Vorrichtung zum Verstellen von Sturz und/oder Spur der Räder von Radaufhängungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von Sturz und/oder Spur der Räder von Radaufhängungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In einer gattungsgemäßen Vorrichtung ist der Sturz und/oder die Spur der Räder im Fahrbetrieb über in den Radträger integrierte Stellzylinder bzw. Drehteile verstellbar. Der Radträger ist dabei in ein das Rad aufnehmendes Trägerteil und ein an Radaufhängungselementen angelenktes Führungsteil unterteilt, die durch Verdrehung eines oder beider Stellzylinder über elektrische Stellmotoren das Trägerteil relativ zum Führungsteil verschwenken. Die Verstellung wird dabei dadurch bewirkt, dass die rotationssymmetrischen Stellzylinder eine gemeinsame Drehachse und dazu geneigte Schrägflächen aufweisen, die bei Verdrehung der Stellzylinder gleichsinnig oder gegensinnig ein entsprechendes Verschwenken des Trägerteiles um bis zu 5° Spur- und/oder Sturzwinkel ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass sie funktionell besonders robust und baulich sehr kompakt ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Trägerteil einen das Radlager aufnehmenden Flanschabschnitt und einen zum Führungsteil sich erstreckenden Nabenabschnitt aufweist, um den herum die beiden Stellzylinder bzw. Drehteile mit deren Gleitlagerungen angeordnet sind und dass zwischen dem Nabenabschnitt und dem Führungsteil und/oder radial außerhalb zwischen dem Flanschabschnitt und dem Führungsteil eine Abdichtung vorgesehen ist. Damit gelingt es, eine zwischen dem Trägerteil und dem Führungsteil baulich besonders kompakt bauende Konstruktion zu schaffen, die durch die „gekapselte" Anordnung auch rauhen Einsatzbedingungen gerecht wird. Dabei ist eine günstige Kraft- und Momentenabstützung zwischen dem Seitenkräften und Bremsmomenten ausgesetzten Trägerteil und dem Führungsteil gegeben.

Die radial äußere Abdichtung kann bevorzugt durch einen mit dem Flanschabschnitt des Trägεrtsües und einem ringförmigen Vorsprung am Führungsteil fest verbundenem Faltenbalg gebildet sein, der mit baulich einfachen Mitteln die innerhalb des Faltenbalges positionierten Stellzylinder mit ihren Lagerungen abdeckt.

In besonders vorteilhafter Weise kann der Faltenbalg als Metallbalg ausge- bildet sein und zugleich als Verdrehsicherung für das Trägerteil dienen. Der Metallbalg kann somit in fertigungstechnisch günstiger Weise zwei Funktionen in einem erfüllen.

In alternativer Ausgestaltung kann jedoch innerhalb eines gummielastischen Faltenbalges ein in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Trägerteil und dem Führungsteil gekoppelter Kardanring angeordnet sein. Der Kardanring kann in Umfangsrichtung formschlüssig zum Beispiel mit an dem Trägerteil und dem Führungsteil angeformten, axial zueinander gerichteten Mitnehmern versehen sein, die in entsprechende, umfangsversetzte Ausnehmungen des Kardanringes einragen. Des Weiteren kann an dem Führungsteil ein Lagerring ausgebildet sein, auf dem der eine Stellzylinder drehbar gelagert ist, wobei die radial innere Abdichtung zwischen dem Lagerring und dem Nabenabschnitt des Trägerteiles angeordnet ist und somit in baulich einfacher Weise die radial innere Abdichtung der gesamten Verstellmimik mit Stellzylindern, Wälzlagern, etc. erreicht ist.

Besonders vorteilhaft kann die Abdichtung gebildet sein mittels eines einen Kugelabschnitt aufweisenden Dichtringes, der auf dem Nabenabschnitt angeordnet ist und der mit einer kalottenförmigen Ausnehmung im Lagerring dich- tend zusammenwirkt. Daraus resultiert eine zuverlässige Abdichtung auch größerer Verstellausschläge des Nabenabschnittes relativ zum Lagerring.

