DE3507434A1 - Unabhaengige radaufhaengung fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine unabhängige Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug.

Die Erfindung ist auf unabhängige Aufhängungssysteme für angetriebene Vorder- und Hinterräder von Fahrzeugen anwendbar, bei denen eine Kraftzuführeinheit, z.B. ein Motor und Getriebe, eine mit Kardanwelle kombinierte Hinterachse oder ein Differentialgetriebe, an dem Fahrgestell angebracht ist und Kraft über die Antriebswellen, auch Halbwellen für die Antriebsräder genannt, überträgt. Beim Antrieb des Fahrzeugs bewegen sich die Räder in Bezug auf die Fahrzeugkonstruktion auf und ab, eine Bewegung, die als Ein- und Ausfederung bezeichnet wird. Wenn die Bewegung der Räder auf eine zur Fahrbahn ungefähr normale Ebene beschränkt ist, machte diese Bewegung es bisher erforderlich, die effektive Länge der Halbwellen entsprechend zu ändern. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen dem Rad und der Kraftzuführeinheit variiert. Solche Abstandsänderungen, die man zweckmäßigerweise mit Pendellänge bezeichnen kann, werden normalerweise aufgenommen, indem man eine relative Axialbewegung entweder zwischen zwei Teilen einer Halbwelle oder eines in der Halbwellenkonstruktion vorgesehenen Gl eichi aufgelenks zuläßt. Wegen der mit solchen Radbewegungen zusammenhängenden dynamischen Beanspruchung und Änderungen in der Geometrie der Aufhängungsteile als Folge der unterschiedlichen Belastungs- und Straßenverhältnisse, denen das Fahrzeug ausgesetzt ist, ist es bisher im allgemeinen üblich gewesen, die kraftübertragenden Teile vollkommen von den Aufhängungsteilen zu trennen, damit die ersteren nicht durch die Aufhängung beansprucht werden. Die kraftübertragenden Teile tragen nur die mit dem Fahrzeugantrieb in Verbindung stehenden Beanspruchungen, während das Aufhängungssystem alle anderen Beanspruchungen aufnimmt.

Die Ein- und Ausfederungsbewegungen der treibenden Räder verursachen gegenüber der Fahrzeugkonstruktion seitliche Schubbeanspruchungen. Diese verlaufen im allgemeinen axial zu den Halbwellen in Richtung auf die Kraftzuführeinheit. Die Größe dieser Beanspruchungen hängt von dem übertragenen Drehmoment, den Straßen-

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Verhältnissen, Kurvengeschwindigkeiten, der Gewichtsverteilung, dem Radsturz, der Fahrzeugbelastung und anderen Faktoren ab. Diese Beanspruchungen wurden von den Halbwellen und ihren Gleichlaufgelenken entweder durch die Räder mit dem Fahrgestell verbindende Aufhängungsteile oder durch andere zusätzlich zu den Halbwellen selbst vorgesehene Mittel abgelenkt.

Im allgemeinen werden zwei Arten von drehmomentübertragenden Gleichlaufgelenken zur Verwendung in Halbwellen in Betracht gezogen, nämlich die Kardangelenke und die Gleichlaufgelenke. Das Kardangelenk besteht aus zwei Gabeln mit parallelen, in einem Abstand voneinander angeordneten Gliedern, die durch einen Kreuzkörper mit an den Gabeln durch Lagerungsmittel befestigten Armen miteinander verbunden sind. Bei einer Kardangelenkart besteht der Kreuzkörper aus einem Block und zwei Zapfen, wobei der eine Zapfen kleiner als der andere ist. Aber selbst wenn hochwertige Werkstoffe verwendet werden, setzen abmessungsmäßige Einschränkungen der Fähigkeit des Gelenks, axiale Schubbelastungen aufzunehmen, gewisse Grenzen. Diese Schubbelastungen können in den Zapfen Spannungen verursachen, die ein Vielfaches der mit der Drehmomentübertragung einhergehenden Spannungen betragen. Außerdem vergrößern sich die Spannungen durch Vektoraddition in schädlicher Weise gegenseitig. Der Hauptgrund jedoch, der gegen die Verwendung von Kardangelenken in den Halbwellen unabhängiger Radaufhängungen für treibende Fahrzeugräder spricht, ist die enge Begrenzung des zulässigen Gelenkbeugungswinkels bei hohen Drehmomentbeanspruchungen. Der Grund hierfür besteht darin, daß es sich bei diesen Gelenken nicht um Gleichlaufgelenke handelt, d.h. wenn eine der Gabeln mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, variiert die Winkelgeschwindigkeit der anderen Gabel zyklisch, wobei diese Variation mit wachsendem Gelenkbeugungswinkel zunimmt. Dies verursacht entsprechend höhere dynamische Spannungen in dem Gelenk, und Fahrzeugschwingungen urid -geräusche werden als Beanspruchungen durch das Gelenk geleitet. Diese Spannungserhöhungen verschleißen das Gelenk in untragbarer Weise, vergrößern die Variationen der Winkelgeschwindigkeit weiter und schränken die Fähigkeit des Gelenks zur übertragung hoher Drehmomente ein.

Schon normale Herstellungstoleranzen solcher Gelenke können untragbare Schwingungen verursachen.

