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Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung zur Radabstützung im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, die als Traggelenk ausgeführt sein kann und die einen Gelenkzapfen, eine diesen beweglich abstützende Gelenkschale und einen die Gelenkschale mechanisch abstützenden Gehäuseteil umfasst, der auch Bestandteil eines Lenkers oder einer ähnlichen Baueinheit sein kann, wobei die Gelenkschale an ihrer Innenseite mit einem Muster von Führungskanälen für Schmiermittel versehen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
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Derartige Gelenkanordnungen sind aus der
DE 60 2004 011 371 T2 oder
DE 10 2007 060 287 A1 bekannt. Hierbei geht eine als Ausnehmung ausgebildete Erweiterung eines Führungskanals für Schmiermittel stufenartig in einen nutartigen Verlauf über.
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Es sind Gelenkanordnungen bekannt, deren Gelenkschale geschlitzt ausgebildet und aus mehreren, flügelartigen Kunststoffteilen gebildet ist, zwischen denen durchgehende Durchbrechungen verbleiben, in denen Schmiermittel aufgenommen sein kann. Derartige Durchbrechungen schwächen jedoch die Gelenkschale, zudem konzentriert sich das Schmiermittel in diesen Durchbrechungen, so dass der Gelenkkopf dennoch direkt an den flügelartigen Innenflächen der Gelenkschale anliegen kann.
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Eine bessere Stabilität weist eine Gelenkschale auf, die eine durchgehende Wandung aufweist, wobei eine Innenfläche der Wandung zur Anlage des Gelenkkopfs mit mehreren, nutenartig eingeformten Führungskanälen für Schmiermittel versehen ist. Insbesondere bei solchen Gelenken, die im Betrieb auf wenig Bewegung des Kugelzapfens beansprucht werden, ist die Nachförderung von Schmiermittel jedoch begrenzt, so dass es hier häufig zu Gelenktrockenreibung und einem damit verbundenen erhöhten Verschleiß der Gelenkschale kommt und diese letztendlich soweit beschädigt wird, dass eine von der Gelenklagerung ausgehende, unerwünschte Geräuschbildung auftritt. Diese Problematik kann abhängig sein von der Nutzungsweise des Fahrzeugs und bei dauerhaftem Autobahnbetrieb sehr viel eher auftreten als bei einem Wechselbetrieb mit hohem Kurzstreckenanteil.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Schmierung in Gelenken der genannten Art auch dann zu verbessern, wenn diese auf wenig Bewegung des Kugelzapfens beansprucht werden.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenkanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 3 bis 11 verwiesen.
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Durch die Erfindung in Ausbildung nach Anspruch 1 ist eine Gelenkanordnung zur Radabstützung im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs geschaffen, die hinsichtlich ihrer Schmierungseigenschaften im laufenden Betrieb deutlich verbessert ist. Die Zugänglichkeit von Schmiermittel in den Grenzbereich zwischen Gelenkzapfen und Gelenkschale wird dadurch verbessert, dass zumindest ein Führungskanal im Nahbereich des Abschlussrandes als zwischen Innenseite und Außenseite durchgehend erstreckte Ausnehmung ausgebildet ist, so dass bei gleicher Bewegung größere Mengen Schmiermittel in diesen Bereich eintreten. Dennoch bleibt dadurch, dass der Führungskanal in seinem weiteren Verlauf als nutartige Vertiefung nur an der Innenseite der Gelenkschale ausgebildet ist, die hohe Stabilität der geschlossenen Gelenkschale erhalten.
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In der Ausbildung des Anspruchs 2 gelten diese Vorteile auch für eine Gelenkanordnung, bei der eine Gelenkschale im Bereich ihres offenen Abschlussrandes von einem Klemmring mit einer radial einwärts weisenden Kraftkomponente beaufschlagt ist. Trotz dieser Klemmung verbleibt durch die in diesem Bereich erweiterte Tiefe der ansonsten nur nutartigen Vertiefung an der Innenseite der Gelenkschale in jedem Fall eine so große Zuströmöffnung für Schmiermittel, dass diese Öffnung auch bei Kraftbeaufschlagung der Gelenkschale durch den Klemmring frei zur Aufnahme von Schmiermittel aus einem der Gelenkanordnung zugeordneten Schmiermittelreservoir verbleibt.
