DE10150228C5

DE10150228C5 - Vorderachse eines Kraftfahrzeugs mit lenkbaren, angetriebenen oder nicht angetriebenen Rädern

Info

Publication number: DE10150228C5
Application number: DE10150228A
Authority: DE
Inventors: Johann Hamperl; Siegfried Dipl.-Ing. Tisch
Original assignee: Daimler AG; Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: US20030075892A1; US7066478B2; KR20030030951A; DE10150228B4; KR100539329B1; DE10150228A1

Abstract

Vorderachse eines Kraftfahrzeugs mit lenkbaren, angetriebenen oder nicht angetriebenen Rädern auf Achsschenkeln, die schwenkbar an einem Radführungselement angelenkt sind mit einer oberen und einer unteren Lagerstelle mit je einer ein Radiallager zur Lagerung eines Achsschenkelbolzens aufnehmenden, eine Lagerbüchse bildenden topfförmigen Hülse mit einem abgedichteten Schmiermittelreservoir, wobei am Boden der Hülse (2) eine Axialkräfte aufnehmende Anlaufscheibe (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Wälzkörper (7) des Radiallagers mit ihren stirnseitigen Stützflächen (8) axial an der Anlaufscheibe (3) abgestützt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs mit lenkbaren, angetriebenen oder nicht angetriebenen Rädern auf Achsschenkeln, die schwenkbar an einem Radführungselement angelenkt sind mit einer oberen und einer unteren Lagerstelle mit je einer ein Radiallager zur Lagerung eines Achsschenkelbolzens aufnehmenden, eine Lagerbüchse bildenden topfförmigen Hülse mit einem abgedichteten Schmiermittelreservoir, wobei am Boden der Hülse eine Axialkräfte aufnehmende Anlaufscheibe angeordnet ist.
Gattungsgemäße Vorderachsen kommen bei Geländefahrzeugen, SUVs (Sport Utility Vehicles), leichten bis schweren Nutzfahrzeugen und bei Omnibussen zum Einsatz. Die Gelenkverbindung zwischen dem Achsschenkel und dem Radführungselement, z. B. einem Starrachskörper oder einer Führung einer Einzelradaufhängung, wird bei bekannten Konstruktionen durch einen Achsschenkelbolzen mit zwei Lagerstellen oder zwei separate Achsschenkelbolzen realisiert. Als radiale Lagerung werden zumeist Nadellager und Nadelhülsen angesetzt. Axialkräfte werden von einem separaten Axialgleit- oder -rollenlager aufgenommen. Dieses Lager erfordert jedoch eine besonders zuverlässige Abdichtung, was sich in der Praxis als Schwachstelle herausgestellt hat. Das Lager muss regelmäßig nachgeschmiert werden um Schmutz, Wasser und Abrieb aus der Lagerung zu drücken und die Lagerteile mit frischem Schmierfett zu versorgen. Bei einem Versagen der Abdichtung besteht die Gefahr, dass das Lager nach kurzer Zeit unbrauchbar wird.
Es hat auch bereits Versuche gegeben, Achsschenkelbolzenlagerungen wartungsfrei auszuführen. Dazu werden relativ lange und dünne Nadellager verwendet, die unter Last hohe Kantenpressungen erzeugen. Alle bekannten Ausführungen weisen zudem den Nachteil auf, dass für die obere und die untere Lagerstelle unterschiedliche Bauteile benötigt werden.
Stand der Technik
Aus der DE 199 55 509 A1 ist eine Achsschenkelbolzenlagerung mit einer topfförmigen Hülse bekannt, deren Boden die äußere Stirnfläche des Achsschenkelbolzens überdeckt. Diese kombinierte Radial-Axial-Lagerung ist aus separaten Komponenten für die Axiallagerung und die Radiallagerung gebildet. Die Axialkomponente der Lagerung wird durch ein Axiallager gebildet. Der Achsschenkelbolzen stützt sich stirnseitig über das Axiallager an dem Boden der topfförmigen Hülse ab. Das Axiallager kann durch eine Kunststoffgleitscheibe gebildet sein, das Radiallager kann ein Nadellager oder ein Gleitlager sein.
Aus der DE 197 38 114 A1 ist eine Achsschenkellagerung mit einer topfförmigen Hülse bekannt, deren Boden die äußere Stirnfläche des Achsschenkelbolzens überdeckt. Die Vorderachse ist in einem Radial-Axial-Lager gelagert, wobei die Axialkomponente außerhalb des Napfes entfernt vom Boden am Rand des Napfes angeordnet ist. Das Axiallager ist als Rollenlager ausgebildet. Zwischen der äußeren Stirnseite des Achsschenkelbolzens und dem Boden der Hülse ist ein Freiraum vorgesehen, der die Funktion des Axial-Rollenlagers sicherstellt.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorderachse mit einer zuverlässig abgedichteten Achsschenkellagerung zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorderachse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass Wälzkörper des Radiallagers mit ihren stirnseitigen Stützflächen axial an der Anlaufscheibe abgestützt sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorderachse kann ein separates Axiallager entfallen, stattdessen werden auftretende Axialkräfte direkt über die Anlaufscheibe auf die Achsschenkelbolzen übertragen.
