DE10047773A1

DE10047773A1 - Federbeinlagerung

Info

Publication number: DE10047773A1
Application number: DE10047773A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schuebel; Herbert Erhardt
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axialwälzlager (1), eingesetzt zur drehbaren Abstützung einer Federauflage in Federbeinen von Fahrzeugrädern. Das Axialwälzlager (1) umfasst einen ersten Lagerring (1) sowie einen zweiten Lagerring, der gebildet ist durch einen unteren Schenkel (10) einer Armierung (11) des Trägerelementes (3).

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Axialwälzlager, welches zur drehbaren Abstützung einer Federauflage in Federbeinen von Fahrzeugen eingesetzt ist. Das Axialwälzlager dieser Federbeinlagerung umfasst zwei La gerringe, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Ein erster Lagerring ist dabei der Federauflage zugeordnet, an der ein Federende der Schraubenfeder abgestützt ist. Ein zweiter Lagerring steht mit seiner den Wälzkörpern abge wandten Seite zumindest mittelbar mit einer elastischen Zwischenlage in Ver bindung, welche Bestandteil eines Trägerelementes ist, mit dem sich das Fe derbein an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist.

Hintergrund der Erfindung

In Fahrzeugen werden üblicherweise McPherson-Federbeine eingesetzt. Der artige Federbeinkonstruktionen umfassen eine Schraubenfeder, die zwischen zwei gegeneinander drehbaren Elementen angeordnet ist. Um das Ansprechen der Federung auf kleinen Unebenheiten zu verbessern und insbesondere die Lenkarbeit, die Reibung zu reduzieren, stützt sich ein Federende über die Fe derauflage an einem Axiallager ab.

Das US-Patent 5,487,535 zeigt ein derartiges Axiallager für ein Federbein. Der Aufbau des bekannten Federbeins umfasst eine Federauflage aus Kunststoff, über die sich ein Federende der Schraubenfeder an einem aus Stahlblech her gestellten Deckel abstützt. In einem zentrischen, eine Stufe bildenden Ab schnitt des Deckels ist das Axiallager angeordnet. Dabei stützt sich das Axial lager über einen Lagerring an einem Zwischenring ab, welcher an einer Wan dung der Stufe zentriert ist. Dem weiteren Lagerring ist ebenfalls ein Zwischen ring zugeordnet, der an einem Trägerelement abgestützt und an dessen Bord zentriert ist.

Dem US-Patent 4,497,523 ist ein weiteres Axiallager für ein Federbein zu ent nehmen. Das Axiallager ist mit zwei als Lagerschalen gestalteten Lagerringen versehen. Eine erste Lagerschale stützt sich über einen elastischen Ring an dem topfartig gestalteten, aus Blech hergestellten Trägerelement ab, das als Federauflage dient. Die weitere Lagerschale ist mit der kalottenartigen Außen kontur formschlüssig in ein Stütztelement eingesetzt, welches an einer elasti schen Zwischenlage des Trägerelementes anliegt.

Diese bekannten Federbein-Axiallager besitzen übereinstimmend einen auf wändigen, viele Einzelteile umfassenden Aufbau. Der große Teileumfang er fordert einen erhöhten Montageaufwand, verbunden mit einem Kostennachteil.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den Nachteilen der bekannten Lösungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostenoptimiertes Axiallager für ein Federbein zu schaffen, ausgelegt als einbaufertige Baueinheit.

Zusammenfassung der Erfindung

Die zuvor genannte Problemstellung wird mit den kennzeichnenden Merkma len des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist das Trägerelement des Axiallagers mit zumindest einer Armierung versehen, in die eine Wälzkörper laufbahn eingeformt ist. Das erfindungsgemäße Axiallager umfasst danach einen an der Federauflage abgestützten Lagerring, Wälzkörper sowie einen weiteren Lagerring, der mit einer Armierung des Trägerelementes eine Einheit bildet, sowie zwischen den Lagerringen geführte Wälzkörper. Dieser Aufbau verringert den Bauteileumfang und reduziert den erforderlichen Montageauf wand. Das erfindungsgemäße Konzept des Axialwälzlagers stellt außerdem eine Gewichts- und Kostenoptimierung dar. Der erfindungegemäße Aufbau des Axialwälzlagers reduziert gleichzeitig die Summentoleranzen für die Anschluß maße des Federbeins, was sich vorteilhaft auf die Abstimmung der Radauf hängung bzw. des Fahrwerks des zugehörigen Fahrzeug auswirkt. Bedingt durch den verringerten Bauteileumfang verbessert sich gleichzeitig die Steifig keit des Federbeins im Bereich der Lagerung bzw. des Trägerelementes.