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Insbesondere wenn diese Erweiterung des Führungskanals für Schmiermittel zumindest in radialer Richtung der Gelenkschale ausgeführt ist, ist einer möglichen Materialverdünnung durch den pressenden Klemmring dabei entgegengewirkt, so dass der Zulauf von Schmiermittel in den Grenzbereich zwischen Gelenkschale und Gelenkkugel erleichtert ist. Zusätzlich kann der zumindest eine Führungskanal auch im Nahbereich des Abschlussrandes der Gelenkschale in Umfangsrichtung erweitert sein.
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Wenn die Erweiterung des Führungskanals die Gelenkschale als Ausnehmung von ihrer Außenseite zu ihrer Innenseite vollständig durchdringt, ist die maximal mögliche Öffnungstiefe erreicht. Zudem besteht nicht die Gefahr, dass eine in diesem Bereich noch belassene, dann nur noch sehr dünne Restwandung der Gelenkschale durch den Klemmring beschädigt und dabei möglicherweise so deformiert wird, dass sie die Ausnehmung sogar noch überwiegend zudrückt.
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Sowohl in der Ausführung mit als auch ohne Klemmring erstreckt sich erfindungsgemäß von der Ausnehmung in den Bereich der nutartigen Vertiefung ein abgeflachter Übergangsbereich, so dass keine steile Stufe vorhanden ist, vor der sich Schmiermittel sammeln und auftürmen könnte.
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Insbesondere ist in der Gelenkanordnung ein großes Schmiermittelreservoir vorgesehen, das an den Außenrand direkt angrenzend gelegen ist und zum Beispiel nach außen hin von einem Faltenbalg geschützt ist. In der Regel ist damit eine Schmierung über die Lebenszeit ermöglicht. Auch ein Nachfüllen dieses Reservoirs, zum Beispiel über Schmiernippel, ist denkbar.
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Weiter ist es für eine gleichmäßige Beaufschlagung mit Schmiermittel über den Umfang vorteilhaft, wenn zumindest vier über den Umfang der Gelenkschale verteilte Führungskanäle für Schmiermittel vorgesehen sind. Insbesondere sind diese äquidistant angeordnet.
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Eine gute Transportfähigkeit für Schmiermittel und gleichzeitig hohe Stabilität der Gelenkschale ist dann erreicht, wenn die Führungskanäle als wenige Millimeter breite Nuten in einer in sich geschlossenen Wandungsfläche der Gelenkschale eingelassen sind. Die Tiefe der Nuten kann dabei zwischen einigen zehntel und wenigen Millimetern variieren. Die Breite und Tiefe der Nuten kann an die Viskosität des verwendeten Schmiermittels angepasst werden.
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Sofern die Führungskanäle in einen Raum für verbrauchtes Schmiermittel einmünden, ist sichergestellt, dass verschlissenes Schmiermittel nicht die Führungskanäle zusetzt, sondern diese frei zum Nachlaufen neuen Schmiermittels werden können.
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Dabei kann der Raum für verbrauchtes Schmiermittel als Bestandteil der Gelenkschale ausgebildet sein, oder der Raum für verbrauchtes Schmiermittel ist im Gelenkgehäuse vorgesehen, wobei die Gelenkschale eine Ablauföffnung in diesen Raum aufweist. Ein solcher Raum kann eine erhebliche Größe aufweisen.
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Vorzugsweise liegt die Ablauföffnung oder der Raum für verbrauchtes Schmiermittel im Apex der am Abschlussrand abgeschnittenen Kugelschale - und somit dem Zulauf von Schmiermittel maximal beabstandet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine grobschematische, im Bereich einer vertikalen Längsmittelebene abgebrochene und im Bereich einer vorderen Radaufhängung aufgebrochene Frontansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer einen Radträger unterstützenden und diesen tragenden Gelenkanordnung,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer herausgezeichneten Gelenkanordnung nach 1 mit einer an ihrem Abschlussrand von einem Klemmring eingefassten Gelenkschale,
- 3 einen Ausschnitt aus 2, etwa entsprechend dem Detail III,
- 4 eine leicht perspektivische Ansicht einer herausgezeichneten Gelenkschale vor ihrer Montage mit Führungskanälen, deren Verlauf radiale und axiale Komponenten aufweist,
- 5 eine ähnliche Darstellung wie 4, jedoch einer Gelenkschale, deren Führungskanäle zusätzlich eine Komponente in Umfangsrichtung aufweisen und die dadurch einen wendelförmigen Verlauf zeigen,
- 6 eine ähnliche Gelenkschale wie in 4 mit einer zusätzlichen, parallel zum Außenrand liegenden Ringnut,
- 7 eine ähnliche Gelenkschale wie in 4 mit einer zusätzlichen, parallel zum Außenrand liegenden Ringnut,
- 8 eine Schnittansicht einer in einem Gehäuse gehaltenen Gelenkschale, die ein zentrales Reservoir für verbrauchtes Schmiermittel aufweist,
- 9 eine ähnliche Ansicht wie 8, wobei eine zentrale Durchgangsöffnung zum Abführen von verbrauchtem Schmiermittel in der Gelenkschale vorgesehen ist,
- 10 eine ähnliche Ansicht wie 8, wobei das Reservoir ähnlich ausgebildet, jedoch durch eine zusätzliche Verstärkung der Gelenkschale im Gehäuse untergriffen ist.
