Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei sogenannten aktiven Lenksystemen, insbesondere für die Hinterachse von Fahrzeugen, kann der Radsturz beziehungsweise die Radspur über ein Stellglied eingestellt werden, so dass durch Steuerung des Stellglieds aktiv auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs Einfluss genommen werden kann.

Aus der DE 10 2004 049 296 A1 ist eine gattungsgemäße Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Diese weist eine das Fahrzeugrad drehbar lagernde Nabeneinheit sowie ein achsseitiges Führungsteil auf, zwischen denen Drehteile geschaltet sind. Das der Nabeneinheit zugewandte Drehteil ist ein zylindrischer Verstellring, der mit seinen zylindrischen inneren und äußeren Wirkflächen mit korrespondierenden Wirkflächen des anderen Drehteils und der Nabeneinheit zusammenwirkt. Die Drehachsen der beiden Drehteile sind zueinander schräggestellt. Bei einer Verdrehung der beiden Drehteile kann daher die Radspur oder der Radsturz eingestellt werden.

Die beiden Drehteile können durch Stellantriebe beliebig zueinander verdreht werden. Je nach Kombination der Drehwinkel ergibt sich dabei die gewünschte Vorspur-/Sturzeinstellung. Im Extremfall kann der sich ergebende Beugewinkel in einer Größenordnung von mehreren Winkelgraden liegen. Das heißt, dass das Trägerteil zu dem Führungsteil, das mit weiteren Lenkern am Fahrzeug- aufbau festgelegt ist, um einen Winkel von mehreren Winkelgraden schräg stehen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radaufhängung bereitzustellen, bei der auftretende Radialkräfte und Axialkräfte in einfacher Weise betriebssicher abgestützt werden können.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 sind die einander zugewandten Wirkflächen zwischen dem Führungsteil, dem Drehteil und/oder dem Trägerteil der Radaufhängung nicht zylindrisch gestaltet, sondern kann eine erste Wirkfläche ein kegel- oder kugelförmiges Hohlprofil radial be- grenzen, in das die zweite, zugewandte Wirkfläche zumindest im Wesentlichen formschlüssig einragen kann.

Im Hinblick auf den erfinderischen Gedanken sind unterschiedliche Varianten der beiden einander zugewandten Wirkflächen denkbar: Beispielsweise können die beiden zugewandten Wirkflächen kegelförmig ausgebildet sein, oder kann eine erste der Wirkflächen als Kugelkalotte ausgebildet sein, während die zweite Wirkfläche entsprechend kugelförmig in diese Kugelkalotte einragen kann. Alternativ kann die erste Wirkfläche kegelförmig sein, während die zweite Wirkfläche eine Kugelscheibenoberfläche ist, wodurch eine Kegel- pfanne/Kugelscheiben-Lagerung erreicht ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden zwischen Führungsteil und Trägerteil geschalteten Drehteile ein Stellglied zur Einstellung eines Spur- und/oder Sturzwinkels ausbilden. Hierzu können die einander zuge- wandten Wirkflächen zwischen den beiden Drehteilen derart ausgelegt sein, dass die Drehachse des einen Drehteils um einen Neigungswinkel gegenüber der Drehachse des anderen Drehteils schräggestellt ist.

Die jeweils einander zugewandten Wirkflächen können in einer Variante un- mittelbar oder gegebenenfalls unter Zwischenlage einer reibungsvermindern- den Beschichtung in Anlage sein, wodurch eine insgesamt kostengünstige sowie robuste Gleitlagerung zwischen beiden Wirkflächen bereitgestellt ist.

Alternativ dazu können die einander zugewandten Wirkflächen über ein Rollenlager miteinander in Verbindung sein. Im Falle von kegelförmig ausgebildeten Wirkflächen kann dies ein Kegelrollenlager sein.

Erfindungsgemäß ergeben sich zwischen dem vierteiligen Radträger, bestehend aus Trägerteil, den beiden Drehteilen sowie dem Führungsteil drei Lagerstellen. Für eine einwandfreie Aufnahme der Axial- und Radialkräfte ist es von Vorteil, wenn jede der Lagerstellen mit Kegelrollenlagern ausgeführt ist.

Das zweite Drehteil weist gemäß obiger Beschreibung eine dem ersten Drehteil zugewandte Wirkfläche sowie eine dem Führungsteil zugewandte Wirkfläche auf. Für eine besonders kompakte sowie in Axialrichtung stabile Ausführung können diese beiden Wirkflächen am zweiten Drehteil in zueinander entgegengesetzter Richtung ausgeweitet sein.

