DE2834333A1 - Vorrichtung zur aufhaengung von fahrzeugraedern und zur einstellung des sturzwinkels - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing Dipl.-Chem. Oipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerslrasse 19

8 München 60

TRW INC. 4» August 1978

23555 Euclid Avenue

Cleveland. Ohio 44117 / V.St.A.

Uns er Zeichen: T 5142

Vorrichtung zur Aufhängung von Fahrzeugrädern
und zur Einstellung des Sturzwinkels

Die Erfindung betrifft eine neue, verbesserte Vorrichtung
zur Aufhängung von Fahrzeugrädern und zur Einstellung des
Sturzwinkels.

Die US-PS 3 563 564 offenbart eine Aufhängung eines Fahrzeugrades, bei der ein Paar zugbelasteter Kugelzapfen vorgesehen sind, die eine Radachse mit der Fahrzeugachse verbinden. Dabei umschließt eine konische Hülse den Schaft eines zylindrischen Kugelzapfens, wobei sie selbst in einer konischen öffnung eines Arms der Radachse sitzt. Eine zylindrische Innenfläche der Hülse ist exzentrisch gegenüber einer konischen
Außenfläche der Hülse angeordnet, so daß diese zur Einstellung des Radsturzes gedreht werden kann. Durch die Anordnung einer konischen Hülse in einer konischen Radachsenöffnung
werden die Herstellungskosten dieser Radaufhängung beträchtlich erhöht. Eine Festlegung der Hülse gegenüber der Radachse dieser Radhalterung wird dadurch erreicht, daß sie in die konische öffnung der Radachse eingedrückt wird.

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Die vorliegende Erfindung schafft eine neue und verbesserte Vorrichtung zur Halterung bzw. Aufhängung von Fahrzeugrädern, bei der die Einstellung des Sturzwinkels des Rades erleichtert wird. Die Vorrichtung umfaßt ein Kugelgelenk, das die Fahrzeugachse und die Radachse miteinander verbindet. Das Kugelgelenk wiederum weist einen Zapfen mit einem konischen Schaftteil auf, der in eine zylindrische Öffnung eines Arms der Radachse eingreift. Der konische Schaft des Kugelzapfens ist von einer geschlitzten Buchse umgeben, die in der Öffnung des Radachsenarms angeordnet ist. Die Buchse weist eine zylindrische Außenfläche mit einer Mittelachse auf, die gegenüber der Mittelachse einer den Schaft des Kugelzapfens aufnehmenden konischen Öffnung versetzt ist. Bei einer Drehung der Buchse -wird die Lage des Radachsenarms verändert, da die Achse der konischen Öffnung in der Buchse und die Achse der zylindrischen Außenfläche der Buchse gegeneinander versetzt sind. Die Verlagerungsbewegung bewirkt eine Verstellung des Sturzwinkels des Fahrzeugrades.

Nach der Einstellung des Sturzwinkels wird eine Mutter festgezogen, die die geschlitzte Buchse axial einwärts gegen den Schaft des Kugelzapfens andrückt. Durch das Zusammenwirken zwischen dem konischen Schaft und der Buchsenöffnung wird die Buchse radial aufgespreizt, so daß sie sich der Radachse fest anlegt und dadurch gegenüber der Radachse in Drehrichtung festgelegt wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist demgemäß die Schaffung einer neuen und verbesserten Vorrichtung zur Halterung bzw. Aufhängung von Fahrzeugrädern, bei der eine Radachse mit einer Fahrzeugachse durch ein Kugelgelenk verbunden ist, das einen Kugelzapfen mit konischem Schaft aufweist, und wobei der Sturzwinkel des Fahrzeugrades durch die Drehung einer geschlitzten Buchse in einer zylindrischen, in der Radachse ausgebildeten Öffnung gedreht werden kann, um eine Bewegung der Mittelachse der Buchse gegenüber der Fahrzeugachse her-

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beizuführen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Radachsenpaares an den entgegengesetzten Enden einer Fahrzeugachse,

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene, vergrößerte Darstellung der Verbindung einer der Radachsen mit den Fahrzeugachsen durch ein Kugelgelenkpaar,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Kugelgelenks, die die Anordnung einer geschlitzten Buchse in Verbindung mit einem Kugelzapfen darstellt, mit deren Hilfe der Sturzwinkel eines Fahrzeugrades einstellbar ist,

Fig. 4 eine geschnittene Draufsicht gemäß der Linie 4-4 in Fig. 3, aus der die Beziehung zwischen dem Schaft des Kugelzapfens und der Buchse hervorgeht, wobei die Radachse der besseren Übersicht halber in strichpunktierten Linien dargestellt ist,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Buchse entsprechend der Linie 5-5 in Fig. 4 und

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Buchse.