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Das in 1 in schematischer Ansicht dargestellte Kraftfahrzeug 1 umfasst mehrere Räder 21, typischerweise vier bei Personenkraftwagen. Gemäß der Figur sind beispielhaft die Vorderräder 21 an ein- oder mehrteiligen Radträgern 22 gehalten, die über eine als Traggelenk wirkende Gelenkanordnung 2 an einem Traglenker oder einer anderen Trageinheit 23 gegenüber einer Karosserie 24 oder einem Tragrahmen des Fahrzeugs 1 abgestützt sind.
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Derartige tragende Gelenkanordnungen 2 können in unterschiedlichen Stellen und Orientierungen im Fahrwerk angeordnet sein.
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Eine solche Gelenkanordnung 2 ist exemplarisch in 2 gezeigt:
- Diese umfasst einen axial lang erstreckten Gelenkzapfen 3, eine Gelenkschale 4 und einen äußeren Gehäuseteil 5. Dabei weist der Gelenkzapfen 3 einen gegenüber seinem Halsbereich 6 erweiterten Gelenkkopf 7 auf, der beweglich in der ihn zumindest bereichsweise umgreifenden Gelenkschale 4 gehalten ist. Die Gelenkschale 4 selbst ist außenseitig 8 mechanisch in dem Gehäuseteil 5 abgestützt, wobei der Gehäuseteil 5 auch durch einen Teil des Traglenkers oder einer sonstigen Trageinheit 23 gebildet sein kann, so dass die Gelenkanordnung 2 dann in diese Trageinheit 23 integriert ist.
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Die Gelenkschale 4 ist beispielsweise aus einem POM oder ähnlichem Kunststoff gebildet. Derartige Kunststoffe zeigen häufig eine gute und unbeeinflusste Stabilität bis zu einer Temperatur von etwa 70 bis 80°C. Zur Aufnahme von Schmiermittel ist die Gelenkschale 4 an ihrer dem Gelenkkopf 7 zugewandten Innenseite 9 mit einem Muster von Führungskanälen 10 für Schmiermittel versehen. Diese Führungskanäle 10 können unterschiedliche Verläufe aufweisen, wie weiter unten noch näher ausgeführt ist.
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Zumindest ein Führungskanal 10 geht von einem dem Halsbereich 6 des Gelenkzapfens 3 zugewandten - hier oberen - Abschlussrand 11 der Gelenkschale 4 aus und durchläuft von dort die im Wesentlichen in Form einer an ihrem Abschlussrand abgeschnittenen Kugelschale ausgebildete Gelenkschale 4 bis zu ihrem dem Abschlussrand 11 gegenüber liegenden Apex.
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Ferner ist die Gelenkschale 4 in montierter Stellung der Gelenkanordnung 2 im Nahbereich ihres Abschlussrandes 11 von einem Klemmring 12 mit einer radial einwärts weisenden Kraftkomponente beaufschlagt, um den Gelenkkopf 7 sicher zu halten.
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Zumindest ein Führungskanal 10 der Gelenkschale 4 - hier alle vom Außenrand 11 ausgehenden Führungskanäle 10 - ist über einen Großteil seines Verlaufs als nutartige Vertiefung nur an der Innenseite 9 der Gelenkschale 4 ausgebildet, jedoch im Nahbereich des Abschlussrandes 11 derart erweitert 14, dass er trotz Kraftbeaufschlagung der Gelenkschale 4 durch den Klemmring 12 frei zur Aufnahme von Schmiermittel aus einem der Gelenkanordnung 2 zugeordneten Schmiermittelreservoir 13 verbleibt.