Das erste Drehteil gemäß obiger Beschreibung weist demgegenüber eine dem Trägerteil zugewandte Wirkfläche und eine dem zweiten Drehteil zugewandte Wirkfläche auf, die in gleicher Richtung kegel- oder kugelförmig ausgeweitet sein können.

Vor diesem Hintergrund kann das zweite Drehteil in Axialrichtung beidseitig je- weils ein kegel- oder kugelförmiges Hohlprofil aufweisen, in das einerseits das erste Drehteil und andererseits auch das Führungsteil einragen kann. Das Trägerteil kann außerdem mit seiner Wirkfläche radial innenseitig innerhalb des ersten Drehteiles bauraumgünstig angeordnet sein.

Das radseitige Trägerteil und das achsseitige Führungsteil können in der Axialrichtung durch ein Fesselungsmittel festgelegt sein. Insbesondere kann das Fesselungsmittel eine Vorspannkraft in der Axialrichtung auf das Füh- rungs- und Trägerteil ausüben. Durch ein solches Festlegen oder Verspannen der Träger- und Führungsteile können die Lagerstellen insbesondere auf Axialdruckkräfte und Radialkräfte beansprucht werden, während Axialzugkräfte durch das Fesselungsmittel selbst aufgenommen werden können.

Montagetechnisch günstig ist es, wenn der vierteilige Radträger, bestehend aus Trägerteil, den Drehteilen sowie dem Führungsteil, in einer Montage- richtung etwa in Steckverbindung miteinander verbunden sind, ohne dass eine hinterschneidende Konstruktion zur axialen Fixierung der Bauteile erforderlich ist. Beim Zusammenbau können daher die Bauteile einfach ineinander gesteckt werden. Aus baulichen Gründen ist es weiter bevorzugt, wenn das Fesselungsmittel das Führungsteil und das Trägerteil miteinander verbindet, wobei das Fesselungsmittel radial außerhalb der Drehteile angeordnet sein kann.

Das Fesselungsmittel kann zugleich als eine Kupplung zwischen dem Trägerteil und dem Führungsteil wirken. Die Kupplung kann wiederum als Dreh- momentbrücke ein Drehmoment, etwa ein Bremsmoment, vom Trägerteil auf das Führungsteil und damit zum Fahrzeugaufbau übertragen. Hierzu kann das Fesselungsmittel bevorzugt ein Kardangelenk oder ein Metallbalg sein.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

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

Sturzwinkel einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einem mehrteiligen Radträger;

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer gegenständlichen Ausführung, mit einem ein Rad tragendes Trägerteil, einem an Radführungselementen der Radaufhängung angelenkten Führungsteil und mit zwei verdrehbaren Drehteilen, die über elektrische Stellmotoren verstellbar sind;

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 in vergrößerter Darstellung der

Anordnung und Drehlagerung der Drehteile sowie der Träger- und Führungsteile;

Fig. 4 in stark vereinfachter Ansicht die Vorrichtung zur Veranschaulichung der Verstellmimik; sowie

Fig. 5a bis 5c unterschiedliche Varianten der Wirkflächen zwischen den beiden Drehteilen.

Die Fig. 1 zeigt zur theoretischen Erläuterung der Erfindung als grobes Prinzipbild einen Radträger 10 einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, der zur Ver- Stellung des Sturzes und/oder der Spur des Fahrzeugrades wie folgt unterteilt ist:

Der Radträger 10 weist ein Trägerteil 12 auf, in dem das Rad und das Bremselement (Bremsschreibe, Bremstrommel) einer Betriebsbremse des Kraftfahr- zeuges drehbar gelagert ist. 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 Radauf- hängung zusammenwirkt beziehungsweise gegebenenfalls einen Teil der Radaufhängung bildet.

Zwischen dem Trägerteil 12 und dem Führungsteil 14 sind als Stellelemente zwei im Wesentlichen rotationssymmetrische Drehteile 16, 18 vorgesehen, die jeweils über Drehachsen 20, 22 verdrehbar mit dem Trägerteil 12 beziehungsweise 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 be- nachbarten Anlaufflächen der Drehteile 16, 18 rotationssymmetrisch ausgeführt sind, liegen die Drehteile 16, 18 über Schrägflächen 16b, 18b aneinander derart an, dass das Drehteil 16 um eine in der Fig. 1 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, so dass das am Trägerteil 12 gehalterte Fahrzeugrad ohne Sturz- und Spurwinkel eingestellt ist. In der später beschriebenen Fig. 4 ist zusätzlich auch die Mittenachse 20' angedeutet. Die gezeigte Winkellage der Mittenachse 20' ergibt sich beim Verdrehen der Drehteile 16, 18 um einen Drehwinkel von 180°.