Die Verwendung solcher Gelenke in Fahrzeugen ist daher im allgemeinen auf Fälle beschränkt, wo die Beugungswinkel wesentlich weniger als 10 Grad, meist sogar weniger als 3 Grad, betragen. Aber selbst dann kann es vorkommen, daß andere Konstruktionen vorgesehen werden, um die axialen Schubbeanspruchungen von den Gelenken fernzuhalten. In der GB-PS 765 659 zum Beispiel wird die Verwendung eines Kardan-Universal gelenks beschrieben, das nur die Drehmomentbeanspruchung aufnimmt, während eine Kugel- und Pfannenanordnung an dem Gelenk vorgesehen ist, um von diesem die Axialbeanspruchungen abzuleiten. In der US-PS 3,112,809 wird die Verwendung eines Kardan-Universalgelenks beschrieben, das die Aufgabe hat, das innere und äußere Ende einer Antriebsachse miteinander zu verbinden, wobei diese selbst und eine freitragende Blattfeder aber seitlichen Kräften standhält. Solche Gelenke können Axiallasten aufnehmen, die wesentlich höher sind als die, die unter normalen Betriebsbedingungen vorkommen. Diese Bedingungen sind lediglich auf die Verwendung des Gelenks als Antriebsteil und nicht als Aufhängungsteil beschränkt. Zusätzliche Aufhängungsteile sind daher erforderlich.

Gleichlaufgelenke sind bisher in den Halbwellen von unabhängigen Aufhängungen getriebener Räder verwendet worden, um die oben aufgeführten Nachteile von Kardangelenken zu vermeiden. Gleichlaufgelenke sind z.B. aus den US-PSen 2,046,584, 3,162,026, 3,688,521, 3,928,985, 4,240,680 und 4,231,233 bekannt. Aber auch hier wurden diese Gelenke nur benutzt, um Drehmomentbelastungen aufzunehmen. Bei solchen Gelenken wird das Drehmoment zwischen einem Gelenkaußenteil und einem darin vorgesehenen Gelenkinnenteil durch Kugeln übertragen, wobei jede Kugel in ein Paar gegenüberliegender Rillen in den Gelenkteilen eingreift. Die Kugeln werden in einer gemeinsamen Ebene mittels eines Käfigs gehalten, dessen teilweise kugelige Außenfläche in eine teilweise kugelige Innenfläche des Gelenkaußenteils und dessen teilweise kugelige Innenfläche in die teilweise kugelige Außenfläche des Gelenkinnenteils eingreift.

Die Kugeln sind in den Fenstern des Käfigs aufgenommen. Der Käfig und/oder die Rillen in den Gelenkteilen sind so ausgebildet, daß bei gebeugtem Gelenk die Ebene der Kugelmittelpunkte den Winkel zwischen der den beiden Gelenkteilen zugeordneten Antriebs- und Abtriebswelle halbiert. In der Praxis wird zwischen den teilweise kugeligen Innen- und Außenflächen des Käfigs und den damit zusammenarbeitenden, teilweise kugeligen Flächen der Gelenkteile ein radiales Spiel vorgesehen, um die Schmierung dieser Flächen zu ermöglichen und eine übermäßige Wärmeentwicklung zu vermeiden.

Wenn ein solches Gelenk unter Beugung Drehmomente überträgt, verursachen eine im Inneren erzeugte Gelenkreibung und geometrische Auswirkungen eine Relativverschiebung zwischen den inneren und äußeren Gelenkteilen, die dann diesen Spielraum einnehmen. Die Kugeln in diametral gegenüberliegenden Rillenpaaren werden in entgegengesetzte Richtungen geschoben, wodurch sich der Käfig gegenüber den Gelenkteilen leicht schräg stellt. Die Endabschnitte der teilweise kugeligen Flächen des Käfigs stoßen radial auf die teilweise kugeligen Flächen der Gelenkteile. Dieser schräg verlaufende Kontakt wird toleriert, um die unerwünschten Reibungsauswirkungen eines größeren Flächenkontakts mit kleineren Toleranzen zu vermeiden, aber als Folge der Drehmomentübertragung werden innerhalb des Gelenks Axiallasten erzeugt. In der Praxis können solche Lasten bei maximaler Drehmomentübertragung unter extremen Beugungswinkeln in der Größenordnung von etwa 1470 N liegen.

Obgleich solche Gleichlaufdrehgelenke in der Lage sein müssen, diesen intern erzeugten Beanspruchungen standzuhalten, ist es bei der Verwendung solcher Gelenke in den Halbwellen von unabhängigen Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen dennoch üblich gewesen, die Gelenke von den Aufhängungsbeanspruchungen zu trennen. Die bei den Halbwellen verwendete übliche Anordnung besteht darin, daß es sich bei dem einen Gleichlaufgelenk um ein axial verschiebbares oder Schiebegelenk handelt, das eine axiale Relativbewegung zwischen den Gelenkteilen gestattet, während das Gelenk an dem anderen Ende der Welle ein Festgelenk ist, das keine Axialbewegung zuläßt.

Ein Beispiel dafür, wie in Halbwellen benutzte Gleichlaufgelenke von Aufhängungsbeanspruchungen isoliert werden, wird in der US-PS 3,709,314 angegeben. Die Räder werden gegenüber dem Fahrgestell durch obere und untere Arme in Form von Α-Rahmen abgestützt, die vertikal pendeln können. Die Halbwellen haben keinen Anteil an der Bestimmung der Radlage gegenüber dem Fahrzeug und unterliegen daher keinen Beanspruchungen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Tatsache und macht dementsprechend Gebrauch davon, daß die Konstruktion eines wie oben beschriebenen Gleichlaufgelenks ausreichend stark und dauerhaft ist, um einem gewissen Grad von Aufhängungsbeanspruchung zusätzlich zu den intern erzeugten, im Betrieb vorkommenden axialen Schubbeanspruchungen standzuhalten. Durch Einsatz von Halbwellen, die mit solchen Gleichlaufgelenken als Aufhängungsteile in einem unabhängigen Radaufhängungssystem ausgerüstet sind, können andere Aufhängungsteile entfallen, wodurch eine neue Aufhängungsanordnung möglich wird, die eine bessere Aufhängungsleistung bei beachtlichen Gewichts-, Raum- und Kostenersparnissen gestatten. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Aufhängungssystem zu schaffen.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine unabhängige Radaufhängung für Kraftfahrzeuge geschaffen mit einem Straßenrad, einer auf einem Fahrzeugfahrgestell angebrachten Kraftzuführeinrichtung und einer Antriebswellenanordnung zur Drehmomentübertragung von der Kraftzuführeinrichtung auf das Straßenrad, wobei die Antriebswellenanordnung ein neben der KraftzufUhreinrichtung angeordnetes Gl ei chi aufgelenk, eine weitere neben dem Straßenrad angeordnete Kupplung und ein das Gleichlaufgelenk und die Weitere Kupplung verbindendes Wellenteil umfaßt, wobei das Gelenk, die weitere Kupplung und das Wellenteil so ausgebildet sind, daß sie Axialkräfte übertragen,_so daß axiale Schubkräfte zwischen dem Straßenrad und der Kraftzuführeinrichtung übertragen werden können..