Eine Vorrichtung 10 zur Halterung bzw. Aufhängung steuerbarer Fahrzeugräder 12 und 14 ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die Räder 12 und 14 sind drehbar auf Lagerabschnitten 16 und 18 eines Paares von Radachsen 20 und 22 gehalten. Die Radach-

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sen 20 und 22 weisen Arme 26, 28, 30 und 32 auf, die schwenkbar mit Armen 34, 36, 38 und 40 einer Fahrzeugachse 42 mittels mehrerer identischer Kugelgelenke 46, 48, 50 und 52 verbunden sind- Mit den Radachsen 20 und 22 ist ein (nicht dargestelltes) geeignetes Lenkgestänge verbunden, über das in
bekannter Weise eine Drehbewegung in die Räder 12 und 14 eingeleitet werden kann.

Zur Einstellung des Sturzwinkels des Fahrzeugrades 14 ist es nötig, den Neigungswinkel einer Mittelachse 56 des Lagerabschnittes 18 'der Radachse 22 gegenüber einer horizontalen
Ebene zu verändern. Dies erfolgt durch die Drehung einer geschlitzten Buchse 58 (Fig. 2) gegenüber der zylindrischen
Oberfläche 60 einer in dem oberen Arm 32 der Radachse 22 ausgebildeten öffnung. Die zylindrische Öffnung 60 weist eine
Mittelachse 62 (Fig. 2 und 3) auf, die mit der Achse einer
zylindrischen Außenfläche 64 (Fig. 4 und 5) der geschlitzten Buchse 58 zusammenfallen.

In einer entsprechend konisch gestalteten öffnung 72 der
Buchse 58 ist ein in Axialrichtung konisch verlaufender
Schaft 68 (Fig. 3) eines Kugelzapfens 70 angeordnet. Die
konische öffnung 72 der Buchse weist eine Mittelachse 74
auf, die mit der Mittelachse der beiden Kugelgelenke 50 und 52 (siehe Fig. 2) zusammenfällt. Die Mittelachse 62 der Öffnung 60 und die Seitenfläche 64 der Buchse sind gegenüber
der Mittelachse 74 des Kugelzapfens 70 und der konischen
Buchsenöffnung 72 versetzt.

Eine Drehung der geschlitzten Buchse 58 in der zylindrischen Öffnung 60 der Radachse führt zu einer solchen Buchsendrehung um die Achse 74, daß die Lage der Achse 62 gegenüber
der Fahrzeugachse 42 verschoben wird. Bei dieser Drehung
wird ein verhältnismäßig dicker Abschnitt 75 einer Buchsenseitenwand 76 in die Stellung bewegt, in der sich bei der
Darstellung in Fig. 3 ein verhältnismäßig dünner Seitenwand-

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bereich 77 der Buchse befindet. Dadurch wiederum wird der Arm 32 der Radachse entsprechend der Darstellung in Fig. 2 nach links bewegt. Bei der Nachlinksbewegung des Arms 32 schwenkt die Radachse 22 selbst um das untere Kugelgelenk 50, so daß durch eine Änderung der Ausrichtung der Achse 56 gegenüber einer horizontalen Ebene der Sturzwinkel des Rades geändert wird.

Während des Betriebs des Fahrzeugs werden aufwärtsgerichtete Radbelastungskräfte durch die Radachse 22 auf die Kugelgelenke 50 und 52 übertragen. Der konische Schaft 78 des Kugelgelenks 50 wird von einer konischen öffnung 80 aufgenommen, deren Mittelachse mit der Achse 74 zusammenfällt (siehe Fig.2). Die Belastungskräfte werden daher von dem Schaft 78 auf eine Gelenkpfanne 82 des Kugelgelenks 50 übertragen. Die Gelenkpfanne 82 des Kugelgelenks 50 ist in einer zylindrischen öffnung 84 fest angeordnet, die in dem Arm 38 ausgebildet ist und eine mit der Achse 74 zusammenfallende Mittelachse aufweist. In entsprechender Weise hat das Kugelgelenk 52 eine zylindrische Gelenkpfanne 88, die in einer zylindrischen Öffnung 90 angeordnet ist, welche in dem oberen Arm 40 der Fahrzeugachse ausgebildet ist.