Die Wälzkörper können erfindungsgemäß kürzer und mit größerem Durchmesser als bei bekannten Lagerungen ausgeführt werden, sodass hohe Radialbelastungen elastischer aufgefangen werden können und ein Verschränken der Wälzkörper sicher verhindert wird.
Die erfindungsgemäße Vorderachse weist den Vorteil auf, dass die obere und die untere Lagerstelle aufgrund des Fehlens eine Axiallagers identisch ausgeführt werden können, was zu einer entsprechenden Verringerung der Bauteilvielfalt und zu wirtschaftlichen Losgrößen führt.
Besonders günstige Gleitlagereigenschaften ergeben sich, wenn die Anlaufscheibe eine Beschichtung aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweist oder daraus besteht. Dieser Werkstoff ermöglicht die Übertragung relativ hoher Kräfte von den Rollen stützflächen und weist ein ausgezeichnetes Lang zeitverhalten auf.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass das Schmiermittelreservoir wahlweise mit Fett oder Öl befüllbar ist. In beiden Fällen wird herstellerseitig eine Lebensdauerbefüllung vorgenommen, so dass die erfindungsgemäße Vorderachse praktisch wartungsfrei ist. Bevorzugt wird eine Befüllung mit Öl, die eine größere Lebensdauer erwaten lässt und eine Lagerung mit einem höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Fettfüllung ergibt. Dennoch ist die Lagerung der erfindungsgemäßen Vorderachse so aufgebaut, dass der Schmiermittelvorrat bei Bedarf kontrolliert und ergänzt werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Büchse eine die Lagerung abdichtende Abdichteinheit aufweisen, die ein vorzugsweise federvorgespanntes Dichtelement umfasst. Durch die Abdichteinheit wird die Lagerung gekapselt, so dass keine Schmutzpartikel von außen eindringen können. Es ist bekannt, dass Dichtungen im Laufe der Zeit einem durch die Relativbewegungen verursachten Verschleiß unterliegen. Durch ein federvorgespanntes Dichtelement kann jedoch eine praktisch konstante Anlagekraft des Dichtelements erzielt werden, so dass die Abdichteinheit auch nach längerer Betriebsdauer zuverlässig abdichtet. Radialwellendichtringe eignen sich insbesondere, wenn das Schmiermittelreservoir mit Öl gefüllt ist. Bei einer Fettfüllung kann aus Kostengründen auch eine Dichtung mit mehreren Lippen verwendet werden.
Zur Erleichterung der Montage der erfindungsgemäßen Vorderachse kann die Büchse mit dem Radiallager und der Abdichteinheit vormontierbar sein. Die Lagerbüchse kann als kompakte montagefertige Einheit hergestellt werden, so dass sowohl die Montage, die Wartung, die Kosten als auch die Zuverlässigkeit der Lagerung der Vorderachse verbessert werden.
Ausführungsbeispiel
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines besonders geeigneten Ausführungsbeispiels zusammen mit den Figuren. Dabei zeigt:
1 eine Lagerbüchse in einer geschnittenen Ansicht;
2 eine Lagerbüchse mit eingesetztem Achsschenkelbolzen in einer geschnittenen Ansicht; und
3 die Achsschenkelbolzenlagerung einer erfindungsgemäßen Vorderachse in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 im Schnitt dargestellte Lagerbüchse 1 besteht aus einer einstückigen, topfförmigen Hülse 2, die vorzugsweise durch Tiefziehen hergestellt ist. In die Hülse 2 ist eine Anlaufscheibe 3 eingesetzt, deren Stahlrücken 4 an dem inneren Hülsenboden 5 anliegt. Die Anlaufscheibe 3 weist auf ihrer entgegengesetzt zum Hülsenboden 5 liegenden Seite eine Beschichtung 6 aus einem Gleitlagerwerkstoff auf, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Beschichtung 6 aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufgebracht ist.
Die Lagerung weist eine Mehrzahl rollenförmiger Wälzkörper 7 auf, die aus einem Wälzlagerstahl hergestellt sind und mit ihren seitlichen Rollenstützflächen 8 auf der PVDF-Beschichtung 6 der Anlaufscheibe 3 abgestützt sind. Die Lagerbüchse 1 enthält insgesamt 23 Wälzkörper 7, die einerseits an der Hülseninnenseite 9 der Hülse 2 und andererseits an der Außenseite eines in die Lagerbüchse 1 eingesetzten, in 1 nicht dargestellten Achsschenkel bolzens anliegen.
An mehreren Stellen ist ein Schmiermittel 10 im Bereich der Anlaufscheibe 3 und der Wälzkörper 7 aufgebracht.