Am Trägerteil 12 und am Führungsteil 14 ist jeweils ein elektrischer Stellmotor

26, 28 vorgesehen, die mit den Drehteilen 16, 18 im Prinzipbild über Zahn- riemen 30 trieblich verbunden sind. Mittels der Stellmotoren 26, 28 können die Drehteile 16, 18 gleichsinnig oder gegensinnig in beide Drehrichtungen verdreht werden, wodurch das Trägerteil 12 eine Schwenkbewegung oder eine Taumelbewegung ausführend den Spurwinkel und/oder den Sturzwinkel des Rades entsprechend verändert.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in einem Längsschnitt entlang der Drehachse 22 des Rades der Radaufhängung den Radträger 10 in einer konstruktiven Ausführung.

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

Das Führungsteil 14 weist einen Tragflansch 34 auf, der einen radial innenliegenden Lagerring 36 trägt. Gemäß der Fig. 3 ist die kegelförmige Wirkfläche 36a des Lagerrings 36 der kegelförmigen Wirkfläche 18a des radial außenliegenden Drehteils 18 zugewandt. Der Lagerring 36 bildet über Lagerrollen 38 mit dem radial außenliegenden Drehteil 18 eine erste Kegelrollenlagerung, deren Drehachse mit der Drehachse 22 zusammenfällt.

Das Drehteil 18 ist an seinem Außenumfang mit einem Zahnkranz 18c versehen, der mit einem nicht ersichtlichen Antriebszahnrad des elektrischen Stellmotors 28 trieblich zusammenwirkt. Der Stellmotor 28 ist ebenfalls an dem Tragflansch 34 des Führungsteiles 14 befestigt.

Das Trägerteil 12 weist gemäß der Fig. 3 einen radial ausgerichteten Flanschabschnitt 40 und einen axial verlaufenden Nabenabschnitt 42 auf. Der Nabenabschnitt 42 erstreckt sich radial innerhalb der beiden Drehteile 16, 18 bis auf Höhe des Lagerringes 36 des Tragflansches 34. Innerhalb des Flanschabschnittes 40 ist ein Radlager 44 als Drehlager für einen Radflansch 46 vorgesehen, der einen axial in den Nabenabschnitt 42 ebenfalls bis etwa zum Lagerring 36 einragenden Nabenabschnitt 48 aufweist.

An dem Radflansch 46 sind mittels Radschrauben 50 (nur teilweise dargestellt) das Rad beziehungsweise die Felge 32 und die Bremsschreibe 52 einer Scheibenbremse 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 einen Lagerinnenring 54 und ein Kegelrollenlager 56 das Drehteil 16 drehbar gelagert, wobei dessen Drehachse ebenfalls mit der Raddrehachse 22 zusammenfällt. Der Lagerinnenring 54 und das radial äußere Drehteil 16 weisen hierzu einander zugewandte kegelförmige Wirkflächen 54a und 16a auf, zwischen den das Kegel- rollenlager 56 vorgesehen ist.

Ferner ist das Drehteil 16 über ein drittes Kegelrollenlager 58 mit Lagerrollen in dem Drehteil 18 verdrehbar gelagert. Dabei sind die relevanten kegelförmigen Wirkflächen 16b, 18b derart schräg zur Drehachse 22 ausgeführt, dass durch deren Verdrehung der Sturzwinkel und/oder der Spurwinkel des Rades im Bereich von ca. 5° aus einer Neutralstellung heraus verstellbar sind.

Das Drehteil 16 ragt gemäß der Fig. 3 in eine Axialnut 40a des Flanschabschnittes 40 ein und trägt einen Außenzahnkranz 16c, der über ein nicht ersichtliches Antriebszahnrad und durch eine Ausnehmung in dem Flanschabschnitt 40 hindurch mit dem elektrischen Stellmotor 26 trieblich verbunden ist. Der Stellmotor 26 ist an dem Flanschabschnitt 40 des Trägerteiles 12 entsprechend befestigt. Der Radflansch 46 ist über eine nur teilweise dargestellte Gelenkwelle 60 angetrieben, von der der Einfachheit halber nur deren Gelenkglocke 62 und der hülsenförmige Antriebszapfen 64 dargestellt sind. Der Antriebszapfen 64 ist dabei über eine Steckverzahnung 64a in den Nabenabschnitt 48 des Rad- flansches 46 eingesteckt und mittels einer Spannschraube 66 mit einer Spannhülse 68 gegen den Radflansch 46 gespannt. Zwischen einer Ringschulter der Gelenkglocke 62 und dem Radlager 44 ist eine Distanzhülse 69 abgestützt, die koaxial zu sowie in Radialrichtung zwischen den Nabenabschnitten 42, 48 des Trägerteils 12 und des Radflansches 46 angeordnet ist. Die Spannschraube 66 verspannt somit den Bauteilverbund bestehend aus Spannhülse 68, Radflansch 46, Radlager 44, Distanzhülse 69 und Gelenkwelle 60.

