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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Radaufhängungen
für Kraftfahrzeuge
und insbesondere ein Aufhängungssystem
umfassend einen Stabilisatorstab mit einer Einsteck-Endverbindern,
welche die hohlen Enden des Stabilisatorstabs mit verschiedenen
Aufhängungskomponenten
verbinden.
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2. Diskussion
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Üblicherweise
werden Kraftfahrzeuge mit einer unabhängigen Radaufhängung ausgestattet,
die dazu dient, Erschütterungen
und andere Vibrationen zu absorbieren und dabei für ein ruhiges
und komfortables Fahrgefühl
des Fahrzeugfahrers zu sorgen. Bei Radaufhängungen dieser Art wird allgemein
ein Anti-Roll-System eingesetzt, um die Roll-Starrheit zu erhöhen und
die Steuerstabilität
des Fahrzeugs zu verbessern. Herkömmliche Anti-Roll-Systeme umfassen
einen Stabilisatorstab an einer schwenkbaren Aufhängungskomponente,
wie beispielsweise einem Steuerarm. Der Stabilisatorstab hat einen
länglichen zentralen
Abschnitt, der derart ausgerichtet ist, dass er sich seitlich über das
Fahrzeug erstreckt, sowie Armabschnitte, die sich von den Enden
des zentralen Abschnitts ausgehend derart erstrecken, dass sie im allgemeinen
eine U-Form bilden. Der zentrale Abschnitt des Stabilisatorstabs
ist derart befestigt, dass er über
eine oder mehrere Befestigungsbügel,
die an dem Fahrzeugkörper
oder -rahmen befestigt sind, um seine eigene Längsachse drehbar ist. Zumeist sind
die Befestigungsbügel
in der Nähe
der Armabschnitte angeordnet, um ein möglicherweise im Stabilisatorarm
erzeugtes Biegemoment zu minimieren.
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Wie
bereits erwähnt,
werden Endverbinder dazu verwendet, das distale Ende jedes Armabschnitts
des Stabilisatorstabs mit dem jeweiligen Steuerarm zu verbinden.
Die Funktion der Endverbinder liegt darin, die relative Winkelbewegung zwischen
dem Stabilisatorstab und dem Steuerarm, die durch den Bewegungsverlauf
der Aufhängung
erzeugt wird, aufzunehmen. Stabilisatorstäbe sind derart herge stellt,
dass sie eine Endform (d.h. eine Augenform oder die Form einer Schaufel
mit Öffnung) an
jedem Ende haben, die dazu geeignet ist, ein Befestigungsmittel
aufzunehmen, das sich von dem Endverbinder ausgehend erstreckt.
Manche Endverbinder sind von der Art eines "Silentblocks" und haben Befestigungsmittel mit einem
Gewinde, wie beispielsweise eine Schraube, die eine Gummimanschette
und die Endform durchsetzt. Um die Schraube mit der Endform zu verbinden,
wird eine Verschlussmutter eingesetzt. Eine andere Art eines Endverbinders,
der allgemein als "direktwirkender" Endverbinder bezeichnet
wird, verfügt über ein
Kugelgelenk, das eine schnellere und steifere Reaktion auf eine
Federungsbewegung ermöglicht.
Bei direktwirkenden Verbindern durchsetzt ein Gewindeschaft des
Kugelbolzens die Endform und ist ebenso durch eine Verschlussmutter
mit dieser verbunden.
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Um
die Komplexität,
Kosten und das Gewicht von Anti-Roll-Systemen zu verringern, ohne
dabei an Fahrstabilität
und Aufhängungssteifigkeit
einzubüßen, werden
heute gerne rohrförmige
Stabilisatorstäbe
eingesetzt. Insbesondere ist man dabei bemüht, Techniken zum Verbinden
der Endverbinder mit den Enden der rohrförmigen Stabilisatorstäbe zu entwickeln,
die das Formen einer Endform unnötig
machen. Mehrere Techniken und Vorrichtungen sind in der parallel
anhängigen
US-Anmeldung Nr. 09/081,113
mit dem Titel "Self-Locking
Plug-In Stabilizer Bar Links",
auf deren gesamte Beschreibung hierin Bezug genommen wird, offenbart.
