DE69808791T2

DE69808791T2 - Gelenkmittel zwischen zwei verbindungsteilen und kraftfahrzeug mit einer damit ausgerüsteten radaufhängung

Info

Publication number: DE69808791T2
Application number: DE69808791T
Authority: DE
Inventors: Etienne De Fontenay; Philippe Jean
Original assignee: Michelin AVS SAS
Current assignee: SumiRiko SD France SAS
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: WO1999015802A1; EP1015781B1; JP4108927B2; KR20010015615A; JP2001517584A; US6375205B1; EP1015781A1; BR9813215A; DE69808791D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenkmittel zwischen zwei Verbindungsteilen und eine Vorrichtung zur Verbindung eines Rads eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Vorderrads, mit dem Boden, das ein Teil zur Verbindung mit dem Achsschenkel aufweist, der die Nabe des Fahrzeugrads trägt, und ein Teil zur Verbindung mit dem Lenkarm oder dem Dreiecksquerlenker, wobei diese beiden Verbindungsteile durch das Gelenkmittel miteinander verbunden sind.
Beim Stand der Technik erfolgt das Anlenken der beiden Teile mittels eines Kugelgelenks. Bei diesem Gelenk tritt Reibung auf, was einen Widerstand gegen den Lenkungsausschlag und eine Zunahme an elastischen Belastungen in der Lenksäule bewirkt. Außerdem erfolgt bei einem Kugelgelenk keine Dämpfung, was dazu beitragen kann, dass die Vibrationen im Lenkrad ansteigen.
Wenn die Verbindung mit dem Boden vom Typ Mac Pherson ist, umfasst sie ein Federbein, das zwischen der Radnabe und dem Aufbau des Fahrzeugs montiert ist, sowie eine Schraubenfeder, die zwischen einem unteren, mit dem Zylinder des Federbeins und einem oberen, mit der Stange des Federbeins fest verbundenen Teller montiert ist.
Bei Verbindungen mit dem Boden für Vorderräder vom Typ Mac Pherson ist ein Axialkugellager zwischen dem oberen Teller und dem Gewölbe des Fahrzeugaufbaus montiert. Dieses Axialkugellager weist beim Lenkungsausschlag ebenfalls eine Widerstandsschwelle gegenüber dem Rollen auf, aus der sich eine für das Lenkgefühl unerwünschte Drehmomentschwelle ergibt.
Es ist bereits bekannt, das Kugelgelenk durch ein Gelenkmittel zu ersetzen, das aus einem Kreuzstück mit zwei zueinander senkrechten Wellen besteht, welche jeweils eine Drehachse festlegen, wobei jede Welle von einem Verbindungsteil getragen wird, wobei ein elastischer Gelenkring zwischengeschaltet ist, der um die Drehachse der zugehörigen Welle drehbeansprucht werden kann. Jedoch weist ein solches Gelenkmittel eine begrenzte Winkelbewegung auf, bedingt durch die relativ geringe Fähigkeit des elastischen Gelenkrings, Verformungen auszuhalten, ohne Schaden zu nehmen oder zu großen Widerstand entgegenzusetzen. Das kann zu einer Beschädigung der elastischen Gelenkringe führen, insbesondere bei einem hohen Ausschlagswinkel des Lenkarms.
Die Druckschrift EP-A-548 989 beschreibt ein Verbindungselement, das nur an einer vertikalen Achse am oberen Ende einer Radnabe und nur an einer Längsachse des Fahrzeugs am unteren Ende einer Dämpfvorrichtung verschwenkbar befestigt ist.
Die Druckschrift US-A-4 610 461 bezieht sich auf einen Mechanismus zum Lenken eines Fahrzeugs, bei dem das erste Ende eines festen Kardangelenks mit einer Lenkwelle und das zweite Ende verschwenkbar mit einem Spreizer verbunden ist, der eine Radnabe trägt.
Die Druckschrift DE-B-1 092 779 beschreibt ein Gelenkmittel mit zwei Wellen. Die erste Welle besteht aus einem exzentrischen mittleren Abschnitt, der mit einer Gewindeverbindung in einem Lagergehäuse montiert ist und sich axial über zwei Wellenenden fortsetzt, die über elastische Muffen an einem Winkel montiert sind. Die zweite Welle ist im Lagergehäuse mithilfe einer elastischen Muffe montiert und über einen Kegelstumpf in einem mit einem Radträger verbundenen Verbindungsteil befestigt.
Die Druckschrift FR-A-2 568 329 offenbart ein Gelenkmittel zwischen zwei Verbindungsteilen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gelenkmittel mit erhöhter zulässiger Winkelbewegung vorzuschlagen.