Indem man also die Antriebswellenanordnung so auslegt, daß sie axiale Schubkräfte zwischen dem Straßenrad und der Kraftzuführeinrichtung übertragen kann, kann ein gesondertes Aufhängungssteuerteil entfallen, da man die Antriebswelle als ein solches Teil benutzt.

Zur übertragung axialer Schubkräfte sieht die Erfindung die Verwendung von Gleichlaufgelenken entweder an dem inneren und/oder an dem äußeren Ende der Antriebswelle vor. Die herkömmlichen Kugeln eines Glei chiaufgelenks übertragen Drehmomente, und die herkömmlichen kugeligen Flächen der Gelenkinnen- und -außenteile dienen dazu, extern oder intern erzeugte axiale Schubkräfte zu übertragen und die Kugeln entweder direkt oder indirekt durch einen ringförmigen Käfig in der homokinetischen Ebene einzustellen. Die Erfindung erkennt außerdem, daß, da die Gl ei chi aufgelenke zur übertragung des Antriebsdrehmoments Kugeln und zur Aufnahme der Schubkräfte eine kugelige Konstruktion benutzen,die normalen Herstellungstoleranzen des Gelenks keine mit den axialen Schubkräften zunehmenden Schwingungen hervorrufen. Infolgedessen werden durch die Kugeln in den Rillen der Gelenkteile verursachte Schwingungen nicht weiter übertragen.

Das Aufhängungssystem weist vorzugsweise einen Aufhängungsquerlenker auf, der mit dem Straßenrad verbunden und an dem Fahrgestell angelenkt ist, wobei der Querlenker und das neben der KraftzufUhreinrichtung angeordnete Gleichlaufgelenk die Pendelbewegung des Straßenrads um die Pendelachse gewährleisten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer unabhängigen Radaufhängung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht der unabhängigen Radaufhängung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - eines herkömmlichen Gleichlaufdrehgelenks, das sich zur Verwendung bei einer unabhängigen Radaufhängung nach der Erfindung eignet,

Fig. 4 eine vergrößert dargestellte Ansicht des Käfigs und der dort befindlichen Zwischenräume des Gleichlaufgelenks nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - eines zweiten zum Einsatz bei der Erfindung geeigneten herkömmlichen Gleichlaufgelenks,

Fig. 6 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - längs der Linie 4-4 der Fig. 4, und

Fig. 7 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - eines dritten, zum Einsatz in bestimmten Anwendungsfällen der Erfindung geei gneten Glei chi aufdrehgelenks.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Rückansicht bzw. eine Draufsicht eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs mit einem in herkömmlicher Weise an einem Fahrgestell 10 angebrachten Aufbau 5. Unter dem Ausdruck "Fahrgestell", wie er hier verwendet wird, versteht man ein aus Einzelteilen hergestelltes Fahrzeug, bei dem einige der Fahrgestell teile in dem Fahrzeugaufbau vorgesehen sind. Das Fahrgestell 10 wird in bekannter Weise in der Form eines Rahmens gehalten, der erste und zweite Längsrahmenteile 14 und 16, geeignete elastische, stoßaufnehmende Teile, wie Stoßdämpfer 11, und wenigstens einen zwischen dem ersten und zweiten Längsrahmenteil angeordneten Querträger 18 aufweist. Das Fahrzeug besitzt außerdem eine Kraftzuführeinheit in Form eines herkömmlichen Differentialgehäuses 20, das auf einem zweiten Querträger 19 durch geeignete Befestigungsbolzen 22 über ein Paar Befestigungsflansche 24 und angebracht ist. Das Differentialgehäuse 20 nimmt von dem Motor (nicht dargestellt) über eine Antriebswellenachse 26 durch eine sich in Längsrichtung erstreckende Antriebswelle 28 und ein herkömmliches

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Kardangelenk 30 ein Eingangsantriebsmoment auf.

Jede Fahrzeugseite weist eine unabhängige Radaufhängung mit wenigstens zwei Aufhängungsteilen 32 und 34 auf, um jedes angetriebene Hinterrad 36 unabhängig auf einer Fahrbahn 38 zu halten.

Jedes erste Aufhängungsteil 32 besteht aus einer Halbwelle, manchmal auch Antriebswelle genannt, mit zwei Kupplungen in Form von Gleichlaufgelenken 40,44, die durch ein Wellenteil 42 verbunden sind. Das innere Gleichlaufgelenk 40 ist an einer Seite des Different!algehäuses 20 durch geeignete Befestigungsbolzen 46 mit einem Kraftabtriebselement verbunden, und das äußere Gl ei chi aufgelenk 44 ist mit einer Radkonstruktion 48 zum Antrieb des Hinterrads 36 verbunden.

Das innere und das äußere Gleichlaufgelenk 40 bzw. 44 sind vorzugsweise Festgelenke, die keine axiale Bewegung ausführen, so wie sie im einzelnen in der Figur 3 dargestellt sind.