Trotz dieser Weiterbildung benötigt
der Stand der Technik weitere Techniken und Vorrichtungen, die das
direkte Verbinden der Endverbinder mit den hohlen Enden der rohrförmigen Stabilisatorstäbe, deren
Länge zurechtgeschnitten
wurde, ermöglichen,
so dass neben dem Biegen auf Metallformungsvorgänge am Stabilisatorstab verzichtet
werden kann.
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Das
Dokument US-A-5,954,353 bildet den nächstliegenden Stand der Technik
und beschreibt eine Aufhängungsanordnung
mit einem Paar Endverbinder, die voneinander abgewandte Enden eines Stabilisatorstabs
mit einem Paar Aufhängungselementen
verbinden. Der Stabilisatorstab hat ein hohles Ende mit einem Gewindeabschnitt,
in dem ein Gewindeabschnitt eines Schafts aufgenommen ist.
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Das
Dokument US-A-5,232,304 beschreibt eine Verbindungsstruktur für hohle
Rohre mit einem Verbindungsstab, einem Seitenstopper, einem Verbindungsblock
und einem verschiebbaren Befestigungsblock. Der Befestigungsblock
und der Verbindungsblock sind in einem Rohr angeordnet und der Befestigungsblock
hat eine der Schräge
des Verbindungsblock entgegengesetzte Schräge. Durch eine Gewindeverbindung
zwischen dem Verbindungsstab und dem Befestigungs- und Verbindungsblock
verschieben sich der Befestigungs- und der Verbindungsblock quer
zu den Wandabschnitten der Rohre, um die feste Verbindung der Rohre
miteinander sicherzustellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Somit
ist es Ziel der Erfindung, ein Anti-Roll-System für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung anzugeben,
das über
eine "Einsteck"-Verbindung zwischen
dem Endverbinder und dem hohlen Ende eines Stabilisatorstabs verfügt.
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Als
damit verbundener Gegenstand umfasst das Anti-Roll-System einen
Verschlussmechanismus zum sicheren Befestigen eines Schaftabschnitts
des Endverbinders in dem hohlen Ende des Stabilisatorstabs.
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Gemäß einem
weiteren Gegenstand sorgt der Verschlussmechanismus dafür, dass
ein Gewindeschaftabschnitt des Endverbinders in dem nicht mit einem
Gewinde versehenen hohlen Ende des Stabilisatorstabs sicher befestigt
ist. Hierzu umfasst der Verschlussmechanismus ein Gewindepassstück, das
dazu geeignet ist, radiale Kräfte
zu erzeugen, durch welche der Verschlussmechanismus durch das Einschrauben
des Gewindeschafts in das Gewindepassstück in dem hohlen Ende des Stabilisatorstabs befestigt
wird.
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Gemäß einem
Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung somit eine Aufhängungsanordnung
für ein
Kraftfahrzeug umfassend ein Paar Endverbinder, welche die einander
abgewandten Enden eines Stabilisatorstabs mit einem Paar Aufhängungselementen
verbinden. Jeder Endverbinder hat ein erstes Element, das dazu geeignet
ist, mit dem Ende des Stabilisatorstabs verbunden zu werden, und
ein zweites Element, das dazu geeignet ist, mit dem Aufhängungselement
verbunden zu werden. Insbesondere ist ein Verschlussmechanismus
vorgesehen, der das erste Element in einer in dem hohlen Ende des
Stabilisatorstabs ausgebildeten Buchse befestigt, um die sichere
Verbindung zwischen Stabilisatorstab und Endverbinder sicherzustellen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind der folgenden
Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen
zu entnehmen. Es wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen:
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1 eine
Perspektivansicht einer beispielhaft gewählten Vorderradaufhängung darstellt,
die das erfindungsgemäße Anti-Roll-System
enthält;
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2 eine
Schnittansicht eines Abschnitts des Anti-Roll-Systems der 1 ist;
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3 eine
vergrößerte Teilansicht
des in 1 dargestellten Anti-Roll-Systems ist; und
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4 eine
auseinandergezogene Ansicht des in 3 dargestellten
Verschlussmechanismus ist.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Im
allgemeinen ist die vorliegende Erfindung auf ein Anti-Roll-System
gerichtet, umfassend einen Stabilisatorstab und ein Paar Einsteck-Endverbinder, die
einander abgewandte Enden des Stabilisatorstabs mit einem Paar Aufhängungselementen
in einer Fahrzeugaufhängung
verbinden. Die vorliegende Erfindung eignet sich dazu, die meisten
herkömmlichen
Anti-Roll-Systeme zu ersetzen und umfasst einen Verschlussmechanismus,
der ein direktes Verbinden des Einsteck- Endverbinders mit dem hohlen Ende rohrförmiger Stabilisatorstäbe ermöglicht.