Als Verdrehsicherung zwischen dem Führungsteil 14 und dem Trägerteil 12 ist gemäß der Fig. 2 und 3 radial außerhalb der Drehteile 16, 18 ein Kardanring 72 vorgesehen, der in Umfangsrichtung formschlüssig über zum Beispiel axial in den Kardanring 72 einragende Mitnehmer an dem Flanschabschnitt 40 des Trägerteiles 12 geführt ist und der lediglich Winkelausschläge, aber keine Relatiwerdrehung zulässt.

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. Der Faltenbalg 74 ist dabei an ringförmigen Vorsprüngen 40a, 34a des Flanschabschnittes 40 des Trägerteils 12 und des Tragflansches 34 des Führungsteils 14 entsprechend befestigt.

Alternativ kann, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, der Faltenbalg 74 als dünnwandiger Metallbalg ausgeführt sein, der ausreichend torsionssteif als Verdrehsicherung dient und zusätzlich soweit biegeelastisch ist, dass er unter Ab- dichtung der radial innenliegenden Funktionsteile die genannten Verstellwinkel dauerhaft aufnimmt. Der beschriebene Kardanhng 72 kann dann entfallen.

Eine radial innere Abdichtung der Drehteile 16, 18 und deren Rollenlage- rungen, etc. 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 in der Mitte des Kardangelenks bei M (Fig. 4) ausführt, so dass an dem Ringspalt zwischen der Gelenkglocke 62 und dem Lagerring 36 ein ausreichender Freigang vorzusehen ist.

Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Abdichtung ist dazu auf dem Nabenabschnitt 42 ein hülsenförmiger Dichtring 76 axial verschiebbar gelagert, der an seiner Stirnseite einen Kugelabschnitt 76a aufweist, der mit einer kalottenförmigen Ausnehmung 36b im Lagerring 36 zusammenwirkt.

In der Fig. 4 ist stark vereinfacht die Verstellmimik der erfindungsgemäßen Radaufhängung gezeigt. Demzufolge sind die Stellmotoren 26, 28 innerhalb des Metallbalgs 74 mit den Drehteilen 16, 18 in Wirkverbindung, die mit den Pfeilen angedeutet ist. Wie bereits anhand der Fig. 3 erläutert, weist das Drehteil 18 zwei Wirkflächen 18a und 18b auf. Die Wirkflächen 18a, 18b sind in zueinander entgegengesetzten Richtungen kegelförmig ausgeweitet.

Die für eine Sturz-/Spurverstellung relevanten Wirkflächen 18b und 16b der beiden Drehteile 16, 18 sind dabei um Kegelwinkel (γ+x) beziehungsweise (v- x) schräg zur Drehachse 22 nach oben geneigt. Die kegelförmigen Wirkflächen 54a, 16a zwischen dem Lagerring 54 und dem Drehteil 16 sind dabei in Axialrichtung ineinander verschachtelt ausgeführt. In den Fig. 5a bis 5c sind weitere Varianten der Erfindung schematisch gezeigt. So entspricht die in der Fig. 5a gezeigte Anordnung vom grundsätzlichen Aufbau und der Funktionsweise den vorangegangenen Vorrichtungen. Im Unterschied zu den vorangegangenen Vorrichtungen ist in der Fig. 5a zwischen den Drehteilen 16, 18 eine Gleitlagerung vorgesehen, bei der die kegelförmigen Wirkflächen 16b, 18b unmittelbar in Anlage sind. Die Drehteile 16, 18 sind außerdem über nicht gezeigte Radial- und Axiallagerungen in Drehverbindung mit dem Trägerteil 12 und mit dem Führungsteil 14.

Im Unterschied zur Fig. 5a sind die in den Fig. 5b und 5c dargestellten Gleitlagerungen zwischen den Drehteilen 16, 18 nicht mittels korrespondierender kegelförmiger Wirkflächen 16b, 18b erreicht. Vielmehr ist in der Fig. 5b die Wirkfläche 16b des Drehteils 16 in etwa kugelförmig ausgebildet und mit einer als Kugelkalotte ausgebildeten Wirkfläche 18b des Drehteils 18 in Gleitkontakt. In der Fig. 5c ist demgegenüber die Wirkfläche 16b des Drehteils 16 nach Art einer Kugelscheibenoberfläche gestaltet, die in einer als Kegelpfannenfläche ausgebildeten Wirkfläche 18b einragt.