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Gemäß der Zeichnung ist diese Erweiterung 14 so ausgebildet, dass der Führungskanal 10 im Nahbereich des Abschlussrandes 11 eine zwischen Innenseite 9 und Außenseite 8 der Gelenkschale durchgehend erstreckte und damit die Gelenkschale 4 vollständig durchdringende Ausnehmung 14 ausbildet und von dort aus in seinem weiteren Verlauf als nutartige Vertiefung nur an der Innenseite 9 der flächig geschlossenen Gelenkschale 4 weiterführt.
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In dieser genannten Ausbildung ist die Erweiterung 14 des Führungskanals 10 in jedem Fall in radialer Richtung der Gelenkschale 4 ausgeführt. Auch eine Verbreiterung des Führungskanals 10 kann im Nahbereich seines Abschlussrandes 11 vorliegen - nicht gezeichnet -, um den Zufluss von Schmiermittel zu erleichtern.
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Insbesondere in 3 wird deutlich, dass sich von der Ausnehmung 14 in den Bereich der nutartigen Vertiefung ein abgeflachter Übergangsbereich 15 in Form einer nur sanft ansteigenden Schräge erstreckt, um eine Stufe oder ähnliche Barriere, vor der sich Schmiermittel sammeln und den weiteren Zufluss erschweren könnte, zu vermeiden.
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Um die Zuführung von Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir 13, das an den Außenrand 11 angrenzend gelegen ist, zu erleichtern, ist weiterhin eine Mehrzahl von Führungskanälen 10 über diesen Außenrand 11 verteilt vorgesehen, die von dort aus in den Grenzbereich zwischen Gelenkschale 4 und Gelenkkopf 7 einfördern. Dabei bietet es sich an, zumindest vier über den Umfang der Gelenkschale 4 verteilte Führungskanäle 10 für Schmiermittel vorzusehen. Hier sind genau vier Führungskanäle ausgebildet, die äquidistant über den Umfang der Gelenkschale 4 verteilt sind.
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Diese sind jeweils als nur wenige Millimeter breite und zwischen einige zehntel und wenige Millimeter tiefe Nuten in einer geschlossenen Wandungsfläche 16 der Gelenkschale 4 eingelassen, so dass deren Kugelschalenform und Stabilität unbeeinflusst sind. Die Nuten können beispielsweise einen rechteckigen oder auch halbrunden Querschnitt aufweisen.
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Für eine gute Schmierung - auch bei nur wenig bewegten Gelenkanordnungen 2 - ist es weiterhin günstig, verbrauchtes Schmiermittel, zum Beispiel Fett, das einen Teil seiner tribologischen Eigenschaften nicht mehr aufweist, abführen zu können, indem die Führungskanäle 10 in einen Raum 17 für verbrauchtes Schmiermittel einmünden.
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Dieser Raum 17 für verbrauchtes Schmiermittel kann zum Beispiel als Vertiefung als Bestandteil der Gelenkschale 4 selbst ausgebildet sein und liegt idealerweise in deren Apex mit maximalem Abstand zur Fettzuführung am Außenrand 11.
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Alternativ ist es möglich, dass der Raum 17 für verbrauchtes Schmiermittel im Gelenkgehäuse 5 vorgesehen ist und die Gelenkschale 4 eine Ablauföffnung 18 in diesen Raum aufweist. Dann kann der Raum 17 auch eine erhebliche Größe aufweisen. Verschiedene Versionen von Räumen 17 sind in den 8 bis 10 dargestellt.
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In den 4 bis 7 sind zudem verschiedene Versionen von Führungskanälen 10 an der Innenseite 9 der Gelenkschale gezeigt: In der Version gemäß 4 weisen die Führungskanäle 10 lediglich eine axiale und radiale Komponente auf. Die Erweiterungen 14 am Außenrand 11 zeigen dabei eine rechteckförmige Umrissgestalt. Bei dem wendelförmigen Verlauf der Führungskanäle 10 gemäß 5 zeigen die Erweiterungen 14 hingegen jeweils eine in Verlängerung der Nut zum Abschlussrand gebildete rautenförmige Umrissgestalt. Weitere Verläufe sind vorstellbar.