Somit kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Vielzahl
von Fahrzeugaufhängungen
eingesetzt werden und soll nicht auf die im folgenden beschriebene
Ausführungsform
beschränkt
sein.
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In
den Zeichnungen zeigt 1 eine beispielhaft gewählte Vorderradaufhängung, die
allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet und der
Art ist, bei der an jedem Rad Aufhängungselemente angeordnet sind,
die am Fahrzeugrahmenbefestigt sind. In der vorliegenden Beschreibung
wird auf einen Fahrzeugrahmen Bezug genommen. Der Fachmann erkennt
jedoch, dass viele der heutigen Fahrzeuge keinen derartigen Rahmen
haben, sondern bei denen stattdessen manche Bereiche als integrierte
Rahmenstruktur dienen. Unter Berücksichtigung
dieser Tatsache ist der Rahmen 12 derart dargestellt, dass
er ein Paar Längsträger 14 und
einen Querträger 16 hat.
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An
jedem Rad hat die Aufhängung 10 einen unteren
Steuerarm 18 und einen oberen Steuerarm 20, die
beide schwenkbar an dem Rahmen 12 befestigt sind. Eine
Federbeinanordnung mit einer Schraubenfeder 22 und einem
Federbeindämpfer 24 ist
zwischen einem mittleren Abschnitt des unteren Steuerarms 18 und
dem Rahmen 12 angeordnet, um das Gewicht des Fahrzeugkörpers und
durch den unteren Steuerarm 18 übertragene Lasten zu tragen.
Der obere Steuerarm 20 ist über einen Radträger 26 mit dem
unteren Steuerarm 18 verbunden. Eine Naben- und Drehanordnung 28 lagert
derart drehbar an einem (nicht dargestellten) Spindelabschnitt des
Radträgers 26,
dass ein Komplettrad (ebenso nicht dargestellt) daran angeordnet
werden kann. Das Aufhängungssystem 10 umfasst
ferner ein Anti-Roll-System 29, das aus einem Stabilisatorstab 30 und
einem Paar Endverbinder 32 besteht, welche die Enden des
Stabilisatorstabs 30 mit den unteren Steuerarmen 18 verbindet.
Der Stabilisatorstab ist derart dargestellt, dass er einen länglichen
zentralen Abschnitt 34, der sich seitlich entlang dem Fahrzeug
erstreckt, und an jedem Ende des zentralen Abschnitts 34 ein
Paar Armabschnitte 36 hat, die sich in Längsrichtung
entlang dem Fahrzeug erstrecken. Der zentrale Abschnitt 34 ist über ein
Paar Befestigungsbügel 38 drehbar
mit Rahmenträgern 14 verbunden. Das
distale Ende jedes Armsegments 36 ist durch einen der Endverbinder 32 mit
einem entsprechenden der unteren Steuerarme 18 verbunden.