Das erfindungsgemäße Axialwälzlager reduziert die Federabstützung an dem Trägerlement auf ein Lager, in dem ein Lagerring gleichzeitig die Funktion ei ner Armierung der elastischen Zwischenlage des Trägerelementes übernimmt. Gegenüber bisherigen McPherson-Federbeinen, die neben einer als Wälzlager gestalteten Federbeinlagerung ein separates Stützlager zwischen dem Axialla ger und dem Trägerelement aufweisen, vereinigt die Erfindung beide Lager, verbunden mit einem deutlich verringerten Bauteileumfang. Das Axialwälzlager gemäß der Erfindung besitzt aufgrund der Bauteiloptimierung weniger Trennfugen, verbunden mit einer verringerten An zahl von Dichtspalten. Dadurch ergibt sich ein weiterer wesentlicher Funktions vorteil, da das erfindungsgemäße Axialwälzlager sowohl gegenüber eintreten den Verunreinigungen oder Umwelteinflüssen, wie z. B. Spritzwasser oder Streusalz als auch gegenüber einem Schmiermittelaustritt aus dem Axialwälz lager geschützt ist. Der erfindungsgemäße, bauteiloptimierte Aufbau des Axialwälzlagers ermöglicht weiterhin in einem vorhandenen Einbauraum des Trägerelementes ein Axialwälzlager mit einem vergrößerten Teilkreisdurch messer anzuordnen, da die Anzahl der in radialer Richtung übergreifenden Bauteile im Vergleich zu bisherigen Lösungen verringert ist. Die Durchmesservergrößerung kann für die Verwendung eines Axialwälzlagers mit einer vergrö ßerten Tragzahl genutzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche 2 bis 14.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung schließt das Trägerelement ein, ra dial U-förmig profiliertes, spanlos hergestelltes Gehäuse ein. Zwischen den Schenkeln des Gehäuses ist die scheibenartig gestaltete elastische Zwi schenlage angeordnet, wobei ein oberer Schenkel des Gehäuses die Stirnseite des Trägerelementes bzw. des Stützlagers bildet. In dem weiteren unteren zu dem Axialwälzlager gerichteten Schenkel ist in einer Außenzone die mit einer Wälzkörperlaufbahn eingeformt.

Als Maßnahme, die Herstellung des u-förmig gestalteten Gehäuses zu verein fachen, ist erfindungsgemäß vorgesehen dieses zweischalig auszubilden. Die Trennfuge verläuft dabei rechtwinkelig zu einer Längsachse des Gehäuses und wird gebildet von aneinander sich abstützenden Innenflanschen, mit denen das Gehäuse und damit das Trägerelement an einer Kolbenstange des Federbeins befestigt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sieht außerdem als Armierung einen spanlos hergestellten, metallenen Versteifungsring vor, in den die Wälz lagerlaufbahn eingeformt ist. Der vorzugsweise durch ein Tiefziehverfahren hergestellte Versteifungsring erstreckt sich zur Erzielung einer verringerten Flächenpressung großflächig an der elastischen Zwischenlage bzw. der Dämpfungseinheit des Trägerelementes. Zur Erzielung einer wirksamen Befe stigung ist der Versteifungsring stoffschlüssig an der elastischen Zwischenlage befestigt. Der Versteifungsring kann dazu an der Zwischenlage vulkanisiert, geklebt oder geschweisst sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform zur Bildung der Wälzkörperlaufbahn sieht vor, in den Versteifungsring oder in den unteren Schenkel des Gehäuses eine kalottenförmige Ringnut einzuformen, die außenseitig in einen umlaufenden, in Richtung der Federauflage zeigenden Bord übergeht. Diese Wälzkörperlauf bahn bewirkt eine sichere Führung der Wälzkörper. In Verbindung mit dem umlaufenden Bord besitzt die Wälzkörperlaufbahn eine hohe Festigkeit.

Die Gestaltung des erfindungsgemäßen Axialwälzlagers schließt außerdem ein, die Wälzkörperlaufbahn in dem Versteifungsring oder in dem unteren Schenkel des Gehäuses als eine gehärtete Zone auszubilden. Die partielle Härtung dieses Bauteils im Bereich der Wälzkörperlaufbahn verbessert die Lebensdauer des Axialwälzlagers ohne Verlust der notwendigen Elastizität der übrigen Bereiche des Versteifungsrings bzw. des unteren Schenkels. Alternativ schließt die Erfindung ebenfalls eine ungehärtete, weiche Wälzkörperlaufbahn ein, die beispielsweise für ein Axialwälzlager mit verringerter Tragzahl und der damit verbundenen reduzierten Flächenpressung einsetzbar ist.

