DE102009021472A1 - Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einer um eine Lenkachse schwenkbaren Trägereinheit für ein Kraftfahrzeugrad - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einer um eine Lenkachse schwenkbaren Trägereinheit für ein Kraftfahrzeugrad mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
- Radaufhängungen mit schwenkbaren Trägereinheiten werden insbesondere für lenkbare Kraftfahrzeugräder verwendet und sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So sind z. B. Radaufhängungen mit Doppelquerlenkern oder auch einem Federbein des Mc-Pherson-Typs bekannt, bei denen die Lenkachse in einem relativ großen Winkel von 12–14 Grad zu der Fahrzeuglängsebene, auch Spreizungswinkel genannt, angeordnet ist. Da die Lenkachse bei diesen Ausführungsformen in einem relativ großen Abstand zum Radzentrum verläuft, erzeugen die auf das Rad einwirkenden Kräfte über diesen Abstand sogenannte Störmomente auf die Lenkung, welche als unangenehm und störend empfunden werden können. Dieses Problem tritt besonders stark bei hochmotorisierten frontgetriebenen Kraftfahrzeugen auf. Im Idealfall sollte daher die Lenkachse in der Ebene der resultierenden auf die Reifenaufstandsfläche wirkenden Längskräfte, die meist mit der Radmittelebene übereinstimmt, liegen. Sollte die Ebene der auf die Reifenaufstandsfläche resultierenden Längskräfte nicht genau ermittelbar sein, kann die Radmittelebene ersatzweise als solche angenommen werden.
- Aus der
DE 10 2005 043 425 A1 ist bereits eine Radaufhängung bekannt, bei der das Radlager samt Kraftfahrzeugrad um eine Lenkachse schwenkbar gegenüber dem Radlagerträger angeordnet ist. Die Lenkachse ist derart angeordnet, dass sie in einer Ebene einer Wirkungslinie von resultierenden Längskräften an einer Reifenaufstandsfläche, insbesondere in der Radmittelebene, liegt. Bei der dort vorgeschlagenen Lösung wird die Schwenkbarkeit dadurch erreicht, indem der Lageraußenring des Radlagers selbst gegenüber dem Radlagerträger verschwenkbar ist. Der Lageraußenring unterliegt aufgrund seiner eigentlichen Funktion der Schaffung einer Lauffläche für die Wälzkörper des Wälzlagers bereits strengen Anforderungen hinsichtlich des Werkstoffs und der Genauigkeit der Oberfläche. Die Verwirklichung der Schwenkbarkeit über den Lageraußenring erfordert eine zusätzliche Lagerfläche an dem Lageraußenring, wodurch dieser entsprechend teuer wird. Ferner kann die Anordnung der die Schwenkbarkeit ermöglichenden Lagerung an der Trägereinheit aufgrund der Zuordnung zu dem Lageraußenring und dessen Abmaßen nicht frei gewählt werden. Außerdem sind bei Radaufhängungen in modernen Kraftfahrzeugen häufig Bremsscheiben vorgesehen, die das Radlager umgeben oder zumindest dicht an diesem angeordnet sind, so dass die Lagerung des Lageraußenringes um die Lenkachse neben der aus der Radlagerung entstehenden Wärme beim Bremsen einer zusätzlichen Wärmequelle gebildet durch die Bremsscheibe ausgesetzt ist. Eine Überhitzung der Lagerung ist aber grundsätzlich von Nachteil, da durch die Wärme Wärmespannungen in der Lagerung erzeugt werden können und/oder ein in der Lagerung vorgesehenes Schmiermittel seine Funktionsfähigkeit verlieren kann. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Radaufhängung mit einer Lenkachse zu schaffen, die in der Radmittelebene angeordnet ist, bei der die die Schwenkbarkeit um die Lenkachse ermöglichende Lagerung verbessert ist.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
- Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Radlagerträger zweiteilig ausgebildet ist, und das erste Teil des Radlagerträgers gegenüber dem zweiten Teil des Radlagerträgers schwenkbar um die Lenkachse gelagert ist.
- Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Radlagerträger zweiteilig auszubilden, und die die Schwenkbarkeit um die Lenkachse ermöglichende Lagerung zwischen den beiden Teilen des Radlagerträgers anzuordnen. Damit kann die Lagerung unabhängig von dem Lageraußenring des Radlagers auch an anderen Stellen der Trägereinheit angeordnet werden, an dem die Wärmeverhältnisse und Kraftverhältnisse günstiger für die Lagerung sind. Ferner kann ein Lageraußenring mit einer herkömmlichen Geometrie verwendet werden, der ausschließlich hinsichtlich seiner eigentlichen Funktion ausgelegt werden muss.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass die Lagerung zwischen dem ersten Teil des Radlagerträgers und dem zweiten Teil des Radlagerträgers in einem radial außen liegenden Abschnitt des Radlagerträgers angeordnet ist. Aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung der Lagerung ist der Abstand der Lagerung zu der Drehachse des Kraftfahrzeugrades möglichst groß, so dass die auf die Lagerung einwirkenden Kräfte aufgrund der Hebelgesetze möglichst gering sind. Ferner ergibt sich dadurch eine hohe Steifigkeit der Einspannung des Radlagerträgers, so dass der Radlagerträger auch bei hohen an dem Kraftfahrzeugrad angreifenden Kräften seine Sollposition beibehält.
- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Radlagerträger wenigstens zwei radial außen angeordnete in Richtung der Radnabe vorstehende Schenkel aufweist, in denen die Lagerung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Radlagerträgers angeordnet ist, an der Radnabe eine Bremsscheibe angeordnet ist, und die Radnabe mit der Bremsscheibe in den zwischen den Schenkeln gebildeten Freiraum hineinragt. Aufgrund der vorgeschlagenen Schenkel und der in den Freiraum zwischen den Schenkeln ragenden Radnabe kann die Lenkachse so gelegt werden, dass sie durch die Radnabe verläuft, so dass die Resultierende der Kräfte in der Radaufstandsfläche und die Lenkachse in einer Ebene und bevorzugt parallel verlaufen.
- In diesem Fall wird weiter vorgeschlagen, dass zwischen der Bremsscheibe und dem Kraftfahrzeugrad in Radialrichtung ein Spalt vorgesehen ist, und der Radlagerträger mit den Schenkeln in den Spalt hineinragt. Aufgrund der Anordnung der Schenkel zwischen der Bremsscheibe und dem Kraftfahrzeugrad wird der Schenkel mit der Lagerung von außen durch das umlaufende Kraftfahrzeugrad zusätzlich durch verwirbelnde Luftmassen gekühlt, so dass die Gefahr einer unerwünschten Erwärmung der Lagerung reduziert ist.
- Außerdem wird vorgeschlagen, dass zwischen dem ersten Teil des Radlagerträgers und dem zweiten Teil des Radlagerträgers wenigstens zwei Lager vorgesehen sind, wovon ein Lager als Festlager und ein Lager als Loslager ausgebildet ist. Das Festlager kann neben Radialkräften zusätzlich Axialkräfte aufnehmen, während das zweite Lager als Loslager ausgebildet ist und ausschließlich der Aufnahme von Radialkräften dient. Durch die vorgeschlagene Lagerung wird verhindert, dass in dem Radlagerträger bei Erwärmung Wärmespannungen entstehen können. Ferner wird durch das Festlager eine Lagerstelle geschaffen, über die die auf das Kraftfahrzeugrad einwirkenden Kräfte über den Radlagerträger in die Struktur des Kraftfahrzeuges weitergeleitet werden können.
- Eine besonders tragfähige Art der Lagerung kann dadurch verwirklicht werden, indem das erste Teil des Radlagerträgers gegenüber dem zweiten Teil über Gleitlager gelagert ist. Gleitlager haben im Allgemeinen den Vorteil, dass sie aufgrund der Flächenbelastung große Kräfte aufnehmen können und zusätzlich eine sehr genaue Führung der zueinander gelagerten Teile ermöglichen.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass das erste Teil des Radlagerträgers in wenigstens einem Lager über eine Kombination aus einem Radiallager und einem Axiallager gegenüber dem zweiten Teil gelagert ist, und das Radial- und Axiallager eine gemeinsame Lagerschale aufweisen. Durch die gemeinsame Lagerschale wird ein Verbund geschaffen, der die Möglichkeit einer Vormontage des Lagers schafft, welches anschließend in einem Montageschritt an dem Radlagerträger montiert werden kann. Ferner wird durch den Verbund über eine gemeinsame Lagerschale ein in sich steifer Verbund geschaffen, welcher hinsichtlich der Aufnahme von Lagerkräften, die nicht senkrecht zu den Lagerflächen gerichtet sind, vorteilhaft ist.