Insbesondere kann dabei der Dichtring auf dem Nabenabschnitt axial verschiebbar geführt sein und rnitteis einer Feder gegen die kalottenförmige Aus- nehmung im Lagerring vorgespannt sein. Ferner kann der Mittelpunkt des Kugelabschnittes des Dichtringes mit dem Schwenkpol des Trägerteiles bei einer Verstellung des Sturzes und/oder des Spurwinkels über die Stellzylinder zumindest in Wesentlichen zusammenfallen. Beide Maßnahmen ermöglichen bei einer fertigungstechnisch einfachen Konstruktion eine zuverlässige Abdichtung auch bei größeren Verstellwinkeln des Trägerteiles. Die Gleitflächen des Dichtringes und/oder der Ausnehmung im Lagerring sollten feinbearbeitet und/oder beschichtet sein (zum Beispiel mit PTFE).

Des weiteren können in einer bevorzugten Anordnung die Stellzylinder über elektrische Stellmotoren verdrehbar sein, die am Flanschabschnitt des Trägerteiles und an einem Flansch des Führungsteiles jeweils befestigt sind und die über Stirnradtriebe mit an den Stellzylindern ausgebildeten Zahnkränzen zusammenwirken, wobei die Zahneingriffe jeweils innerhalb der radial äußeren Abdichtung liegen. Dabei kann vorteilhaft der mit dem Trägerteil zusammenwirkende Stellzylinder mit dessen Zahnkranz in eine Ringnut des Flanschabschnittes des Trägerteiles einragen, wobei der Stellmotor dann durch eine entsprechende Ausnehmung im Flanschabschnitt hindurch mit dem Zahnkranz trieblich verbunden ist.

Bei einem über eine Gelenkwelle angetriebenen Rad des Kraftfahrzeuges wird vorgeschlagen, dass der das Rad tragende Radflansch einen Nabenabschnitt aufweist, der sich durch den Nabenabschnitt des Trägerteiles hindurch erstreckt und der im Bereich der radial inneren Abdichtung über eine Steckver- zahnung mit der Gelenkglocke der Gelenkwelle trieblich verbunden ist. Dies stellt bei einer robusten Konstruktion und Antriebsmoment-Einleitung in den Radflansch einen ausreichenden Freigang der Gelenkglocke der Gelenkwelle bei entsprechender Spur- und Sturzverstellung des Rades sicher.

Schließlich kann der die Steckverzahnung aufweisende Antriebszapfen der Gelenkglocke mittels einer am Radflansch angreifenden Spannschraube unter Zwischenschaltung einer zwischen dem Nabenabschnitt des Radflansches und dem Nabenabschnitt des Trägerteiles vorgesehenen, an der Gelenkglocke und an dem Lagerinnenring des Radlagers abgestützten Distanzhülse gehalten sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden näher erläutert. Die anliegende, schematische Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein Prinzipbild der Vorrichtung zum Verstellen von Spur- und

Sturzwinkel einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einem mehrteiligen Radträger;

Fig. 2 in stark vereinfachter Ansicht eine Ausführung des Radträgers im Längsschnitt; und Fig. 3 den in der Fig. 2 gezeigten Radträger in Seitenansicht sowie mit in

Schnittdarstellung gezeigtem Faltenbalg.

Die Fig. 1 zeigt zur theoretischen Erläuterung der Erfindung als grobes Prinzip- bild ein Radführungselement bzw. einen Radträger 10 einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, der zur Verstellung des Sturzes und/oder der Spur des Rades 1 im Bereich der Radlagerung wie folgt unterteilt ist:

Der Radträger 10 weist ein Trägerteil 12 auf, in dem das Rad des Kraftfahr- zeuges drehbar gelagert ist. Die Betriebsbremse des Fahrzeuges ist starrverbunden mit dem Trägerteil 12. Es sei bemerkt, dass soweit nicht beschrieben die Funktionsteile der Radaufhängung bekannter Bauart sein können.