In bestimmten Anwendungsfällen können die Gleichlaufgelenke auch axial bewegliche Schiebegelenke sein, wie sie in Fig. 7 oder in der US-PS 3,688,521 dargestellt sind, sofern sie ebenso wie die Gleichlauffestgelenke an beiden Enden ihres axialen Verschiebungsbereichs einen Teil der erfindungsgemäßen unabhängigen Radaufhängung bilden. Bei einigen Anwendungsfällen könnte es außerdem erforderlich sein, daß nur die innere Kupplung ein Gleichlaufgelenk ist, während das äußere Gelenk eine andersartige Kupplung ist.

Jedes zweite Aufhängungsteil 34 besteht aus einem Aufhängungsquerlenker 50, dessen radsei tiges Ende 52 in einem ersten Querlenkerdrehpunkt 54 an der Radkonstruktion 48 und dessen rahmenseitiges Ende 56 in einem zweiten Querlenkerdrehpunkt 58 an dem Querträger 18 befestigt sind.

Nach Figur 2 arbeiten das erste und das zweite Aufhängungsteil 32 und 34 zusammen, um eine Beugung der Achse 43 des Wellenteils

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um einen Beugungswinkel A gegen die Beugungsachsen 41 bzw. 45 des inneren bzw. äußeren Gleichlaufgelenks 40 bzw. 44 zu gestatten. Der Beugungswinkel A wird an der Gelenkbeugungsachse 41 oder 45 zwischen der Achse 43 des Wellenteils 42 und der betreffenden Achse 21 oder 49 gemessen, die koaxial zu dem Different!algehäuse und der Radkonstruktion 48 verlaufen.

Das erste und das zweite Aufhängungsteil 32 und 34 arbeiten außerdem zusammen, damit das Rad 36 um eine Achse 51 pendeln kann, die sich zwischen dem zweiten Querlenkerdrehpunkt 58 und der Gelenkbeugungsachse 41 des inneren Gleichlaufgelenks 40 erstreckt. Um die Sturzänderung an den hinteren Antriebsrädern 36 während der Federbewegung auf ein Minimum zu reduzieren, befindet sich der zweite Querlenkerdrehpunkt 58 auf dem Querträger 18 quer zwischen der Achse 26 der Antriebswelle 28 und der Gelenkbeugungsachse des inneren Gleichlaufgelenks 40.

Nach Figur 3 bestehen die Gleichlaufgelenke 40 und aus einem Gelenkinnenteil 70 und einem Gelenkaußenteil 72. Das Gelenkinnenteil 70 greift in das keilverzahnte Ende 74 einer Zapfenwelle 76 ein und wird durch einen Sprengring 78 gegen eine Schulter gehalten, um eine Axial bewegung des Gelenkinnenteils entlang der Radachse 49 zu verhindern. Die Zapfenwelle 76 ist an einer Radnabe mittels einer Keil verzahnung oder einer anderen bekannten Verbindung befestigt. Die Radnabe 80 ist in herkömmlicher Weise an einem Lagerinnenring 82 befestigt, dessen Außenfläche mit zwei um den Umfang verlaufenden Rillen 84 versehen ist. Die Rillen 84 nehmen Lagerkugeln 86 auf, die zugleich in ähnlichen Rillen 88 auf der Innenfläche eines Lageraußenrings 90 liegen. Die Radkonstruktion 48 ist an dem Aufhängungsquerlenker 50 durch den Lageraußenring 90 befestigt. Während bei der bevorzugten AusfUhrungsform das Gelenkinnenteil 70 an der Radkonstruktion und das Gelenkaußenteil 72 an dem Ende des Wellenteils 42 befestigt sind, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, das Innen- und Außenteil eines jeden Gleichlaufgelenks zu vertauschen, so daß z.B. das an dem äußeren Wellenende befestigte Gleichlaufgelenk 44 auch so eingesetzt werden könnte,

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daß das Gelenkinnenteil am Ende des Wellenteils 42 und das Gelenkaußenteil 72 an der Radkonstruktion 48 befestigt ist.

Wie in der Figur 3 und der vergrößerten Darstellung der Fig. 4 gezeigt ist, weisen das Gelenkinnen- und -außenteil 70 und 72 innere und äußere kugelige Flächen 100 und 102 auf, in die in einem gleichmäßigen Abstand voneinander sechs Paare gegenüberliegender Rillen 104 und 106 ausgebildet sind, die sich in vorbestimmter Weise längs der entsprechenden Achsen 21 und 49 des Gelenkinnen- bzw. -außenteils erstrecken, wobei diese Rillen vorzugsweise gerade verlaufen, so wie es in der Fig. 3 gezeigt ist. Die Rillen können aber auch so wie bei anderen bekannten Gleichlaufgelenken, wie z.B. bei denen in Fig. 5 und 6 oder in der US-PS 4,231,233, schräg verlaufen.

Zur übertragung des Antriebsdrehmoments zwischen dem Gelenkinnen- und -außenteil ist eine Kugel in jedem der sechs Paare gegenüberliegender Rillen 104 und 106 angeordnet, wobei die Kugeln so geführt werden, daß ihre Mittelpunkte in der homokinetischen Ebene liegen, die bei gebeugtem Gelenk den Winkel zwischen den Drehachsen des inneren und äußeren Gelenkkörpers halbiert.

Die Kugeln 108 werden so durch Kugel steuerungsmittel in Form eines ringförmigen Käfigs 110 mit sechs gleichmäßig verteilten, zwischen gegenüberliegenden Käfigendabschnitten 114 und 116 befindlichen Kugel öffnungen 112 in der homokinetischen Ebene gehalten.