Die Kugelgelenke 50 und 52 sind so montiert, daß die Drehung der geschlitzten Buchse 58 dazu führt, daß diese mehr um die Mittelachse 74 der Kugelgelenke als um die Mittelachse 62 der öffnung 60 des Radachsenarms gedreht wird. Dies ist deshalb der Fall, weil der Schaft 68 des Kugelzapfens 70 im wesentlichen mit vertikaler Ausrichtung von der konischen Buchsenöffnung 72 gehalten und das zylindrischen Pfannengehäuse 88 gegen eine Seitwärtsbewegung festgelegt ist. Dadurch wird der Kugelzapfen 70 gegen eine Kippbewegung in Bezug auf die Achse 74 festgehalten. Da der Kugelzapfen 70 nicht kippen kann, kann sich auch die Lage der Mittelachse 74 der konischen Öffnung 72 in der Buchse 58 bei deren Drehung nicht verlagern. Die Buchse dreht daher um die Achse 74

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mit dem Ergebnis, daß die Mittelachse 62 der Öffnung 60 des P.adachsenarms und die zylindrische Außenseitenfläche 64 der Buchse verlagert werden, wodurch der Sturz des auf der Achse 22 sitzenden Rades geändert wird.

Die Gestaltung des Kugelgelenks 52 ist in Fig. 3 näher dargestellt. Der Kugelzapfen 70 besitzt einen Kugelkopf 94, der in einem nachgiebigen Lager 96 sitzt, welches seinerseits in einer in dem Pfannengehäuse 88 ausgebildeten konischen Bohrung 98 angeordnet ist. Ein ringförmiger Flansch 1OO des Pfannengehäuses 88 liegt dabei dem Arm 40 der Fahrzeugachse an und hält dadurch das Pfannengehäuse gegen eine Bewegung fest, die durch aufwärtsgerichtete, durch den Kugelzapfen auf das Pfannengehäuse übertragene Kräfte hervorgerufen werden könnte. Wenn auch das Kugelgelenk 52 viele verschiedene Formen aufweisen kann, ist es bei der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform entsprechend der in der US-Patentschrift 3 679 248 offenbarten Weise ausgebildet.

Wenn die Buchse 58 zur Einstellung des gewünschten Sturzes bei einem Fahrzeugrad gedreht worden ist, ist es erforderlich, die Buchse gegen eine Weiterdrehung gegenüber dem Arm 32 der Radachse festzulegen, damit eine Änderung des Sturzwinkels während des Betriebs des Fahrzeugs verhindert wird. Dies erfolgt durch das Anziehen einer Mutter 104 auf einem mit Außengewinde versehenen Endabschnitt 106 des Kugelzapfens 70. Wenn die Mutter angezogen ist, bringt sie eine axial gerichtete Kraft auf die Endfläche 110 der Buchse 58 auf. Die Buchse 58 ist mit Abflachungen 112 (siehe Fig. 4 und 5) versehen, an denen ein Schraubenschlüssel angesetzt werden kann, um sie beim Anziehen der Mutter 104 gegen eine Drehung festzuhalten.

Die von der Mutter 104 auf die Buchse 58 aufgebrachte axial gerichtete Kraft führt über eine verhältnismäßig geringe Strecke zu einer axialen Aufwärtsbewegung der Buchse. Sowohl

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der Schaft 68 des Kugelzapfens 70 als auch die Öffnung 72 verjüngen sich mit dem gleichen Winkel von einem Innenbereich 116 des Schaftes 68 mit verhältnismäßig aroßem Durchmesser zu einem Außenbereich 118 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser. Dadurch führt selbst eine verhältnismäßig geringe Aufwärtsbewegung der Buchse 58 zu deren radialer Aufspreizung durch das Zusammenwirken zwischen den beiden konischen Oberflächen 68 und 72. Wenn die Buchse 58 radial aufgeweitet ist, greift ihre zylindrische Außenfläche 64 an der zylindrischen Oberfläche der Öffnung 60 in dem Arm 32 der Radachse an. Durch diesen Angriff wird die Buchse 58 gegen eine unerwünschte Drehbewegung gegenüber dem Arm 32 der Radachse während des Betriebs des Fahrzeugs festgehalten, wodurch wiederum der Radsturz konstant bleibt.