Ferner weist der Radträger 10 ein Führungsteil 14 auf, das mit der Radaufhängung zusammenwirkt bzw. gegebenenfalls einen Teil der Radaufhängung bildet.

Zwischen dem Trägerteil 12 und dem Führungsteil 14 sind als Stellelemente zwei im Wesentlichen rotationssymmetrische Stellzylinder bzw. Drehteile 16, 18 vorgesehen, die jeweils über Drehachsen 20, 22 verdrehbar mit dem Trägerteil 12 bzw. dem Führungsteil 14 verbunden sind. Die beiden Drehachsen 20, 22 sind in den Figuren koaxial ausgerichtet und verlaufen in der Raddrehachse.

Während die dem Trägerteil 12 und dem Führungsteil 14 unmittelbar benachbarten Anlaufflächen 16a, 18a der Stellzylinder 16, 18 rotationssymmetrisch ausgeführt sind, liegen die Stellzylinder 16, 18 über plane Schrägflächen 16b, 18b aneinander in Gleitkontakt derart an, dass der Stellzylinder 16 um eine in der Fig. 1 und 2 nach oben geneigte Drehachse 24 dreht. Die Drehachse 24 ist daher wie ersichtlich senkrecht zu den Schrägflächen 16b, 18b und in einem definierten Winkel x zu der Drehachse 22 geneigt ausgerichtet.

In der Fig. 1 ist die Mittelachse 20 des Trägerteiles 12 koaxial zur Drehachse 22 des Führungsteiles 14 ausgerichtet. Die Mittelachse 20 des Trägerteils 12 fällt mit der Raddrehachse zusammen, so dass das in den Fig. 2 und 3 gezeigte Fahrzeugrad 1 in einer Neutrallage ohne Sturz- und Spurwinkel eingestellt ist. In der später beschriebenen Ausführungsform der Fig. 2 ist zusätzlich auch die Mittelachse 20 ^' angedeutet. Die gezeigte Winkellage der Mittelachse 20 ^' ergibt sich beim Verdrehen des Stellzylinders 16 gegenüber den Stellzylinder 18 um einen Drehwinkel von 180°.

Am Trägerteil 12 und am Führungsteil 14 ist gemäß der Fig. 1 jeweils ein elektrischer Stellmotor 26, 28 vorgesehen, die mit den Stellzylindern 16, 18 über Zahnriemen 30 trieblich verbunden sind. Mittels der Stellmotoren 26, 28 können die Stellzylinder 16, 18 gleichsinnig oder gegensinnig in beide Drehrichtungen verdreht werden, wodurch das Trägerteil 12 eine Taumelbewegung ausführend den Spurwinkel und/oder den Sturzwinkel des Rades 1 entsprechend verändert.

In der Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform des in der Fig. 1 gezeigten mehrteiligen Radträgers 10 gezeigt. Diese Ausführungsform stimmt vom grundsätzlichen Aufbau mit dem Radträger 10 der Fig. 1 überein. Insofern wird auf dessen Beschreibung Bezug genommen.

Die Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt entlang der Drehachse 22 des Rades 1 der Radaufhängung den Radträger 10 in einer konstruktiven Ausführung.

Der Radträger 10 setzt sich wie vorstehend beschrieben aus dem mit Radfüh- rungselementen wie Lenkern, etc. gelenkig verbundenen Führungsteil 14, dem das Rad tragenden Trägerteil 12 und den rotationssymmetrischen Stell- zylindem 16, 18 zusammen.

Das Führungsteil 14 weist einen Tragflansch 34 auf, der einen radial innenlie- genden Lagerring 36 trägt. Der Lagerring 36 bildet über eine Gleitfläche 38 mit dem radial außenliegenden Stellzylinder 18 eine erste Gleitlagerung, deren Drehachse mit der Drehachse 22 zusammenfällt.