Die gegenüberliegenden Endabschnitte 114 und 116 sind mit einer oberen und einer unteren teilweise kugeligen Käfigfläche 118 und 120 versehen. Aus Darstellungsgründen zeigt die Fig. 4 ein vergrößertes Spiel von 0,05 mm, das normalerweise zwischen der oberen und unteren teilweise kugeligen Käfigfläche 118 und 120 und denfemgrenzenden inneren und äußeren teilweise kugeligen Fläche 100 und 102 der entsprechenden Gelenkinnen- und außenteile 70 und 72 vorgesehen ist, so daß ein radiales Gesamtspiel von ca. 0,1 mm entsteht. Diese Toleranz trägt dazu bei, den inneren Widerstand,

,der andernfalls als Folge des Flächenkontakts zwischen den teilweise kugeligen Flächen bei der Gelenkbeugung entstehen würde, zu reduzieren. Solche Spielräume sind daher nur dann vorhanden, wenn das Gelenk nicht gebeugt ist und keine Torsionsbelastungen durch das Gelenk übertragen werden (d.h. wenn der Beugungswinkel A null Grad beträgt). Wenn der Beugungswinkel und das Antriebsmoment wachsen, führen solche Spielräume zum Flächenkontakt der entsprechenden angrenzenden Teile an den Endabschnitten des Käfigs, wie es in übertriebener Form in Fig. 4 dargestellt ist.

Aus Gründen, die z.B. in der US-PS 3928895 ausführlicher erklärt sind, liegen die Krümmungsmittelpunkte der inneren und äußeren teilweise kugeligen Flächen 100 und 102 auf der Gelenkachse beiderseits der durch sie verlaufenden homokinetischen Ebene. Dadurch, daß die teilweise kugeligen Flächen des Gelenkinnen- und-außenteils nicht den gleichen Radius aufweisen, üben sie intern erzeugte axiale Schubkräfte auf die Kugeln aus, wodurch die eine Hälfte der Kugeln 108 längs der Gelenkachse in die eine Richtung und die andere Hälfte in die entgegengesetzte Richtung gedrückt wird, wobei diese intern erzeugten Schubkräfte mit wachsendem Beugungswinkel und Antriebsdrehmoment zunehmen.

Durch die o.a. entgegengesetzten axialen Schubkräfte stellt sich der. Käfig 110 gegenüber seiner Konstruktionsstellung schräg, wobei einer der Endabschnitte 114 schräg radial nach innen steht, um die äußere teilweise kugelige Fläche 100 des Gelenkinnenteils 70 zu berühren, während der andere Endabschnitt 116 schräg radial nach außen steht, um die innere teilweise kugelige Fläche 102 des Gelenkaußenteils 72 zu berühren.

Um den o.a. hohen, intern erzeugten und auf die Kugeln wirkenden Schubkräften bei zunehmender Gelenkbeugung und zunehmendem Antriebsmoment standzuhalten, sind die Endabschnitte des in einem Gleichlaufgelenk verwendeten Käfigs 110 so ausgelegt, daß sie eine ausreichend große Stärke von über 5 mm und eine axiale Länge zwi-

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sehen jeder Kugelöffnung und jedem Endabschnitt von (in einem typischen Fall) 9,5 mm aufweisen, so daß der Käfig 110 einer intern erzeugten axialen Schubbeanspruchung von bis zu ca. 1470 N oder ca. 245 N pro Kugel standhalten kann, wobei auch jedes der sechs sich axial zwischen benachbarten Kugeln erstreckenden Segmente (nicht dargestellt) dieser Beanspruchung standhalten kann. Diese Konstruktion sowohl des Käfigs als auch der teilweise kugeligen Flächen des Gelenkinnen- und -außenteils beruht auf dem ungünstigsten, bei einem großen Beugungswinkel beim Anfangs- und Bruchdrehmoment vorkommenden Belastungszustand. Danach ist das Antriebsdrehmoment bei einer typischen Ausführungsform weniger als ein Drittel des Bruchdrehmoments, und die Beugungswinkel betragen nominell weniger als drei oder vier Grad, je nach Konstruktion und Straßenverhalten. Unter letzteren normalen Fahrbedingungen sind die intern erzeugten, von den oben beschriebenen Elementen eines jeden Gelenks getragenen axialen Schubbeanspruchungen proportional geringer, so daß die Gelenke die im Verhältnis höheren extern erzeugten Beanspruchungen tragen können. Bei einer an für Kraftfahrzeuge bestimmten Gleichlaufgelenken durchgeführten Versuchsreihe wurde festgestellt, daß das Gelenk wenigstens 4420 N einer extern erzeugten axialen Schubbelastung standhält, wobei das Gelenk ständig maximal gebeugt war und ständig einem maximalen Antriebsdrehmoment ausgesetzt war. Es wurde weiter festgestellt, daß ein herkömmliches Gelenk bei einem momentanen maximalen Bruchmoment extern erzeugten Schubbelastungen, die wenigstens das Doppelte oder Dreifache von 4420 N betragen, standhalten konnte. Mit anderen Worten, es liegt im Rahmen der Erfindung, daß ein herkömmliches Gl ei chi aufgelenk der dargelegten Art regelmäßig extern erzeugten Schubbeahspruchungen von wenigstens 4420 N und unter vorübergehenden extremen Beugungs- und Belastungsbedingungen bis zu 13200 N standhalten kann.

Die vorliegende Erfindung macht infolgedessen von einem Gleichi aufgelenk Gebrauch, um extern erzeugte axiale Beanspruchungen zu übertragen. Solche extern erzeugten Schubbeahspruchungen könnten zum Beispiel infolge des Ein- und Ausfederns des Rads von dem Rad quer nach innen auf das Differential gerichtet sein oder

sie könnten sogar von dem Differential quer nach außen auf das Rad gerichtet sein und zwar in solchen Konstruktionsfällen, wo das Differential solche Querbewegung ausführen darf.

