DE4116212A1 - Radlagerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlagerung für ein Fahrzeugrad mit einer Nabe, die fahrzeugseitig gehalten ist und auf der eine Felge drehbar und axial unverschieblich gehalten ist.

Es ist bekannt derartige Räder mit einem Gleitlager oder mit einer Kugellageranordnung zu versehen, die jedoch eine Reibung und Abnutzung aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lagerung zu offenbaren, die geringere Reibung und eine geringere Stoß- und Schwingungsüber­ tragung aufweist.

Die Lösung besteht darin, daß die Felge einen radial gerichteten permanentmagnetisch polarisierten Magnetkranz trägt und einer Polfläche des Magnetkranzes mit einem engen Luftspalt gegenüber­ liegend gestellseitig mindestens ein Magnetblock angeordnet ist, der so polarisiert ist, daß er die Radlagerkraft zumindest teilweise aufnimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Rad wird durch die Magnetkraft in der Nabe durch einen Luftspalt beabstandet gehalten. Es wird unter dem Magnetkranz eine Magnet­ blockfläche mit abstoßender Polarität plaziert, und oberhalb kann eine Anziehung vorgesehen werden.

Dies ergibt folgende Vorteile:

• - Eine Übertragung der Fahrbahngeräusche im Fahrzeug ist ausge­ schlossen;
• - die Unebenheiten der Fahrbahn werden nicht bemerkt;
• - die Stoßdämpfer sind bezüglich der Stöße entlastet;
• - eine Reibung besteht an den Radlagern nicht, wodurch der Energie­ verbrauch sinkt;
• - das Fahrverhalten des Fahrzeuges ist verbessert; dadurch bleibt der Fahrer längere Zeit fahrtüchtig;
• - die Endgeschwindigkeit des Fahrzeuges erhöht sich;
• - das Fahrzeugchassis und die Lenkeinrichtung werden geschont;
• - die Radrollgeräusche werden nicht auf das Fahrzeug übertragen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1-7 dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeugrad (1) mit einem ringförmigem Magnetkranz (40) sowie einem oberen und einen unteren Magnetblock (60, 61), die - nicht dargestellt - an einer Gabel eines Fahrzeuggestelles gehalten sind.

Fig. 2 zeigt das Fahrzeugrad (1) im eingebauten Zustand in der Gabel (10) in Seitenansicht.

Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch das Rad (1). Der Magnetkranz (40) ist von keilförmigem Querschnitt. Die beiden schräg V-förmig zur Seite gerichteten Polflächen sind entgegengesetzt polarisiert. Diesen Polflächen stehen komplementär mit einem geringem Luftspalt die Polflächen von Magnetblöcken (60, 61) gegenüber. Diese Magnetblöcke (60, 61) sind zu der Lenksäule oder der Gabel (10) befestigt, an der auch eine Bremsvorrichtung (9) bekannter Art montiert ist, die auf das Rad (1) einwirkt, wenn sie betätig ist. Der untere Magnetblock (61) hat einen nach unten sich erweiternden Querschnitt, in dem sich der Magnetkranz (40) mit einem engen Luft­ spalt (5) befindet. Dieser wird durch die magnetische Abstoßung der sich gegenüberstehenden gleichnamigen Polflächen so gehalten, daß ein Gleichgewicht mit der Last, die auf die Nabe wirkt, gehalten wird. Der oberhalb der Radachse (A) liegende Magnetblock (60) ist auf den nach oben gerichteten Flächen, die zu dem Magnetkranz (40) hin gerichtet sind, invers zu diesem polarisiert, so daß eine Anziehung erfolgt, die jedoch so gering gehalten ist, daß sie die Last, die auf die Nabe wirkt nicht, völlig überwindet, so daß der Schwebezustand der Nabe in den Magnetfeldern stets erhalten bleibt.

Zur Seite sind die Magnetpole des oberen Magnetblockes (60) ungleichsinnig zum Magnetkranz (40) polarisiert, so daß die Abstoßungen von beiden Seiten zentrierend auf das Rad (1) wirken.

Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausgestaltung einer Radaufhängung. Dabei sind an der Felge (4) des Rades (1) um die Nabe (3) herum, die wie üblich in einer Gabel (10) gehalten ist, der Magnetkranz (40) angeordnet. Dieser hat einen etwa quadratischen Querschnitt, und eine Diagonale des Querschnittes ist radial angeordnet. Seine Polarisierung ist parallel zur Radachse (A) ausgerichtet. Beidseitig des Magnetkranzes (40) sind oberhalb und unterhalb der Radachse (A) je ein Magnetblock (60′, 60′′; 61′, 61′′) zwischen der Gabel (10) angeordnet, die jeweils aus einem Magnetteilblock bestehen, die spitzklammerartig mit einem geringen Luftspalt den Magnetkranz (40) umfassen und durch eine geeignete Polarisierung in Schwebe halten. Zu der Nabe (3) ist eine Lageranordnung wie Gleit- und/oder Kugellagern enthalten, die so viel Spiel haben, daß sie keine Reibung verursachen, jedoch bei extremer Stoßlast einen sicheren Anschlag bieten, so daß der Luftspalt (5) nie ganz geschlossen ist, da dieser etwas weiter als das Lagerspiel ist.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen vergrößert im Detail die Polarisierung der vier Flächen (40A-40D) des Magnetkranzes (40) und der vier korrespondieren­ den Polflächen (60A-60D) der oberen Magnetblockanordnung (60′, 60′′) sowie der vier Polflächen (61A-61D) der unteren Magnetblockanordnung (61′, 61′′). Die unteren Polpaare (40A, 60A; 40B, 60B; 40C, 61C; 40D, 61D) sind jeweils ungleichnamig und somit durch Anziehung tragend, und die oberen Polpaarungen (40C, 60C; 40D, 60D; 40A, 61A; 40B, 61B) sind gleich­ namig und somit abstoßend. Sie nutzen damit die Tragfähigkeit des Magnetpotentials voll aus.

Zu Fig. 7 Ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Magnet­ anordnung dargestellt, bei der zumindest ein Teil der Magnetblöcke (62′, 62′′) als Elektromagnete ausgebildet sind. Die Luftspalte (5′, 5′′) dieser Magnetteilblöcke (62′, 62′′) zu den Polflächen des Magnetkranzes (40) werden durch Sensoren (8′, 8′′) gemessen und deren Abstandssignale sind einer Stromregelvorrichtung (R′, R′′) zugeführt, die die Wicklungen (W′, W′′) der Elektromagnete (62′, 62′′) so geregelt bestromt, daß die Luftspalte (5′, 5′′), eine vorgegebene Weite aufweisen.

Die Grundlast wird vorteilhaft durch Permanentmagnetblöcke getragen, und nur die variable Last wird von den Elektromagneten ausgeglichen, so daß nur relativ wenig elektrische Bestromungsenergie verbraucht wird.

Die Regelvorrichtung (R′ R′′) kann vorteilhaft schwingungsdämpfend ausgestaltet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Magnetblöcke (63′, 63′′) zeigt Fig. 8, wo allseitig des Magnetkranzes (40) gleichnamige Pole um den Luftspalt angeordnet sind. Hier durch wird eine allseitige Zentrierung bewirkt, da die Magnetkräfte mit der Luftspaltweite abnehmen. Derartige Magnetblöcke sind vorteilhaft etwa in Achshöhe vorgesehen, wodurch die Last aufgenommen wird, die jeweils durch den Rollwiderstand oder durch die Bremsverzögerung zu übertragen ist. Eine Anordnung dieser Magnetblockgruppe ist jedoch auch im oberen oder unteren Radbereich möglich, da sich dann, je nach Belastung oben ein kleinerer Luftspalt als unten einstellt, so daß wegen der Nicht­ linearität der Abstoßungskraft über die Luftspaltweite der Trageffekt erreicht wird.