Auf die der Rollenstützfläche 8 gegenüberliegende Rollenstützfläche 11 wirkt eine Tellerfeder 12, die ihrerseits von einem einen nach innen abgewinkelten Bund 14 aufweisenden Haltering 13 fixiert wird, so dass die Tellerfeder 12 zumindest einer geringen Vorspannkraft unterliegt und die Wälzkörper 7 auch bei gegebenenfalls auftretendem Verschleiß mit annähernd konstanter Kraft gegen die Beschichtung 6 drückt. Zwischen dem nach innen abgewinkelten Bund 14 des Halterings 13 und einem aus einem Federstahl hergestellten Verschlussring 15 ist ein Klemmabschnitt 16 eines Dichtrings 17 formschlüssig geklemmt. Der Dichtring 17 ist aus einem Elastomer hergestellt, es kann sich dabei um ein Acrylnitril-Butadien-Elastomer handeln. Der Dichtring 17 ist als Radialwellendichtring ausgebildet und weist einen umlaufenden Armierungsring 18 aus Stahl auf. Dieser Armierungsring 18 übt eine radiale Vorspannkraft auf diesen Abschnitt des Dichtrings 17 aus, so dass die innenliegende hervorstehende Dichtkante 19 des Dichtrings 17 im Einbauzustand radial überall an dem eingesetzten Achsschenkelbolzen anliegt und den Innenraum der Lagerbüchse 1 vollständig abdichtet.
Die Abdichtung der Hülse 2 umfasst ferner einen Dichtring 20, der einen zweifach abgewinkelten, annähernd U-förmigen Querschnitt aufweist. Im inneren des Dichtrings 20 befindet sich eine korrosionsgeschützte Armierung aus Stahlblech 21, die im Bereich der Hülsenöffnung von einem Elastomer 22 überzogen ist. Der parallel zur Längsseite der Hülse 2 liegende Außenabschnitt 23 der Stahlarmierung 21 ist an seinem Ende nach innen gebogen und greift in eine umlaufende Nut 24 der Hülse 2 ein. Im Einbauzustand liegt der Achsschenkelbolzen sowohl an der den Elastomerüberzug 22 aufweisenden Fläche des Dichtrings 20 als auch an der Dichtkante 19 des Dichtrings 17 an.
2 zeigt die Lagerbüchse 1 von 1 mit eingesetztem Achsschenkelbolzen 25 in einer geschnittenen Schnittansicht. Der Achsschenkelbolzen 25 weist einen umlaufenden, außenseitig vorspringenden Bund 26 auf, an dem der Dichtring 20 axial anliegt. Ebenso erfolgt eine radiale Abdichtung an der Dichtkante 19, die seitlich an dem Achsschenkelbolzen 25 anliegt. Wie in 2 zu erkennen ist, weist der Achsschenkelbolzen 25 einen radialsymmetrischen Hohlraum 27 auf, an den sich auf einer Seite eine Gewindebohrung 28 und eine radiale Ausnehmung 29 anschließt, die eine Anlagefläche für eine den Hohlraum 27 abdichtende Verschlussschraube 30 bildet. Der Hohlraum 27 dient als Schmiermittelreservoir, das sowohl mit Öl als auch mit Fett befällt werden kann. Die der Verschlussschraube 30 gegenüberliegende Seite des Hohlraums 27 ist konusartig verjüngt, daran schließt sich eine Durchgangsöffnung 31 an, so dass das in dem Hohlraum 27 aufgenommene Schmiermittel in den Lagerbereich zwischen der Anlaufscheibe 3 und den Wälzkörpern 7 gelangen kann. Die in 2 dargestellte Achsschenkelbolzenlagerung ist vollkommen gekapselt, so dass eine einzige Fett- oder Ölbefüllung für die gesamte Lebensdauer genügt. Durch die Relativbewegungen zwischen dem Achsschenkelbolzen 25, den Wälzkörpern 7 und der Hülse 2 mit Anlaufscheibe 3 verteilt sich das Schmiermedium selbsttätig, ohne dass eine Kontrolle oder Nachbefüllung im Rahmen der Wartung erforderlich wäre. Bei der Montage werden die Dichtlippen und die Dichtringzwischenräume der Dichtringe 17, 20 befettet, um auch in diesem Bereich das Eindringen von Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit zu vermeiden.
Neben den durch die Lagerung aufgenommenen Radialkräften treten auch Axialkräfte auf, diese werden über den Hülsenboden, die Anlaufscheibe 3 und den Achsschenkelbolzen 25 geleitet. Ein zusätzliches separates Axiallager ist daher nicht erforderlich.
3 zeigt die Achsschenkelbolzenlagerung einer Vorderachse in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht. Die nicht dargestellten lenkbaren Räder sind jeweils an einem im Lagerbereich gabelartig geteilten Achsschenkel 33 gelagert. Der Achsschenkel 33 ist an einer oberen Lagerstelle 34 und einer unteren Lagerstelle 35 an einem im Lagerbereich gabelartig geteilten starren Achskörper 36 schwenkbar gelagert.
Die obere Lagerstelle 34 und die untere Lagerstelle 35 weisen jeweils eine Lagerbüchse 1 mit einem eingesetzten Achsschenkelbolzen 25 auf, beide Lagerstellen 34, 35 sind symmetrisch. Die Achsschenkelbolzen 25 sind jeweils in entsprechend gegengleich ausgebildete Lageraufnahmen 37 des Achskörpers 36 eingepresst. Analog ist die Lagerbüchse 1 in einer Lageraufnahme 38 einer am Achsschenkel 33 befestigten Halterung 39 eingepresst.