Bei der übertragung solcher Beanspruchungen bildet die Antriebswellenanordnung einen ersten Bestandteil der unabhängigen Radaufhängung. Ein zweiter Bestandteil umfaßt den Aufhängungsquerlenker 50, der an dem Rahmen befestigt ist.

Beide Aufhängungsbestandteile müssen gegenüber der Kraftzuführeinheit an dem inneren Gleichlaufgelenk 40 um eine Pendelachse 51, so wie es in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt ist, schwingen, wobei sie den Beugungsmittelpunkt des inneren Gleichlaufgelenks und die Drehpunktachse des Endes 56 des Aufhängungsquerlenkers 50 verbinden. Da sich der Mittelpunkt des Gelenks 40 nahe der Achse 26 der Antriebswelle befindet, kann die Lage des zweiten Querlenkerdrehpunktes 58 so ausgewählt werden, daß der Sturz des hinteren Antriebsrads 36 als Reaktion auf dessen Ein- und Ausfederung auf ein Minimum reduziert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Aufhängungsquerlenker 50 an dem Querträger 18 an einer so ausgewählten Stelle befestigt, daß die Pendelachse 51 vorzugsweise parallel zu der Antriebswellenachse 26 verläuft.

Eine weitere Form des Gleichlaufgelenks, so wie sie in den Figuren 5 und 6 dargestellt und ausführlicher in der US-PS 4231233 angegeben ist, besteht aus einem Gelenkaußenteil 201, das in der seinen inneren kugeligen Hohlraum definierenden Fläche Rillen 202 aufweist, und einem Gelenkinnenteil 203, das in dem Hohlraum in dem Gelenkaußenteil angeordnet ist, wobei Rillen in der Außenfläche des Gelenkinnenteils ausgebildet sind. Die Kugeln 205 sind zwischen den Paaren von gegenüberliegenden Rillen 202 und 204 angeordnet, und aufgrund der Anordnung der Rillen werden die Kugeln in einer Ebene gehalten, die den Winkel zwischen den Drehachsen der Gleichlaufgelenkteile halbiert. Die Mittellinie der Rille 204 in dem Gelenkinnenteil erstreckt sich entlang einem Kreisbogen 206; die Mittellinie könnte jedoch auch von einem

Kreisbogen und einer zusätzlichen Geraden gebildet werden. Die Rillen 202 in der Innenfläche des Gelenkaußenteils erstrecken sich gegenüber den Rillen 204 spiegelbildlich in der Außenfläche des Gelenkinnenteils 203. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil 201 und dem Gelenkinnenteil 203 wird durch die Kugeln 205 bewirkt. Die Rillen 202 verlaufen auf den gegenüberliegenden Seiten des Gelenkaußenteils entlang dem Kreisbogen, der sich in einer Ebene 208 befindet, die gegenüber der Drehachse 209 des Außengelenkteils unter einem Winkeloc verläuft und diese Achse in einer Entfernung von dem Gelenkmittelpunkt 210 schneidet. Der Mittelpunkt 210 ist auf der Drehachse beider Gelenkteile angeordnet.

Aufgrund der kugeligen Außenfläche 211 des Gelenkinnenteils 203, die in der den Hohlraum 214 des Gelenkaußenteils 201 definierenden kugeligen Innenfläche 212 geführt wird, ist eine Axial bewegung zwischen den beiden Gelenkteilen unmöglich. Außerdem werden extern erzeugte Schubbeanspruchungen direkt von einer der inneren bzw. äußeren Flächen 212 bzw. 211 des Gelenkinnen- und -außenteils 201 und 203 auf die andere übertragen. Wegen der Anordnung der Rillen 202 und 204 in dem Gelenkaußenteil 201 und dem Gelenkinnenteil 203 werden in dem Gelenkinnenteil zwischen benachbarten Rillen Stege 213 gebildet, die zusammen mit den kugeligen Innenflächen 212, welche den Hohlraum 214 in dem Gelenkaußenteil begrenzen, als Führungsflächen dienen.

In der Figur 7 ist ein Endabschnitt einer Antriebswellenkonstruktion für ein Kraftfahrzeuggetriebe dargestellt. Das eine Ende einer rohrförmigen Welle 225 ist mit einem Gleichlaufschiebegelenk versehen. Das Außenteil 226.des Gleichi aufgelenks paßt in die Welle, und die Abschnitte 227 und 228 der rohrförmigen Welle 225 sind nach innen verformt, damit sie in die axialen Rillen und die in Umfangsrichtung verlaufende Rille 221 in dem Außenteil eingreifen.

Das Innenteil 229 des Gleichlaufgelenks weist eine teilweise kugelige Außenfläche auf, die so bearbeitet ist, daß sie mit in einem Winkelabstand voneinander verlaufenden Rillen

230, die sich parallel zu der Drehachse des Innenteils erstrecken, versehen ist. Die Rillen 230 des Innenteils 229 arbeiten paarweise mit Bahnformationen 215 des Außenteils 226 zusammen, um Kugelbahnen zu zuschaffen, entlang denen sich die Kugeln 231 während der relativen Winkel- und Axial bewegungen zwischen den Gleichlaufgelenken bewegen.

Das Innenteil 229 weist eine Bohrung 232 auf, die über einen Teil ihrer Länge mit einer inneren Keil verzahnung versehen ist, damit eine Keilzahnverbindung mit einer treibenden oder angetriebenen Welle 250, die einen entsprechend keil verzahnten Abschnitt aufweist, hergestellt werden kann. Dieser entsprechend keil verzahnte Abschnitt der Welle wird mit einer ringförmigem Rille gebildet, in der ein Federbügel angeordnet ist,der zusammengedrückt wird, wenn er durch den keil verzahnten Abschnitt der Bohrung 232 geführt wird. Wenn der Federbügel den inneren Endabschnitt 233 der Bohrung 232 erreicht, dehnt er sich federnd aus, so daß er die Welle in Eingriff mit dem Innenteil 229 hält.