Die Gestaltungsvielfalt des erfindungsgemäßen Axialwälzlagers ermöglicht sowohl eine vollkugelige Wälzkörperanordnung als auch Wälzkörper, die in einem Käfig geführt sind.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Axialwälzlagers schließt außerdem weiter einen ersten Lagerring ein, welcher in der Federauflage geführt ist. Damit ist das Axialwälzlager über den unteren Lagerring an der Federauflage und mittels des oberen, als Mehrfunktionsteil gestalteten Lagerrings an der elastischen Zwischenlage zentriert oder befestigt.

Zur Schaffung einer einbaufertigen Baueinheit, bestehend aus dem Trägerele ment, dem Axialwälzlager sowie der Federauflage schließt die Erfindung wei terhin ein, das Trägerelement mit der Federauflage zu verschnappen. Vor zugsweise ist dazu die elastische Zwischenlage mit partiell vorstehenden Ab schnitten versehen, deren freie Enden radial nach innen ausgerichtete Nasen aufweisen, die in eine Umlaufnut oder einen umlaufenden Ansatz der Feder auflage verschnappen. Alternativ schließt die Erfindung ebenfalls axial vorste hende, partiell ausgerichtete Abschnitte an der Federauflage ein, die beispielsweise in eine Umlaufnut der elastischen Zwischenlage einrasten. Die Verschnappung kann weiterhin mit Ausnahme von Längsschlitzen oder Dehn fugen geschlossen, umlaufend ausgeführt werden. Dazu bietet sich an, die Verschnappung als Labyrinth zu gestalten, die eine wirksame Abdichtung des Axialwälzlagers gegenüber Umwelteinflüssen von außen sicherstellt sowie ei nen Schmiermittlaustritt aus dem Axiallager wirksam unterbindet.

Der Versteifungsring oder der untere Schenkel des Gehäuses kann gemäß der Erfindung zur Verbesserung der Festigkeit mit umfangsverteilt angeordneten Sicken versehen werden. Die beispielsweise sternenförmig der Wälzkörper laufbahn innenseitig zugeordneten Sicken können dabei unterschiedlich geo metrisch geformt werden und sowohl in Richtung der elastischen Zwischenlage als auch in Richtung des zugehörigen weiteren Lagerrings des Axialwälzlagers ausgerichtet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 in einem Halbschnitt das erfindungsgemäße Axialwälzlager mit einer radial U-förmigen Armierung, eingebaut in einem Federbein, wobei die Wälzkörper in einem Käfig geführt sind;

Fig. 2 ein Axialwälzlager gemäß Fig. 1 mit einer vollrolligen Wälzkörperanordnung;

Fig. 3 eine weitere Variante des in Fig. 1 abgebildeten Axial wälzlagers, bei dem der obere Lagerring Versteifungssik ken versehen ist;

Fig. 4 ein Axialwälzlager, dessen oberer Lagerring als Verstei fungsring für die Dämpfungseinheit ausgebildet ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Axialwälzlagers 1 in einer Einbaulage, eingesetzt in einem Federbein 2, von dem einzelne Bauteile dargestellt sind. Das Federbein 2 ist in einem Fahrzeug zwischen einem ersten an der Fahrzeugkarosserie vorgesehenen Anlenkpunkt und einem zweiten an einem Achsschenkel des Fahrzeugrades angeordneten Anlenkpunkt einge setzt. Die Fig. 1 zeigt die der Fahrzeugkarosserie zugeordneten Bauteile des Federbeins 2. Mit einem Trägerelement 3 ist das Federbein 2 an der Fahr zeugkarosserie angebunden. Über eine Schraubenfeder 4 erfolgt eine Kraft einleitung in das Trägerelement 3. Um das Ansprechen der Federung selbst auf kleine Unebenheiten der Fahrbahn zu verbessern und den Lenkungskom fort des Fahrzeugs zu reduzieren, ist das Axialwälzlager 1 zwischen einer Fe derauflage 5 und dem Trägerelement 3 vorgesehen. Die Federauflage ist mit einem Führungsansatz 6 versehen sowie einem Anschlag 7 für eine Zentrie rung und sichere Führung des Federendes der Schraubenfeder 4.