Claims

Vorderachse eines Kraftfahrzeugs mit lenkbaren, angetriebenen oder nicht angetriebenen Rädern auf Achsschenkeln, die schwenkbar an einem Radführungselement angelenkt sind mit einer oberen und einer unteren Lagerstelle mit je einer ein Radiallager zur Lagerung eines Achsschenkelbolzens aufnehmenden, eine Lagerbüchse bildenden topfförmigen Hülse mit einem abgedichteten Schmiermittelreservoir, wobei am Boden der Hülse (2) eine Axialkräfte aufnehmende Anlaufscheibe (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Wälzkörper (7) des Radiallagers mit ihren stirnseitigen Stützflächen (8) axial an der Anlaufscheibe (3) abgestützt sind.
Vorderachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (3) eine Beschichtung (6) aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweist.
Vorderachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittelreservoir (27) mit Fett oder Öl befüllbar ist.
Vorderachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise vorgespannte Tellerfeder (12) auf Stützflächen (11) der Wälzkörper (7) aufgesetzt ist.
Vorderachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (1) eine die Lagerung abdichtende Abdichteinheit aufweist.
Vorderachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichteinheit ein vorzugsweise federvorgespanntes Dichtelement umfasst.
Vorderachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement einen Radialwellendichtring (17) umfasst.
Vorderachse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (1) mit dem Radiallager und der Abdichteinheit vormontierbar ist.
Vorderachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wartungsfrei ist.
Vorderachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager ein- oder zweireihig ausgebildet ist.
Vorderachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Lagerstellen (34, 35) identisch sind.