Die Bohrung 232 in dem Innenteil 229 wird durch eine Endscheibe 234 verschlossen. Ein elastischer Belag 235 wird auf der Endscheibe 234 befestigt und weist einen im allgemeinen zylindrischen Abschnitt 236 auf, der mit einer nach innen gerichteten Lippe versehen ist, die von einer in dem inneren Endabschnitt des Innenteils 229 geformten ringförmigen Rille aufgenommen wird.

Ein Kugelkäfig mit öffnungen, in denen engsitzende Kugeln 231 gehalten werden, ist zwischen dem Innenteil 229 und dem Außenteil 226 des Gleichlaufgelenks angeordnet und zentriert das Innenteil 229 in dem Außenteil 226. Die Ausbildung des Käfigs 237 mit versetzten teilweise kugeligen Innen- und Außenflächen und die Ausbildungen der zusammenarbeitenden Flächen des Innenünd Außenteils, in die er eingreift, führen die Kugeln in die homokinetische Ebene, wenn das Gelenk gebeugt ist, wie es zum Beispiel in der US-PS 3464232 beschrieben ist.

Eine elastische Dichtung 238 von im allgemeinen ringförmiger Ausbildung ist an dem Innen- und Außenteil des Gleichlauf-

gelenks befestigt und weist einen inneren, im allgemeinen zylindrischen Abschnitt 239 mit einer radialen Endlippe, einen äußeren, im allgemeinen zylindrischen Abschnitt 240, neben dem sich ein Abschnitt 241 mit größerer Wandstärke befindet, und einen gekrümmten Abschnitt 242 auf, der die inneren und äußeren im allgemeinen zylindrischen Abschnitte 239 und 240 verbindet.

Das Innenteil 229 des Gleichlaufgelenks weist einen Abschnitt 243 auf, an dem der im allgemeinen zylindrische innere Abschnitt 239 der Dichtung 238 mittels eines Verbindungselementes befestigt ist. Neben dem Abschnitt 243 ist das Innenteil 229 mit einem Abschnitt 244 versehen, der im Vergleich zu dem Abschnitt

243 einen vergrößerten Querschnitt aufweist und der im Längsschnitt von gekrümmter Form ist.Die Dichtung 238 ist ursprünglich so geformt, daß der zylindrische Innenabschnitt 239 und der sich daran anschließende Teil der Dichtung im wesentlichen fluchten, und der Abschnitt

244 des Innenteils 229 mit dem vergrößerten Durchmesser dient dazu, den eingreifenden Teil der Dichtung 238 gegenüber der Achse des Innenteils 229 nach außen zu lenken. Auf diese Weise wird die Dichtung 238, wenn das Gleichlaufgelenk in Gebrauch ist und eine Axialbewegung zwischen dem Innen- und Außenteil des Gleichlaufgelenks stattfindet, nicht dazu neigen, sich nach innen in Eingriff mit der Welle zu bewegen, auf der das Innenteil 229 gehalten wird. Wenn sich die Welle und das Gleichlaufgelenk mit hoher Geschwindigkeit drehen, wird der der Welle am nächsten gelegene Teil der Dichtung 238 gegenüber der Achse des Innenteils 229 zentrifugal nach außen gedrängt, um die Dichtung 238 daran zu hindern, bei hoher Geschwindigkeit in dde Welle einzugreifen.

Der Abschnitt 241 der Dichtung 238 mit der vergrößerten Wandstärke dient dazu, die Unterlegscheibe 245 in Eingriff mit der Endfläche des Außenteils 226 zu halten, und der äußere im allgemeinen zylindrische Abschnitt 240 der Dichtung 238 ist an dem Außenteil 226 mittels einer Haltehülse 246 befestigt, die z.B. als Metallpreßling ausgebildet ist und einen Lippenabschnitt 247 aufweist, der beim Einbau des Gleichlaufgelenks nach innen in Richtung auf die angrenzende Fläche des Außenteils 226 gedrückt wird, damit

die Unterlegscheibe 245 zum Eingriff in die radiale Endfläche des Außenteils 226 gezwungen wird.

Die Unterlegscheibe 245 wird so angeordnet, daß sie sich über die Grundflächen der die Kugeln aufnehmenden Bahnformationen 215 hinaus erstreckt, und da die Unterlegscheibe 245 von der Dichtung 238 elastisch in Eingriff mit der Endfläche des Außenteils 226 gedrängt wird, dient die Unterlegscheibe 245 als elastischer Endanschlag, der das Ausmaß der Axial bewegung der Kugeln 231 in den Bahnformationen 215 und infolgedessen das Ausmaß der Schiebebewegung des Innenteils 229 gegenüber dem Außenteil 226 in Richtung aus der Welle 225 heraus begrenzt. Die Anordnung ist so, daß, wenn das Innenteil 229 sich relativ zu dem Außenteil 226 nach außen bewegt und demzufolge der Käfig 237 mit der Unterlegscheibe 245 in Berührung kommt, jede weitere Kraft mit der Tendenz, das Innenteil relativ zu dem Außenteil nach außen zu bewegen, durch den Eingriff des Käfigs 237 in die Unterlegscheibe 245 auf das Schiebegelenk an dem äußeren Ende der Welle 225 übertragen wird, was eine Bewegung des Außenteils des Gleichlaufgelenks ah dem anderen Ende der Welle

225 von dem entsprechenden Innenteil weg zur Folge hat.

An dem anderen Ende jeder Bahnformation 215 ist das Ausmaß der Bewegung der Kugeln 231 durch die Anlage des elastischen Belags 235 an dem benachbarten Teil der Stirnwand 252 des Außenteils

226 begrenzt. Das Gelenk ist unter diesen Bedingungen in der Lage, Axialkräfte zu übertragen.