- Eine besonders steife Konstruktion mit einer minimierten Belastung des Radlagers kann dadurch erzielt werden, indem die Lenkachse derart angeordnet ist, dass sie den Bereich der den Radlagerträger in Axialrichtung überlappenden Radnabe schneidet. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Lenkachse kann der Hebelarm der während des Lenkens entstehenden Kräfte zu dem Radlager möglichst gering gehalten werden, so dass das Radlager möglichst wenig durch diese Kräfte belastet wird.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
-
1 : Radaufhängung mit zweiteiligem Radlagerträger -
2a –2e : Verschiedene Arten der Lagerung zwischen den Radlagerträgern - In
1 ist eine Radaufhängung am Beispiel eines linken angetriebenen Kraftfahrzeugrades1 im Querschnitt zu erkennen. Das Kraftfahrzeugrad1 ist gemeinsam mit einer Bremsscheibe6 drehfest mit einer Radnabe4 verbunden. Die Radnabe4 ist mit einer Innenverzahnung4a versehen, in die eine nicht dargestellte Antriebswelle eingreift. Die Radnabe4 ist über ein Radlager5 drehbar gegenüber einem Radlagerträger2 gelagert. An dem Radlagerträger2 ist ein Lageraußenring8 angeordnet, der die radial außen liegende Lauffläche für die Wälzkörper des Radlagers5 bildet. - Der Radlagerträger
2 ist zweiteilig mit einem ersten Teil2a und einem zweiten Teil2b ausgebildet und ragt mit den Schenkeln7 und9 in einen zwischen der Bremsscheibe6 und dem Kraftfahrzeugrad1 vorgesehenen ringförmigen Spalt X. Die Schenkel7 und9 sind dabei so bemessen, dass zwischen ihnen und der Bremsscheibe6 bzw. dem Kraftfahrzeugrad1 jeweils ein Spalt X1 und X2 vorhanden ist. Grundsätzlich sollte bei der Auslegung der Radaufhängung darauf geachtet werden, dass die Spalte X1 und X2 nicht zu klein ausfallen, damit zum einen die von der Bremsscheibe6 beim Bremsen entwickelte Wärme die Lagerung nicht zu sehr aufheizt, und das Kraftfahrzeugrad1 in seiner Schwenkbewegung um die Lenkachse S nicht eingeschränkt wird. - Der erste Teil
2a des Radlagerträgers2 ist mit Lagerzapfen3a und3b versehen, über die das erste Teil2a gegenüber dem zweiten Teil2b des Radlagerträgers2 schwenkbar um die Lenkachse S gelagert ist. Der Lagerzapfen3a ist in dem Schenkel9 über ein Festlager20 in Radialrichtung sowie in Axialrichtung zu der Lenkachse S gelagert. Der Lagerzapfen3b ist in dem gegenüberliegenden Schenkel7 in einem Loslager10 schwenkbar um die Lenkachse S gelagert. Die Lenkachse S befindet sich in der Radmittelebene, so dass durch die resultierende auf die Reifenaufstandsfläche wirkende Längskraft keine Störmomente erzeugt werden können. Sofern die resultierende Längskraft nicht in der Radmittelebene liegt, sollte die Lenkachse S statt in der Radmittelebene auch in der Ebene der resultierenden Längskraft angeordnet sein. Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung, bei der die Lenkachse um einen geringfü gigen Winkel von 1–2 Grad von der Radmittelebene abweicht. Der Winkel sollte jedoch zur Vermeidung der Störmomente möglichst klein gewählt werden. - Aufgrund der Zweiteiligkeit des Radlagerträgers
2 können das Festlager20 und das Loslager10 an einem radial außen liegenden Abschnitt des Radlagerträgers2 , nämlich in den Schenkeln7 und9 angeordnet werden, welche einen erkennbar größeren Abstand von der Drehachse Y des Kraftfahrzeugrades1 aufweisen, als dies bei einer Lagerung über den Lageraußenring8 möglich wäre, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist. Ferner können das Festlager20 und das Loslager10 so angeordnet werden, dass sie die Bremsscheibe6 radial außen umfassen, so dass sie möglichst weit von dem Wärme entwickelnden Radlager5 positioniert sind. Da die Schenkel7 und9 radial außen von dem Kraftfahrzeugrad1 umgeben sind, kann die von der Bremsscheibe6 erzeugte Wärme durch die durch die Drehung des Kraftfahrzeugrades1 bewirkte Luftströmung wieder abgeführt werden. Ein weiterer sich aus der vorgeschlagenen Lagerung ergebender Vorteil besteht darin, dass die Schenkel7 und9 , über die die Lagerung erfolgt, einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen, so dass der Radlagerträger2 , abgesehen von der Schwenkbarkeit, insgesamt gegenüber anderen Bewegungen möglichst steif eingespannt ist. - In den