Zur Erleichterung der radialen Ausdehnung der Buchse 58 ist diese entlang einer in sich axial erstreckenden öffnung bzw. entlang einem axial verlaufenden Schlitz, der in Fig. 4 mit 122 gekennzeichnet ist, aufgeschlitzt. Die axiale Länge der Öffnung 122 ist gleich der axialen Länge der Buchse 58. Die öffnung 122 erstreckt sich auch radial einwärts zwischen der konischen öffnung 72 und dem Außenumfang der Buchse. Wenn daher durch das Anziehen der Mutter 104 auf dem Kugelzapfen 70 eine Axialkraft auf die Buchse 58 aufgebracht wird, kann diese sich aufgrund des Zusammenwirkens der konischen Flächen 68 und 72 zum Angriff an der öffnung 60 in den Radachsenarm 32 radial ausdehnen.

In Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestalteten Buchse 58 dargestellt. Da diese Ausführungsform der Buchse im wesentlichen der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform entspricht, werden zur Kennzeichnung übereinstimmender Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet, denen zur Vermeidung von Unklarheiten lediglich der Zusatz "a" hinzugefügt ist.

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Die Buchse 58a weist eine im wesentlichen zylindrische Aussenf lache 64a auf, auf der ein Gewindegang 130 ausgebildet ist. Der Gewindegang 130 paßt mit einem entsprechenden Gewindegang zusammen, der in einer zylindrischen Öffnung eines Radachsenarms ausgebildet ist, die der Öffnung 60 in Fig. 3 entspricht. Die Buchse 58a wird in die Öffnung des Radachsenarms eingeschraubt, bis das Zusammenwirken zwischen einer konischen Öffnung in der Buchse 58a und einem konischen Schaft des Kugelzapfens die geschlitzte Buchse 58a radial ausdehnt und in dichte Anlage an den Radachsenarm drückt. Die Buchse 58a wird dann zurückgedreht, bis das zugehörige Fahrzeugrad den gewünschten Sturzwinkel einnimmt. Daran anschließend wird eine der Mutter 104 entsprechende Mutter angezogen, um die Buchse gegen eine v/eitere Drehbewegung festzuhalten.

Obgleich die Buchse 58 in Fig. 3 mit Ansatzflächen 112 für einen Schraubenschlüssel unterhalb des Radachsenarms 32 ausgerüstet ist, ist vorgesehen, daß die Ausrichtung der Buchse 58 auch umgekehrt werden kann, so daß die Ansatzflächen 112 auf der Oberseite des Spindelarms zu liegen kommen. Die Öffnung 72 in der Buchse würde sich dann weiter nach unten hin verjüngen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung ist vorgesehen, daß die Mutter 104 gegen eine Unterlegscheibe oder ein ähnliches Bauteil angezogen wird, die sich der Stirnfläche der Buchse anlegt und dadurch Axialkräfte auf den Kugelzapfen und die Buchse überträgt, wodurch diese in der zuvor beschriebenen Weise aufgeweitet wird. Obgleich nur die Verstellung des Sturzwinkels des auf der Radachse 72 sitzenden Rades ausführlich beschrieben worden ist, versteht es sich, daß auch der Sturzwinkel des auf der Radachse 2O sitzenden Rades in der gleichen Weise verstellbar ist.

Anhand der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung zur Halterung bzw. Aufhängung eines Fahrzeugrades in einer Weise verwendbar ist,

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bei der die Einstellung des Sturzwinkels erleichtert wird. Die Vorrichtung umfaßt ein Kugelgelenk 52, das mit der Fahrzeugachse 42 und der Radachse 22 verbunden ist. Das Kugelgelenk 52 hat einen Kugelzapfen 70 mit einem konisch ausgebildeten Schaft 68, der in eine zylindrische Öffnung 60 eingreift, welche in einem Arm 32 der Radachse ausgebildet ist. Der konische Schaft 68 des Kugelzapfens wird von einer konischen Öffnung 72 aufgenommen, die in der geschlitzten Buchse 58 ausgebildet ist, welche ihrerseits in einer Öffnung 6O des Radachsenarms zwischen dem Kugelzapfen 70 und der Radachse angeordnet ist. Die Buchse 58 hat eine zylindrische Außenfläche 54 mit einer Mittelachse 62, die gegenüber der Mittelachse 74 der konischen öffnung 72 versetzt ist. Bei einer Drehung der Buchse 58 um die Mittelachse 74 der konischen Buchsenöffnung wird die Radachse aufgrund der Versetzung zwischen der Achse 74 der konischen Buchsenöffnung und der Achse 62 der zylindrischen öffnung des Radachsenarmes verlagert. Diese Verlagerungsbewegung bewirkt die Einstellung des Radsturzes eines Fahrzeugrades.