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Claims (10)

XO13O.OO1/P84.1O4 GKN AUTOMOTIVE COMPONENTSlINtT. : : : .· -..· · * % Southfield, Michigan 4807 5 : ." ": :. :·: : "*: UNABHÄNGIGE RADAUFHÄNGUNG FOR EIN KRAFTFAHRZEUG Patentansprüche

1. Unabhängige Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, mit einem Straßenrad, einer auf einem Fahrgestell angebrachten Kraftzuführeinrichtung und einer Antriebswellenkonstruktion zur Drehmomentübertragung von der Kraftzuführeinrichtung auf das Straßenrad, wobei die Antriebswellenkonstruktion ein neben dei Kraftzuführeinrichtung angeordnetes Gleichlaufgelenk, eine weitere neben dem Straßenrad angeordnete Kupplung und ein das Gleichlaufgelenk mit der Kupplung verbindendes Wellenteil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (40), _f die weitere Kupplung und das Wellenteil (42) für die übertragung von Axialkräften ausgebildet sind, so daß axiale Schubkräfte zwischen dem Straßenrad (36) und der Kraftzuführeinrichtung übertragen werden können.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung aus einem weiteren Gleichlaufgelenk (44) besteht.

3. Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlaufgelenke (40,44) und das Wellenteil (42) so ausgelegt sind, daß eine relative Axial bewegung zwischen ihren Teilen verhindert wird, wodurch die axialen Schubkräfte übertragen werden können.

4. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichlaufgelenk (40) oder eines der Gleichlaufgelenke (40,44) ein Gelenkinnenteil (70) und ein Gelenkaußenteil (72) mit gegenüberliegenden, teilweise kugelförmigen Flächen zur übertragung axialer Schubkräfte zwischen den Gelenk-

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teilen (70,72), Gruppen von darin ausgebildeten, umfangsverteilten, einander gegenüberliegenden Rillen (104,106) und mehreren Kugeln (108) aufweist, von denen je eine in einem Paar gegenüberliegender Rillen in den Gelenkteilen angeordnet ist, so daß ein Drehmoment bei relativer Beugung zwischen den Gelenkteilen (70,72) übertragen werden kann.

5. Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichlaufgelehk (40,44) weiterhin einen ringförmigen, zwischen den teilweise kugelförmigen Flächen des Gelenkinnen- und Gelenkaußenteils (70,72) angeordneten Käfig (110) aufweist, der mit die Kugeln (108) aufnehmenden öffnungen (112) versehen ist, die Kugeln (108) während der Gelenkbeugung in der homokinetischen Ebene führt und auch die axialen Schubkräfte zwischen den Gelenkteilen (70,72) überträgt.

6. Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (110) erste und zweite Außenteile (114 bzw. 116) aufweist, die sich von den öffnungen (112) aus in entgegengesetzte axiale Richtungen erstrecken und die der axialen Zurückhaltung der Kugeln (108) während der Gelenkbeugung und der übertragung der axialen Schubkräfte dienen.

7. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte axiale Schubbeanspruchung 1470 N übersteigt.

8. Radaufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schubkraft aus einem infolge der Drehmomentübertragung unter Gelenkbeugung intern erzeugten Anteil und einem infolge der Wechselwirkung zwischen Rad (36) und Fahrbahn (38) extern erzeugten Anteil besteht.

9. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen Aufhängungsquerlenker (50) aufweist, der mit dem Rad (36) verbunden und an dem Fahrgestell (10)

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angelenkt ist, wobei der Querlenker (50) und das neben der Kraftzuführeinrichtung befindliche Gleichlaufgelenk (40) die Pendelbewegung des Rads (36) um die Pendesachse (51) gewährleisten.

10. Unabhängige Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, mit einem Fahrgestell und einer Kraftzuführeinrichtung, die auf dem Fahrgestell angebracht und so ausgelegt ist, daß sie ein Antriebsdrehmoment über Antriebswellen auf die seitlich von der Kraftzuführeinrichtung angeordneten Straßenräder überträgt, wobei das genannte Aufhängungssystem für jedes der genannten Räder dadurch gekennzeichnet ist, daß

ein erstes Aufhängungsteil (32) aus einer Antriebswellenkonstruktion mit einer ersten und einer zweiten Kupplung besteht, wobei eine der Kupplungen neben der Kraftzuführeinrichtung (20) angeordnet ist und ein Gleichlaufgelenk (40) mit einem Gelenkinnenteil und einem Gelenkaußenteil ist, die zusammenarbeitende, teilweise kugelförmige Flächen zur übertragung der Axialkräfte zwischen ihnen und im allgemeinen axial verlaufende, umfangsverteilte Gruppen von gegenüberliegenden Rillen sowie eine Mehrzahl von Kugeln aufweisen, von denen je eine in einem Paar gegenüberliegender Rillen zur Drehmomentübertragung zwischen den Gelenkteilen angeordnet ist, wobei das Gelenk (40) die Beugung um eine Achse (41) gewährleistet,

die andere Kupplung neben dem Rad (36) für die Drehmomentübertragung auf das Rad angeordnet und ein die beiden Kupplungen verbindendes Antriebswellenteil (42) vorgesehen ist, das das Drehmoment und die axialen Schubkräfte zwischen den beiden Kupplungen überträgt, und

ein zweites Aufhängungsteil (34) in Form eines Arms (50) an einem Ende mit dem Rad (36) verbunden und an dem anderen Ende an dem Fahrgestell (10) angelenkt ist, wobei die Anlenkung und die Beugungsachse (41) des Gleichlaufgelenks (40) eine Pendelachse definieren und das Rad (36) in seiner Pendelbewegung um die Pendelachse durch das erste und zweite Aufhängungsteil (32,34) beschränkt ist.