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Wie
im folgenden im Hinblick auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Anti-Roll-Systems 29 beschrieben,
ist ein Verschlussmechanismus vorgesehen zum direkten Einbringen
eines mit einem Gewinde versehenen Verbindungselements, das mit dem
Endverbinder 32 in Verbindung ist, in eine Muffe ohne Gewinde,
die in dem Endabschnitte jedes Armsabschnitts 36 vorgesehen
ist. Damit eignet sich die vorliegende Erfindung für Anti-Roll-Systeme
mit "Einsteck"-Endverbindern, die
dazu vorgesehen sind, in den hohlen Enden des Stabilisatorstabs 30 aufgenommen
und gehalten zu werden. Die hohlen Ende können durch Bohren in die Enden
eines massiven Stabilisatorstabs oder, was demgegenüber bevorzugt
ist, durch die Endabschnitte eines rohrförmigen Stabilisatorstabs geformt
sein.
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Insbesondere
in den 2 und 3 ist eine "direktwirkende" Art eines Endverbinders 32 dargestellt,
dessen eines Ende an einen Stabilisatorstab 30 und dessen
davon abgewandtes Ende an einem unteren Steuerarm 18 befestigt
ist. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind die Komponenten
des Endverbinders 32 relativ zu einer als Konstruktionslinie "A" bezeichneten Linie symmetrisch, dabei
jedoch in entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet. Der Endverbinder 32 besteht
aus einem Satz von Komponenten umfassend zwei Kugelgelenkanordnungen 38 und 38', die mit Hilfe
geeigneter Mittel, wie beispielsweise einer Stange oder einem Bolzen 40,
fest miteinander verbunden sind. Aufgrund der Ähnlichkeit der Komponenten
des Kugelgelenks 38' zu
den Komponenten des Kugelgelenks 38 tragen diese die gleichen
Bezugszeichen, jedoch versehen mit einem Strich.
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Die
Kugelgelenkanordnung 38 umfasst ein hohles zylindrisches
Gehäuse 42,
das mit der Stange 40 fest verbunden oder mit dieser einstückig ausgebildet
ist. Eine scheibenförmige
Endkappe 44 ist in einem Gehäuse 42 angrenzend
an dessen sphärische Wand 46 angeordnet
und bildet einen Buchsenhohlraum 50 aus. In dem Buchsenhohlraum
ist eine hohle sphärische
Muffe 48 angeordnet und bildet eine sphärische Buchse 50.
Die Kugelgelenkanordnung 38 umfasst ferner einen Kugelbolzen 52 mit
einem Schaftabschnitt 54 und einem Kugelabschnitt 56,
die durch ein gemeinsam mit diesen ausgebildetes Mutterelement miteinander
verbunden sind. Der Kugelabschnitt 56 ist in der Buchse 50 angeordnet
und darin über
ein elastisches Rückhalteelement 60,
das an dem Gehäuse 42 befestigt
ist, axial gehalten. Das Rückhalteelement 60 umfasst
eine zentrale Öffnung, durch
die ein verengter Bereich 62 des Kugelabschnitts 56 verläuft. Eine
Dichtungsmanschette 64 umgibt den verengten Bereich 62,
um den Kugelabschnitt 56 zu umschließen und ist mit dem Gehäuse 42 durch
einen Schnappring 66 oder ein anderes herkömmliches
Mittel verbunden.
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Ebenso
ist den 2 und 3 sowie
auch der 4 zu entnehmen, dass das distale
Ende des Armabschnitts 36 des Stabilisatorstabs 30 eine Buchse
umfasst, die von einer gewindelosen axialen Bohrung 68 gebildet
ist. Wie an späterer
Stelle erläutert,
ist ein Verschlussmechanismus 70 vorgesehen, um den Schaftabschnitt 54 des
Kugelgelenks 52 in der Bohrung 68 des Stabilisatorstabs
zu befestigen. Der Verschlussmechanismus 70 umfasst dabei
ein Gewindepassstück,
das im folgenden als erste Spannhülse 72 bezeichnet
ist und in der Bohrung 68 angeordnet ist. Die erste Spannhülse 72 hat
ein Innengewinde 74, das in einer Bohrung 76 ausgebildet ist,
die sich zwischen der ersten und der zweiten Abschlusswand 78 bzw.
