richtungen normal zur Führungsbahn auch bei einem räumlich gekrümmten Führungsbahnelemnet durch aufgrund des Elastomerelements 12 (bzw. der Elastomerelemente 12.1 , 12.2) quasielastische Wälzkörper 14 zu ermöglichen, verbunden mit einem Toleranzausgleich durch Vorspannung und dadurch Reduzierung der Anforderungen an die Führungsbahn-Toleranzen, wobei weiterhin eine Abdichtung gegenüber Verunreinigung mittels der genannten Faltenbälge möglich ist. Des Weiteren stellt die vorgeschlagene Lagereinheit eine kompakte Lösung mit geringem Bauraumbedarf und geringem Gewicht dar, was im Hinblick auf die Tatsache, dass es sich hierbei in der Radaufhängung um eine ungefederte Masse handelt, wesentlich ist, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Patentansprüche

1. Führungselement einer Radaufhängung eines Fahrzeugs, das auf einem insbesondere gekrümmt ausgebildeten Führungsbahnelement (2) längs desselben verschiebbar ist, wobei zwischen der Innenwand des ringförmigen Führungselements (1 ) und der Oberfläche des Führungsbahnelements (2) Wälzkörper (14, 15) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer die Außenwand des Führungselements (1 ) bildenden Lagerhülse (10) und einem ringförmigen Stützelement (13) für zumindest einige der Wälzkörper (14), in dem diese entweder gelagert sind oder an dem sich diese, falls sie anderweitig gelagert sind, abstützen, ein ebenfalls ringförmiges Elastomerelement (12, 12.1 , 12.2) derart vorgesehen ist, dass diese Wälzkörper (14) unter Vorspannung stehend gegen das Stützelement (13) sowie die Oberfläche des Führungsbahnelements (2) gepresst werden.

2. Führungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einer Projektion in Richtung der Längsachse (3) des Führungselementes (1 ), die partiell mit derjenigen des Führungsbahnelements (2) zusammenfällt, im Ringspalt zwischen dem Stützelement (13) des Führungselements (1 ) und dem Führungsbahnelement (2) drei Wälzkörper (14, 15) im wesentlichen gleichmäßig über dem Umfang verteilt vorgesehen sind.

3. Führungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vier rollenförmige Wälzkörper (14, 15.1 , 15.2) vorgesehen sind, von denen zwei in Richtung der Längsachse (3) des Führungselements (1 ) betrachtet übereinander liegen, während die anderen beiden Wälzkörper (14) in Richtung der Längsachse (3) des Führungselements (1 ) betrachtet zwischen diesen übereinander liegenden Wälzkörpern (15.1 , 15.2) angeordnet sind.

4. Führungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Wälzkörper (14) in Richtung der Längsachse (3^*) des Führungsbahnelements (2) betrachtet übereinander in einem Käfig (20) angeordnet sind.

5. Führungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der Vorspannung Klemmhülsen (11.1 , 11.2) oder dgl. mit sich in Richtung der Längsachse (3) des Führungselements (1 ) ändernder Wandstärke eingebracht sind, vorzugsweise zwischen der Lagerhülse (10) und dem Elastomerelement (12, 12.1 , 12.2).

6. Führungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützelement (13') fungierende Laufflächenelemente (13') für die Wälzkörper (14) über das Elastomerelement (12) einvulkanisiert sind, vorzugsweise mit Untermaß zum Erzeugen der Vorspannung.

7. Führungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dessen Endabschnitten (10a, 10b) auf dem Führungsbahnelement (2) gleitende Schmutzabstreifer (18) vorgesehen sind.