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Gemäß den Versionen nach den 6 und 7 ist zusätzlich zu 4 bzw. 5 jeweils zumindest ungefähr parallel zum Abschlussrand 11 ein mehrere Führungskanäle 10 verbindender Ringkanal 19 in die Gelenkschale 4 eingelassen, so dass auch Kreuzungspunkte 20 zwischen verschiedenen Kanälen 10, 19 möglich sind. Auch mehrere Ringkanäle 19 können vorgesehen sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform bezieht sich auf eine Gelenkanordnung 2, insbesondere Traggelenk, zur Radabstützung im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei die Gelenkanordnung 2 einen Gelenkzapfen 3, eine Gelenkschale 4 und einen Gehäuseteil 5 umfasst, wobei der Gelenkzapfen 3 mit einem gegenüber seinem Halsbereich 6 erweiterten Gelenkkopf 7 beweglich in der ihn zumindest bereichsweise umgreifenden Gelenkschale 4 gehalten ist und diese außenseitig 8 mechanisch in dem Gehäuseteil 5 abgestützt ist und wobei die Gelenkschale 4 an ihrer dem Gelenkkopf 7 zugewandten Innenseite 9 mit einem Muster von Führungskanälen 10 für Schmiermittel versehen ist und zumindest ein Führungskanal 10 von einem dem Halsbereich 6 zugewandten Abschlussrand 11 der Gelenkschale 4 ausgeht und im Nahbereich des Abschlussrandes 11 als zwischen Innenseite 9 und Außenseite 8 durchgehend erstreckte Ausnehmung und in seinem weiteren Verlauf als nutartige Vertiefung nur an der Innenseite 9 der Gelenkschale 4 ausgebildet ist.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform bezieht sich auf eine Gelenkanordnung 2, insbesondere Traggelenk, zur Radabstützung im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei die Gelenkanordnung 2 einen Gelenkzapfen 3, eine Gelenkschale 4 und einen Gehäuseteil 5 umfasst, wobei der Gelenkzapfen 3 mit einem gegenüber seinem Halsbereich 6 erweiterten Gelenkkopf 7 beweglich in der ihn zumindest bereichsweise umgreifenden Gelenkschale 4 gehalten ist und diese außenseitig 8 mechanisch in dem Gehäuseteil 5 abgestützt ist und wobei die Gelenkschale 4 im Nahbereich eines einem dem Halsbereich 6 zugewandten Abschlussrandes 11 von einem Klemmring 12 mit einer in radial einwärts weisenden Kraftkomponente beaufschlagt ist und die Gelenkschale 4 an ihrer dem Gelenkkopf 7 zugewandten Innenseite 9 mit einem Muster von Führungskanälen 10 für Schmiermittel versehen ist und zumindest ein Führungskanal 10 von einem dem Halsbereich 6 zugewandten Abschlussrand 11 der Gelenkschale 4 ausgeht und über einen Großteil seines Verlaufs als nutartige Vertiefung nur an der Innenseite 9 der Gelenkschale 4 ausgebildet, jedoch im Nahbereich des Abschlussrandes 11 derart erweitert ist, dass er trotz Kraftbeaufschlagung der Gelenkschale 4 durch den Klemmring 12 frei zur Aufnahme von Schmiermittel aus einem der Gelenkanordnung 2 zugeordneten Schmiermittelreservoir 13 verbleibt.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Kraftfahrzeug,
- 2
- Gelenkanordnung,
- 3
- Gelenkzapfen,
- 4
- Gelenkschale,
- 5
- Gehäuseteil,
- 6
- Halsbereich,
- 7
- Kopfbereich,
- 8
- Außenseite,
- 9
- Innenseite,
- 10
- Führungskanal,
- 11
- Abschlussrand,
- 12
- Klemmring,
- 13
- Schmiermittelreservoir,
- 14
- Erweiterung,
- 15
- Übergangsbereich,
- 16
- Wandungsfläche,
- 17
- Raum für verbrauchtes Schmiermittel,
- 18
- Ablauföffnung,
- 19
- Ringkanal,
- 20
- Kreuzungspunkt,
- 21
- Räder,
- 22
- Radträger,
- 23
- Trageinheit,
- 24
- Karosserie