80 der Spannhülse
erstreckt. Das Gewinde 74 ist dazu geeignet, ein auf dem Schaftabschnitt 54 des
Kugelbolzens 52 gebildetes Außengewinde 82 aufzunehmen.
Das erste Ende 78 der ersten Spannhülse 72 ist zur Längsachse 84 der ersten
Spannhülse 72 hin
geneigt, wobei der Winkel zwischen Längsachse 84 und erstem
Ende 78 etwa zwischen 15 und 60 Grad und vorzugsweise 30
Grad beträgt.
Der Durchmesser der ersten Spannhülse 72 ist in etwa
gerade so viel kleiner als der Durchmesser der Bohrung 68,
dass zwischen der ersten Spannhülse 72 und
dem distalen Ende des Armabschnitts 36 ein Gleitsitz besteht.
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Der
Verschlussmechanismus 70 umfasst ferner eine hohle Hülse, die
im Folgenden als zweite Spannhülse 86 bezeichnet
ist und die auch in der Bohrung 68 angeordnet ist. Der
Durchmesser der zweiten Spannhülse 86 ist
ebenso in etwa gerade so viel kleiner als der Durchmesser der Bohrung 68, dass
zwischen der zweiten Spannhülse 86 und
dem distalen Ende des Armabschnitts 36 ein Gleitsitz besteht.
Die zweite Spannhülse 86 hat
eine Bohrung 88, die zwischen ihrem ers ten und zweiten
Ende 90 bzw. 92 verläuft. Der Durchmesser der Bohrung 88 ist größer oder
gleich dem größeren Durchmesser
des auf dem Schaftabschnitt 54 des Kugelbolzens 52 ausgebildeten
Außengewindes 82 plus
einer Hälfte des
Abstands zwischen der Bohrung 68 des Stabilisatorstabs 30 und
der einen aus erster und zweiter Spannhülse 72 und 86 mit
dem kleinsten Durchmesser. Das zweite Ende 92 der zweiten
Spannhülsen 86 ist
zur Längsachse 94 der
zweiten Spannhülse 86 hin geneigt,
wobei der Winkel zwischen der Längsachse 94 und
dem zweiten Ende 92 in etwa dem Winkel zwischen der Längsachse 84 der
ersten Spannhülse 72 und
dem ersten Ende 78 der ersten Spannhülse 72 entspricht.
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In
der dargestellten besonderen Ausführungsform hat der Verschlussmechanismus 70 auch ein
Abstandselement 96. Das Abstandselement 96 hat
eine zylindrische Form mit einer im allgemeinen flachen ersten und
zweiten Fläche 98 bzw. 100 und mit
einer diese durchsetzenden Bohrung 102. Die Bohrung 102 ist
derart bemessen, dass sie das auf dem Schaftabschnitt 54 des
Kugelbolzens 52 ausgebildete Außengewinde 82 aufnimmt.
Der Außendurchmesser
des Abstandselement 96 ist vorzugsweise in etwa gleich
dem Außendurchmesser
des Armabschnitts 36 des Stabilisatorstabs 30,
um zu ermöglichen,
dass die vom Kugelbolzen 52 erzeugte Klemmkraft auf das
Ende 104 des Armabschnitts des Stabilisatorstabs 30 übertragen
werden kann. Alternativ kann das Abstandselement 96 entweder
als ortsfester Flansch oder als Sicherungsscheibe in den Kugelbolzen 52 integriert
sein.