Gemäß der Fig. 2 sind die Stellmotoren 26, 28 mit den Stellzylinder 16, 18 in Wirkverbindung, die mit Pfeilen angedeutet ist. Der Stellzylinder 18 kann in einer Ausführung an seinem Außenumfang mit einem nicht gezeigten Zahnkranz versehen sein, der mit einem nicht ersichtlichen Antriebszahnrad des elektrischen Stellmotors 28 trieblich zusammenwirkt. Der Stellmotor 28 kann ebenfaiis an dem Tragflansch 34 des Führungsteiles 14 befestigt sein.

Das Führungsteil 12 weist gemäß der Fig. 2 einen radial ausgerichteten Flanschabschnitt 40 und einen axial verlaufenden Nabenabschnitt 42 auf. Der Nabenabschnitt 42 erstreckt sich radial innerhalb der beiden Stellzylinder 16, 18 bis auf Höhe des Lagerringes 36 des Tragflansches 34.

Innerhalb des Flanschabschnittes 40 ist ein Radlager 44 als Drehlager für einen nicht näher dargestellten Radflansch mit einem axial in den Nabenabschnitt 42 ebenfalls in Richtung der Schulter der Gelenkwellenglocke 62 vorgesehen.

Das Rad 1 ist in üblicher Weise an dem Radflansch mittels Radschrauben befestigt. Zusätzlich ist eine Bremsscheibe einer Scheibenbremse am Radflansch befestigt. Der Bremssattel der Scheibenbremse ist in nicht ersichtlicher Weise an dem Flanschabschnitt 40 des Trägerteiles 12 befestigt. Des Weiteren ist auf dem Nabenabschnitt 42 über eine Gleitfläche 56 der Stellzylinder 16 drehbar gelagert. Beide Stellzylinder 16, 18 sind daher um ihre Drehachsen 24 drehbar zwischen dem Trägerteil 12 und dem Führungsteil 14 gelagert. Die Drehachse 22 des führungsteilseitigen Stellzylinders 18 ist in der gezeigten Neutrallage koaxial zur Raddrehachse 20 ausgerichtet. Die Drehachse 24 des trägerteilseitigen Stellzylinders 16 ist um den Winkel x gegenüber der Drehachse 22 des führungsteilseitigen Stellzylinders 18 nach oben geneigt ist.

Die relevanten Schrägflächen 16b, 18b der Stellzylinder 16, 18 sind um einen Winkel derart unterschiedlich und schräg zur Drehachse 22 des führungsteilseitigen Stellzylinders 18 ausgeführt, dass durch deren Verdrehung der Sturzwinkel und/oder der Spurwinkel des Rades im Bereich von ca. 5° aus der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Neuiraisteiiung neraus verstellbar sind.

Der Stellzylinder 16 trägt dabei einen nicht gezeigten Außenzahnkranz, der über ein nicht ersichtliches Antriebszahnrad mit dem elektrischen Stellmotor 26 trieblich verbunden ist. Der Stellmotor 26 ist an dem Flanschabschnitt 40 des Trägerteiles 12 entsprechend befestigt.

Das Fahrzeugrad 1 ist über eine nur teilweise dargestellte Gelenkwelle 60 angetrieben, von der in der Fig. 2 der Einfachheit halber nur deren Gelenkglocke 62 und der hülsenförmige Antriebszapfen 64 dargestellt sind. Der Antriebszapfen 64 ist dabei über eine Steckverzahnung in den Nabenabschnitt 48 des Radflansches eingesteckt und mittels einer nicht gezeigten Spannschraube mit einer Spannhülse gegen den Radflansch gespannt.