An dem von der Federseite abgewandten Ende ist in die Federauflage 5 eine Ringnut 8 eingebracht, in die ein Lagerring 9 des Axialwälzlagers 1 eingesetzt ist. Der zugehörige weitere Lagerring des Axiallagers 1 wird gebildet durch einen unteren Schenkel 10, der Bestandteil einer Armierung 11 des Träger elementes 3 ist. Außenseitig in einer Endzone ist in den unteren Schenkel 10 eine Wälzkörperlaufbahn 12 eingeformt, bestimmt für die Wälzkörper 13, wobei die Wälzkörper 13 in einem Käfig 14 geführt sind. Das Trägerelement 3 besitzt einen mehrteiligen Aufbau, mit einer Armierung 11, bestehend aus den Gehäu sehälften 15a, 15b, einer elastischen Zwischenlage 16 sowie einer äußeren Armierung 17, die teilweise vom Werkstoff der elastischen Zwischenlage 16 umspritzt ist und teilweise die Zwischenlage 16 umschließt. Die Gehäusehälf ten 15a, 15b sind jeweils über einen Innenflansch 18a, 18b miteinander verbunden, die gemeinsam an einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Kolbenstange des Federbeins 2 befestigt sind.

Die Gehäusehälften 15a, 15b bilden außenseitig ein radiales u-förmiges Profil, in das die elastische Zwischenlage 16 eingesetzt. Der obere Schenkel 19 der oberen Gehäusehälfte 15b bildet dabei eine Stirnseite des Trägerelementes 3. Die untere Gehäusehälfte 15a, die einstückig mit dem unteren Schenkel 10 verbunden ist, stützt sich einschließlich eines endseitigen Bordes 20 an der elastischen Zwischenlage 16 ab. Eine unlösbare Verbindung zwischen der elastischen Zwischenlage 16 und den Armierungen 11, 17 kann beispielsweise durch eine Verklebung, Vulkanisierung oder Schweissung erzielt werden. Zwi schen dem Trägerelement 3 und der Federauflage 5 ist eine Verschnappung 21 vorgesehen. Dazu ist die Federauflage 5 mit einem umlaufenden Ansatz 22 versehen, an der Schnappnasen 23 verrasten, die an axial vorstehenden Ab schnitten 24 der elastischen Zwischenlage 16 angeordnet sind. Die bis auf Trennfugen weitestgehend umlaufende Verschnappung 21 bildet ein Labyrinth 30, das eine verbesserte Abdichtung des Axiallagers 1 bewirkt.

In den weiteren Ausführungsbeispielen, den Fig. 2 bis 4 eines erfindungs gemäßen Axialwälzlagers 1 sind die mit dem ersten Ausführungsbeispiel über einstimmenden Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass bezüg lich deren Beschreibung auf das erste Ausführungsbeispiel (Fig. 1) verwiesen werden kann.

Die Fig. 2 zeigt das Axialwälzlager 1 mit einer vollkugeligen Anordnung der Wälzkörper 13. Ein derartiges Axialwälzlager 1 besitzt im Vergleich zu dem Axialwälzlager 1 gemäß Fig. 1 eine höhere Tragzahl.

In Fig. 3 ist abweichend zu Fig. 1 der untere Schenkel 10 der Armierung 11 mit Sicken 25 versehen. Diese vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilt an geordneten Sicken bewirken eine verbesserte Festigkeit bzw. Steifigkeit des unteren Schenkels 10, der gleichzeitig die Funktion des Lagerrings übernimmt.

Die Fig. 4 zeigt das Axialwälzlager 1, versehen mit einem Versteifungsring 26, in dem die Wälzkörperlaufbahn 12 eingeformt ist. Der Versteifungsring 26 ist separat zur Armierung 11 an der elastischen Zwischenlage 16 angeordnet. An die Wälzkörperlaufbahn 12 des Versteifungsrings 26 schließt sich innenseitig ein radial ausgerichteter umlaufender Abschnitt 28 an, der sich ebenfalls an der elastischen Zwischenlage 16 abstützt. Die untere Gehäusehälfte 15b der Armierung 11 bildet abweichend zu den Ausführungsbeispielen, den Fig. 1 bis 3, einen zylindrischen Ansatz 29, der einen elastischen Druckanschlag 31 des Federbeins 2 außen umschließt. Die Verschnappung 21 zwischen dem Trägerelement 3 und der Federauflage 5 umfasst Schnappnasen 23, die in eine äußere Umlaufnut 27 der Federauflage 5 verschnappen. 1 Axialwälzlager
2 Federbein
3 Trägerelement
4 Schraubenfeder
5 Federauflage
6 Führungsansatz
7 Anschlag
8 Ringnut
9 Lagerring
10 unterer Schenkel
11 Armierung
12 Wälzkörperlaufbahn
13 Wälzkörper
14 Käfig
15a Gehäusehälfte
15b Gehäusehälfte
16 Zwischenlage
17 Armierung
18a Innenflansch
18b Innenflansch
19 oberer Schenkel
20 Bord
21 Verschnappung
22 Ansatz
23 Schnappnase
24 Abschnitt
25 Sicke
26 Versteifungsring
27 Umlaufnut
28 Abschnitt
29 Ansatz
30 Labyrinth
31 Druckanschlag