Wenn der Stürζwinkel des Fahrzeugrades 14 auf den gewünschten Wert eingestellt ist, wird die Mutter 104 angezogen, um die geschlitzte Buchse 58 gegen den Schaft des Kugelzapfens zu drücken. Das Zusammenwirken zwischen dem konischen Schaft 68 des Kugelzapfens und der konischen öffnung 72 der Buchse 58 führt zu einer radialen Aufweitung der Buchse und deren Angriff an der Radachse 22, wodurch sie gegenüber der Radachse drehfest gehalten wird. Dieser Angriff sichert die Buchse gegen Drehung, so daß auf diese Weise der gewünschte Sturzwinkel des Rades während des Fahrzeugbetriebs aufrechterhalten bleibt.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungen nur beispielsweise Verwirklxchungen der Erfindung, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen möglich sind.

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Claims (4)

2P34333 Patentanwälte Dipi.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 TRW INC. 4. August 1978 23555 Euclid Avenue Cleveland, Ohio 44117 / V.St.A. Unser Zeichen: T 3142 Ansprüche

1.) Vorrichtung mit einer Fahrzeugachse und mit einer Radachse zur drehbaren Lagerung eines Fahrzeugrades, wobei die Radachse einen Lagerabschnitt zur Aufnahme eines Fahrzeugrades und einen Aufhängungsabschnitt mit einer eine zylindrische öffnung bildenden Fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Fahrzeugachse und die Radachse durch ein Kugelgelenk schwenkbar miteinander verbunden sind, das eine mit der Fahrzeugachse und einem drehbaren Kugelzapfen verbindende Lagerpfanne aufweist, wobei das Kopfende des Kugelzapfens in der Gelenkpfanne sitzt und ein Schaft in Axialrichtung von einem verhältnismäßig weiten Innenabschnitt ausgehend sich zu einem verhältnismäßig schmalen Außenabschnitt verjüngt , durch die in dem Aufhängungsabschnitt der Radachse ausgebildeten zylindrischen öffnung hindurchgreift sowie von einer in Axialrichtung geschlitzten Buchse umschlossen ist, die in der öffnung des Aufhängungsabschnittes der Radachse sitzt, daß die geschlitzte Buchse ferner eine in Axialrichtung konisch ver-

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laufende Innenfläche aufweist, die sich dem in Axialrichtung konisch verlaufenden Schaft des Kugelzapfens anlegt, während eine zylindrische Außenfläche an der zylindrischen Oberfläche der Öffnung des Aufhängungsabschnitts der Radachse anliegt, daß die in Axialrichtung konisch verlaufende Innenfläche der geschlitzten Buchse eine gegenüber der Mittelachse der zylindrischen Öffnung in dem Aufhängungsabschnitt der Radachse versetzte Mittelachse hat und die
Buchse um die Mittelachse des Schaftes des Kugelzapfens
unter Veränderung der Lage der eigenen Mittelachse gegenüber der Schaftmittelachse.drehbar und dadurch die Richtung der Radachse gegenüber der Schaftmittelachse verstellbar ist, und daß eine Einrichtung zur Aufbringung
einer Axialkraft auf die geschlitzte Buchse vorgesehen
ist, mit der diese zu dem verhältnismäßig großen Innenabschnitt des Schaftes drückbar ist, wobei unter der Wirkung der Reaktionskräfte zwischen dem konischen Schaft und der konischen Innenfläche der Buchse diese aufgeweitet und mit ihrer zylindrischen Außenfläche in enge Anlage an die zylindrische Fläche der Öffnung in den Halterungsabschnitt
der Radachse gedrückt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Aufbringung einer Axialkraft
auf die geschlitzte Buchse eine erste Anzahl von Gewindegängen in der Oberfläche der zylindrischen Öffnung des
Halterungsabschnitts der Radachse und eine zweite Anzahl
von Gewindegängen in der zylindrischen Außenfläche der
geschlitzten Buchse ausgebildet und mit der ersten Anzahl von Gewindegängen in Kämmeingriff gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung einer Axialkraft
auf die geschlitzte Buchse eine Mutter auf den Außenabschnitt des Schaftes des Kugelzapfens aufgeschraubt ist.

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