Als Verdrehsicherung zwischen dem Führungsteil 14 und dem Trägerteil 12 ist radial außerhalb der Stellzylinder 16, 18 ein Kardangelenk 57 vorgesehen, das zwischen dem radseitigen Trägerteil 12 und dem achsseitigen Führungsteil 14 geschaltet ist.

Das Kardangelenk 57 weist gemäß der Fig. 3 als ein zentrales Gelenkteil einen Kardanring 63 auf, der sich radial außerhalb um die Stellzylinder 16, 18 erstreckt und über einen Radialabstand von den Stellzylindern 16, 18 beabstandet ist. Der Kardanring 63 ist jeweils über eine Kardangelenkgabel 77 mit dem radseitigen Trägerteil 12 und mit dem achsseitigen Führungsteil 14 in Verbindung.

Die beiden Gelenkgabeln 77 weisen jeweils radseitige und achsseitige Stege 65, 66 auf. Die Stege 65, 66 sind einerseits in Festverbindung mit den Trägerund Führungsteilen 12, 14 und andererseits mittels Lagerzapfen 68, die die zueinander rechtwinkligen Drehachsen 67, 69 definieren, am Kardanring 63 angelenkt. Die radseitigen und achsseitigen Stege 65, 66 sind gemäß der Fig. 3 zueinander um einen Winkel von 90° winkelversetzt. Damit das Kardangelenk 57 den Winkelausschlägen des Radträgers 10 folgen kann, sind die Lagerzapfen 68 so angeordnet, dass deren Drehachsen 67, 69 den Schnittpunkt B zwischen der Drehachse 22 des Stellzylinders 18 und der Drehachse 24 des Stellzylinders 16 kreuzen.

Die Vorrichtung zur Verstellung des Radsturzes und/oder der Spur wie vorbeschrieben ist radial außerhalb mittels eines gummielastischen Faltenbalges 74 (vgl. Fig. 2) gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Schmutz abgedichtet.

Alternativ kann der Faltenbalg 74 als dünnwandiger Metallbalg ausgeführt sein, der ausreichend torsionssteif als Verdrehsicherung dient und zusätzlich soweit biegeelastisch ist, dass er unter Abdichtung der radial innenliegenden Funktionsteile die genannten Verstellwinkel dauerhaft aufnimmt. Das oben beschriebene Kardangelenk 57 kann dann entfallen. Die radial innere Abdichtung der Stellzylinder 16, 18 und deren Gleitflächen bzw. Anlageflächen 16b, 18b, 38, 56 ist zwischen dem Lagerring 36 an der Tragplatte 34 des Führungsteiles 14 und dem Nabenabschnitt 42 des Trägerteiles 12 im Bereich der Gelenkglocke 62 der Gelenkwelle 60 vorgesehen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei einer Spur- und Sturzverstellung des Rades das Trägerteil 12 eine Taumelbewegung mit einem Gelenkpol etwa bei M ausführt, so dass an dem Ringspalt a zwischen der Gelenkglocke 62 und dem Lagerring 36 ein ausreichender Freigang vorzusehen ist.

Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Abdichtung ist auf dem Nabenabschnitt 42 ein hülsenförmiger Dichtring 76 axial verschiebbar gelagert, der an seiner Stirnseite einen Kugelabschnitt 76a aufweist, der mit einer kalottenförmigen Äusnehmung 36a im Lagerring 36 zusammenwirkt. Eine an einem Ringbund des Nabenabschnittes 42 und des Dichtringes 76 abgestützte Schraubendruckfeder 78 spannt den Kugelabschnitt 76a des Dichtringes 76 gegen die Ausnehmung 36a vor.

Die Krümmungsradien der Gleitflächen 76a, 36a sind zumindest im Wesentli- chen so ausgeführt, dass deren Mittelpunkt mit dem Bewegungspol B in der Drehachse 22 zusammenfällt. Die Gleitflächen 76a, 36a sind mit einem Oberflächenfinish versehen oder mit einem eine geringe Reibung aufweisenden Material (zum Beispiel PTFE) beschichtet.