Claims

1. Axialwälzlager zur drehbaren Abstützung einer Federauflage (5) eines Federbeins (2) für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges, umfassend zwei Lagerringe und Wälzkörper, wobei ein erster Lagerring der Feder auflage (5) zugeordnet ist und der zweite Lagerring an seiner den Wälz körpern (13) abgewandten Seite zumindest mittelbar mit einer elasti schen Zwischenlage (16) in Verbindung steht, über die sich das Feder bein (2) in Verbindung eines Trägerelementes (3) an einer Fahrzeugka rosserie abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3) zumindest eine dem Axialwälzlager (1) zugeordnete Armierung (11) aufweist, in die eine Wälzkörperlaufbahn (12) eingeformt ist.

2. Axialwälzlager nach Anspruch 1, dessen Trägerelement (3) als Armie rung (11) ein radial u-förmig profiliertes Bauteil, bestehend aus den Ge häusehälften (15a, 15b), umfasst, zur Aufnahme der elastischen Zwi schenlage (16), wobei ein oberer Schenkel (19) der Gehäusehälfte (15b) eine Stirnseite des Trägerelementes (3) bildet und in den unteren Schenkel (10) der Gehäusehälfte (15a) die Wälzkörperlaufbahn (12) eingebracht ist (Fig. 1).

3. Axialwälzlager nach Anspruch 2, wobei die Gehäusehälften (15a, 15b) über Innenflansche (18a, 18b) verbunden sind über die das Trägerele ment (3) an einer Kolbenstange des Federbeins (2) befestigt ist.

4. Axialwälzlager gemäß Anspruch 1, wobei die Armierung (11) einen spanlos hergestellten, metallenen Versteifungsring (26) umfasst, der an der elastischen Zwischenlage (16) befestigt und in den Versteifungsring (26) die Wälzkörperlaufbahn (12) eingeformt ist (Fig. 4).

5. Axialwälzlager nach Anspruch 4, dessen Versteifungsring (26) stoff schlüssig mit der elastischen Zwischenlage (16) verbunden ist.

6. Axialwälzlager nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei in den Verstei fungsring (26) oder in den unteren Schenkel (10) der Gehäusehälfte (15a) eine kalottenförmige Wälzkörperlaufbahn (12) eingeformt ist, die außenseitig in einen umlaufenden, in Richtung der Federauflage (5) weisenden Bord (20) übergeht.

7. Axialwälzlager nach Anspruch 6, bei dem der Versteifungsring (26) oder der Schenkel (10) in einem für die Wälzkörperlaufbahn (12) der Wälz körper (13) bestimmten Bereich gehärtet ist.

8. Axialwälzlager nach Anspruch 1, mit einer vollkugeligen Wälzkör peranordnung.

9. Axialwälzlager nach Anspruch 1, wobei die Wälzkörper (13) in einem Käfig (14) geführt sind.

10. Axialwälzlager nach Anspruch 1, dessen erster Lagerring in eine Ring nut (8) der Federauflage (5) eingesetzt ist.

11. Axialwälzlager nach Anspruch 1, wobei das Trägerelement (3) mit der Federauflage (5) verschnappt ist, zur Bildung einer einbaufertigen Bau einheit.

12. Axialwälzlager nach Anspruch 11, wobei die Verschnappung (21) zu mindest partiell vorstehende Abschnitte (24) an der elastischen Zwi schenlage (16) oder der Federauflage (5) umfasst, deren freie Enden über radial ausgerichtete Schnappnasen (23) in eine Umlaufnut (27) oder an einem umlaufenden Ansatz (22) des zugehörigen Bauteils, der Federauflage (5) oder der elastischen Zwischenlage (16), verschnap pen.

13. Axialwälzlager nach Anspruch 12 mit einer nahezu umlaufenden Ver schnappung (21), die gleichzeitig eine als Labyrinth (30) gestaltete Ab dichtung für das Axialwälzlager (1) bildet.

14. Axialwälzlager nach Anspruch 1, dessen Versteifungsring (26) oder des sen unterer Schenkel (10) in einem der Wälzkörperlaufbahn (12) ver setzt angeordneten Abschnitt mit symmetrisch, umfangsverteilt angeord neten Sicken (25) versehen ist (Fig. 3).