2a –2e sind verschiedene Ausführungsformen des Festlagers20 beschrieben, wobei sich die Ausführungsformen des Loslagers10 aus diesen Ausführungsformen ganz einfach dadurch erzeugen lassen, indem jeweils auf die Axiallagerung verzichtet wird. - In
2a ist zu erkennen, wie der Lagerzapfen3a mit einem einseitigen Festlager20 , gebildet aus einem als Gleitlager ausgebildeten Radiallager20b und einem ebenfalls als Gleitlager ausgebildeten Axiallager20a , in einer Aufnahme22 eines Schenkels9 des in1 dargestellten zweiten Radlagerträgers2b gelagert ist. Sowohl im Bereich des Radiallagers20b als auch im Bereich des Axiallagers20a ist eine Schicht eines Gleitlagerwerkstoffs23 vorgesehen, durch den die gewünschten Lagereigenschaften wie Laufeigenschaften, Abriebfestigkeit oder Temperaturbeständigkeit erzielt werden können. Als Gleitlager- Werkstoffe sind verschiedene Kunststoffe, insbesondere PA, PET und POM denkbar. Auch die Verwendung verschiedener Legierungen aus Aluminium oder Bronze wäre denkbar. Der Gleitlagerwerkstoff23 ist zu einer Lagerschale geformt, welche sowohl das Radiallager20b als auch das Axiallager20a bildet. Die Lagerschale kann sehr einfach in einem einzigen Montageschritt montiert werden und bildet in sich einen steifen Verbund, der auch die Aufnahme quer- oder schräggerichteter Kräfte ermöglicht. Das Festlager20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als einseitiges Festlager ausgebildet, so dass in diesem Fall auch das Loslager10 in1 als einseitiges Festlager ausgebildet sein sollte, damit der erste Teil2a des Radlagerträgers2 gegenüber dem zweiten Teil2b des Radlagerträgers2 fest eingespannt ist. Unter einseitigem Festlager wird hier verstanden, dass ausschließlich in eine Richtung gerichtete Axialkräfte aufgenommen werden können. - In
2b ist eine alternative Ausführungsform des Festlagers20 zu erkennen, bei der der Lagerzapfen3a über ein als Nadellager ausgebildetes Radiallager20b und über einen als Axiallager20a wirkenden Gleitlagerring an dem Schenkel9 gelagert ist. Der Lagerzapfen3a ist ferner über eine an dem Schenkel9 anliegende Schraube21 mit diesem verbunden. Durch die Verbindung des Lagerzapfens3a mit dem Schenkel9 über die Schraube21 werden trotz der einseitigen Axiallagerung über den Gleitlagerring über den Kopf der Schraube21 und das Gewinde auch Kräfte in die andere Axialrichtung aufgenommen. - In
2c ist eine Weiterentwicklung des Ausführungsbeispieles aus2b dargestellt, bei der das Axiallager20a um ein weiteres Axiallager20c ergänzt wurde, welches ebenfalls als Gleitlager ausgebildet ist und zwischen dem Kopf der Schraube21 und dem Schenkel9 angeordnet ist. Das Axiallager20c dient der Lagerung der Schraube21 gegenüber dem Schenkel9 , so dass die mit dem Lagerzapfen3a verbundene Schraube21 gegenüber dem Schenkel9 ebenfalls gelagert drehen kann. - In der
2d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erkennen, bei dem sowohl das Radiallager20b als auch das Axiallager20a als Nadellager ausgebildet sind. Die Wälzkörper des Axiallagers20a und des Radiallagers20b sind zwischen zwei Lagerschalen24 und25 angeordnet, so dass die gesamte Lagerung vorgefertigt als ein Zusammenbauteil eingesetzt werden kann. Ferner besitzt die Verwendung der gemeinsamen Lagerschalen24 und25 den Vorteil, dass die Lagerkräfte möglichst verteilt in den Lagerzapfen3a und den Schenkel9 eingeleitet werden, wie dies auch bei der Verwendung von Gleitlagern der Fall ist, wobei durch die Verwendung der zwischen den Lagerschalen24 und25 angeordneten Wälzkörpern die guten Laufeigenschaften eines Wälzlagers beibehalten werden. - In der