Claims (12)

1. Radlagerung, insbesondere für ein Fahrzeugrad (1, 2), mit einer Nabe (3), die fahrzeugseitig gehalten ist und auf der eine Felge (4) drehbar und axial unverschieblich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (4) einen radial gerichtet permanentmagnetisch polarisierten Magnetkranz (40) trägt und einer Polfläche (40A, 40B, 40C, 40D) des Magnetkranzes (40) mit einem engen Luftspalt (5) gegenüberliegend gestellseitig mindestens ein Magnetblock (60, 61) angeordnet ist, der so polarisiert ist, daß er die Radlagerkraft zumindest teilweise aufnimmt.

2. Radlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (40) außer einer radialen Polarisierung nach beiden Seiten gerichtete Magnetfeldkomponenten aufweist und aus dem gestellseitigem Magnetblock (60, 61) zu den seitlichen Magnetfeld­ komponenten zentrierend abstoßende Magnetfelder austreten.

3. Radlagerung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Polflächen (40A, 40B; 40C, 40D) des Magnetkranzes V-förmig zueinander und divergierend oder konvergierend zur Radachse (A) angeordnet sind und der Magnetblock (60, 61) eine geometrisch komplementäre Polanordnung (60A, 60B; 60C, 60D) mit geringem Luftspalt (5) aufweist.

4. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Magnetpole (60A, 60B) des Magnetblockes (60), die unterhalb des Magnetkranzes (40) angeordnet sind, anziehend dazu polarisiert sind und gegebenenfalls die Magnetpole (60C, 60D), die oberhalb des Magnetkranzes (40) beabstandet gehalten sind, abstoßend dazu polarisiert sind.

5. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (40) achsparallel zur Radachse polarisiert ist und einen etwa quadratischen Querschnitt aufweist, dessen eine Diagonale radial liegt, und daß jeweils beidseitig des Magnetkranzes (40) je ein Teilmagnetblock (60′, 60′′) oberhalb der Radachse (A) gestellseits angeordnet ist und ein zweiter Magnetblock (61), der aus je einem Teilmagnetblock (61′, 61′′) besteht, unterhalb der Radachse (A) beidseitig des Magnetkranzes (40) gestellseitig gehalten ist.

6. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Radnabe ein Kugel- oder Gleitlager (70) enthalten ist, das ein Spiel aufweist, das etwas geringer ist als es der Luftspalt (5) zwischen den Polflächen (40A, 40B; 40C, 40D; 60A, 60B; 60C, 60D) gewährt.

7. Radlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetblöcke (60, 61) ein Nabeninnenteil bilden und der Magnetkranz (40) ein Nabenaußenteil bildet.

8. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Magnetblöcke (62′, 62′′) ein Elektromagnet ist, dessen Bestromung mittels Abstandsensoren (8′, 8′′) so geregelt ist, daß die zugehörigen Luftspalten (5′, 5′′) eine vorgegebene Weite haben.

9. Radlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Magnetkranzes (40) je ein elektromagnetischer Magnetteilblock (62′, 62′′) angeordnet ist und diese Teilblöcke jeweils mittels eines zugehörigen Sensors (8′, 8′′) der Luftspaltweiten (5′, 5′′) durch getrennte Regelvorrichtungen (R′, R′′) zur Einhaltung jeweils vorgegebener Luftspaltenweiten (5′, 5′′) bestromt sind.

10. Radlagerung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtungen (R′, R′′) schwingungsdämpfend ausgestaltet sind.

11. Radlagerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilmagnetblock (63′, 63′′) dem Magnetkranz (40) jeweils nur mit abstoßend gleichnamigen Magnetpolflächen gegenüberliegend angeordnet ist.

12. Radlagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilmagnetblock (63′, 63′′) mit der zum Magnetkranz (40) nur abstoßend orientierten Magnetpolflächenanordnung etwa in Achshöhe der Radachse (A) angeordnet ist.