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Durch
das Eindrehen des Kugelbolzens 52 in die erste Spannhülse 72 erzeugt
die erste Spannhülse 72 eine
axiale Klemmkraft, die von dem ersten Ende 78 auf das zweite
Ende 92 der zweiten Spannhülse 86 übertragen
wird. Während
die Passflächen des
ersten Endes 78 der ersten Spannhülse 72 und des zweiten
Endes 92 der zweiten Spannhülse 86 zur Längsachse 84 der
ersten Spannhülse 72 hin
geneigt werden, wird ein Teil der axialen Klemmkraft in radiale
Richtung gerichtet, wodurch sich die erste und die zweite Spannhülse 72 und 86 relativ
zueinander verschieben und eine Verkeilkraft ausüben, die ausreichend groß ist, um
den Verschlussmechanismus 70 mit der inneren Fläche 106 der
Bohrung 68 des Stabilisatorstabs 30 reibschlüssig zu
verbinden. Es versteht sich, dass durch den Mutter abschnitt 58 ermöglicht wird,
dass der Kugelbolzen 52 relativ zum Stabilisatorstab 30 derart
ins Gewinde eingedreht wird, dass auch ein präzises Anpassen der Länge bei
der Montag des Anti-Roll-Systems 29 vorgenommen werden
kann.
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Wie
bereits angemerkt, eignet sich der Endverbinder 32 auch
zum Verbinden mit dem Steuerarm 18. Hierzu und wie am besten
anhand der 2 zu erkennen, wird die Kugellageranordnung 38' mit einem Träger 120 verbunden,
der sich von dem unteren Steuerarm 18 ausgehend erstreckt.
Genauer gesagt wird der Schaftabschnitt 54' des Kugelbolzens 52' in eine Bohrung 122 in
dem Träger 120 eingeführt. Eine
geeignete Befestigungsvorrichtung, wie beispielsweise die Verschlussmutter 124 wird über ein
Gewinde 82' auf
den Schaftabschnitt 54' geschraubt
und bis zu einem geeigneten Drehmoment festgezogen. Optional kann
die Bohrung 122 ein Innengewinde zum Zusammenwirken mit
dem Außengewinde 82' auf dem Schaftabschnitt 54' aufweisen.
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Während dem
Verbinden des Endverbinders 32 mit dem Stabilisatorstab 30 wird
der Schaftabschnitt 54 des Kugelbolzens 52 in
die Bohrungen 102 und 88 in dem Abstandselement 96 bzw.
der zweiten Spannhülse 86 eingeführt. Sodann
wird der Schaftabschnitt 54 des Kugelbolzens 52 in
die axiale Bohrung 76 der ersten Spannhülse 72 geschraubt,
was dazu führt,
dass sich die erste und zweite Spannhülse 72 und 86 relativ
zueinander verschieben. Durch die Verschiebbewegung der ersten und
der zweiten Spannhülse 72 bzw.
86 treten deren Außenflächen 130 und 132 in
Reibschluss mit der Oberfläche 106 der
axialen Bohrung 68. Dieser Reibschluss oder "Verkeilkontakt" ist ausreichend,
um jeder antizipierten axialen Herausziehkraft standzuhalten, wobei
die feste Verbindung zwischen dem Kugelbolzen 52 und dem
Stabilisatorstab 30 beibehalten wird. Die Außenflächen 130 und/oder 132 sind
zwar zylindrisch dargestellt, können
jedoch jegliche Form haben, die zur Form der axialen Bohrung 68 komplementär ist. Auf diese
Weise kann der Verschlussmechanismus 70 in jede Komponente
eingearbeitet werden, die dazu geeignet ist, in eine komplementäre Buchse
im Ende des Armabschnitts 36 des Stabilisatorstabs eingepasst
zu werden und die einen Gewindeabschnitt hat, der einen von einem
Endverbinder abstehenden mit Gewinde versehenen Verbinder aufnehmen
kann.
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Obgleich
die Erfindung in der Beschreibung und den Zeichnungen im Bezug auf
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, ist für
den Fachmann zu verstehen, dass zahlreiche Veränderungen vorgenommen und gleichwertige
Elemente eingesetzt werden können,
ohne dabei vom in den Ansprüchen
definierten Rahmen der Erfindung abzuweichen. Daher soll die Erfindung
nicht auf das bestimmte Ausführungsbeispiel
beschränkt
sein, das anhand der Zeichnungen und der Beschreibung als derzeit
bestes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgeführt
ist. Vielmehr soll die Erfindung jede Art von Ausführung umfassen,
die im Rahmen der beigefügten
Ansprüche
beschrieben ist.