2e ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Festlagers20 zu erkennen, bei dem die Lagerung durch zwei schräg gerichtete Nadellager20d und20e gebildet ist. Die Schraube21 ist hier zweiteilig ausgebildet und weist einen ringförmigen Kegeleinsatz21b und eine durch die Öffnung des Kegeleinsatzes21b greifende Befestigungsschraube21a auf. Insgesamt erfüllt dieser Verbund aus Befestigungsschraube21a und Kegeleinsatz21b dieselbe Aufgabe wie die Schraube21 aus den2b bis2d , nämlich den Lagerzapfen3a mit dem Schenkel9 zu verbinden. Die Zweiteiligkeit der Schraube21 bietet aber den Vorteil, dass bei Verwendung von Standardschrauben als Befestigungsschraube21a auch Lager mit größerem Durchmesser zwischen dem Kegeleinsatz21b und dem Schenkel9 verwendet werden können. Ferner kann durch die Verwendung der schräggerichteten Nadellager20d und20e und durch die Befestigung des Lagerzapfens3a an dem Schenkel9 über die Schraube21 gleichzeitig eine Verspannung der Lagerung sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung erzielt werden, so dass sich nach dem Zusammenbau insgesamt ein in sich sehr steifer Verbund ergibt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005043425 A1 [0003]
Claims (8)
- Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einer um eine Lenkachse (S) schwenkbaren Trägereinheit für ein Kraftfahrzeugrad (
1 ) umfassend – eine Radnabe (4 ), an der das Kraftfahrzeugrad (1 ) angeordnet ist, – einen Radlagerträger (2 ) mit einem Radlager (5 ), über das die Radnabe (4 ) gegenüber dem Radlagerträger (2 ) gelagert ist, wobei – die Lenkachse (S) in der Radmittelebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Radlagerträger (2 ) zweiteilig ausgebildet ist, – und das erste Teil (2a ) des Radlagerträgers (2 ) gegenüber dem zweiten Teil (2b ) des Radlagerträgers (2 ) schwenkbar um die Lenkachse (S) gelagert ist. - Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung zwischen dem ersten Teil (
2a ) des Radlagerträgers (2 ) und dem zweiten Teil (2b ) des Radlagerträgers (2 ) in einem radial außen liegenden Abschnitt des Radlagerträgers (2 ) angeordnet ist. - Radaufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radlagerträger (
2 ) wenigstens zwei radial außen angeordnete in Richtung der Radnabe (4 ) vorstehende Schenkel (7 ,9 ) aufweist, in denen die Lagerung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil (2a ,2b ) des Radlagerträgers (2 ) angeordnet ist, an der Rad nabe (4 ) eine Bremsscheibe (6 ) angeordnet ist, und die Radnabe (4 ) mit der Bremsscheibe (6 ) in den zwischen den Schenkeln (7 ,9 ) gebildeten Freiraum (26 ) hineinragt. - Radaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bremsscheibe (
6 ) und dem Kraftfahrzeugrad (1 ) ein Spalt (X) vorgesehen ist, und der Radlagerträger (2 ) mit den Schenkeln (7 ,9 ) in den Spalt (X) hineinragt. - Radaufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Teil (
2a ) des Radlagerträgers (2 ) und dem zweiten Teil (2b ) des Radlagerträgers (2 ) wenigstens zwei Lager vorgesehen sind, wovon ein Lager als Festlager (20 ) und ein Lager als Loslager (10 ) ausgebildet ist. - Radaufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (
2a ) des Radlagerträgers (2 ) gegenüber dem zweiten Teil (2b ) über Gleitlager gelagert ist. - Radaufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (
2a ) des Radlagerträgers (2 ) an wenigstens einer Lagerstelle über eine Kombination aus einem Radiallager (20b ) und einem Axiallager (20a ) gegenüber dem zweiten Teil (2b ) gelagert ist, und das Radial- und Axiallager (20a ,20b ) eine gemeinsame Lagerschale (23 ,24 ,25 ) aufweisen. - Radaufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkachse (S) derart angeordnet ist, dass sie den Bereich der den Radlagerträger (
2 ) in Axialrichtung überlappenden Radnabe (4 ) schneidet.
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