Die Erfindung hat ebenfalls die Aufgabe, ein Gelenkmittel mit verbessertem akustischem Komfort vorzuschlagen, bei dem zum Beispiel die auf das Lenkrad wirkenden Vibrationen oder die Kontaktpunkte mit dem Rad verringert sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Technik zu perfektionieren, indem die Schwelle des Widerstands gegen den Ausschlag aufgehoben wird und ein Gelenkmittel zur Verfügung gestellt wird, dessen Winkelbewegungen im Wesentlichen proportional zu den Kräften sind, die das Rad auf seiner Bahn halten.
Hierzu schlägt die Erfindung ein Gelenkmittel zwischen zwei Verbindungsteilen gemäß Anspruch 1 vor.
Vorteilhafterweise weist das Gelenkmittel mindestens einen elastischen Gelenkring zwischen einer Bohrung und der ersten Welle und mindestens einen getrennten elastischen Gelenkring zwischen der ersten Welle und dem Verbindungsteil auf, das sie trägt.
Dadurch dass zwei getrennte elastische Ringe vorhanden sind, von denen einer die Nuss mit der ersten Welle und der andere die erste Welle mit dem Verbindungsteil verbindet, arbeitet jeder der Ringe getrennt und wird homogen beansprucht. Würde ein einziger elastischer Ring verwendet, von dem ein Teil mit der Nuss und ein anderer Teil mit dem Verbindungsteil verbunden ist, würde der elastische Ring im Bereich zwischen diesen beiden Teilen starke Belastungen erfahren, denn es würden Umfangsbelastungen in entgegengesetzten Richtungen wirken.
In einer ersten Ausführungsart kreuzen sich die beiden zuvor genannten Drehachsen und die Gelenknuss weist zwei koaxiale Zapfen auf, die sich zu beiden Seiten der Bohrung erstrecken und die zweite Welle des Gelenkmittels festlegen, welche die zweite Drehachse darstellt, wobei sich die zulässige Winkelbewegung eines jeden Verbindungsteils um die zweite Drehachse aus der zulässigen Winkelbewegung des Verbindungsteils bezüglich der Gelenknuss ergibt. In diesem Fall erhält man eine Winkelbewegung, die um die erste Drehachse weit größer ist als um die zweite Drehachse, beispielsweise in etwa doppelt so groß. Da sich die Drehachsen kreuzen, ist dieses Gelenkmittel jedoch ausgesprochen kompakt.
In einer anderen Ausführungsart kreuzen sich die beiden zuvor genannten Drehachsen nicht und die Gelenknuss ist mit einer zweiten Bohrung für den Durchgang der zweiten Welle versehen, wobei mindestens ein elastischer Gelenkring zwischengeschaltet ist, der um die zweite Drehachse, die der zweiten Welle zugeordnet ist, drehbeansprucht werden kann, und wobei die erste Bohrung der Gelenknuss keinen Schnittpunkt mit der zweiten Bohrung aufweist.
Gemäß eines weiteren Merkmals besteht jeder elastische Gelenkring aus zwei koaxialen rohrförmigen Teilen, zwischen denen Elastomermasse mit geringem Elastizitätsmodul vergossen ist. Vorzugsweise weist die Elastomermasse einen Andruck am radial inneren rohrförmigen Teil auf, der länger ist als ihr Andruck am radial äußeren rohrförmigen Teil, sodass der elastische Ring eine im Wesentlichen konstante Scherspannung aufweist, wobei der elastische Ring unabhängig von seinem Radius dank der im Wesentlichen trapezoiden Form des Rings im axialen Querschnitt eine im Wesentlichen konstante Zylinderfläche aufweist.
Vorteilhafterweise wird der elastische Ring so gewählt, dass er eine Winkelbewegung in der Größenordnung von ±20º durch Torsionsverformung des elastischen Rings erlaubt.
Vorteilhafterweise ist jedes Verbindungsteil als Gabel geformt, wobei die beiden Arme jeder Gabel unter Zwischenschaltung von mindestens einem elastischen Gelenkring die Enden einer Welle der Gelenknuss aufnehmen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug, das mit einer Vorrichtung zur Verbindung eines Vorderrads mit dem Boden ausgestattet ist, mit einem Achsschenkel, der mit dem zuvor genannten Gelenkmittel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verbindungsteil mit dem Achsschenkel fest verbunden ist, während das zweite Verbindungsteil mit einem Lenkarm fest verbunden ist, wobei sich die erste Drehachse im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung und die zweite Drehachse im Wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug, das mit einer Vorrichtung zur Verbindung eines Rads mit dem Boden ausgestattet ist, mit einem Achsschenkel, der mit dem zuvor genannten Gelenkmittel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verbindungsteil mit dem Achsschenkel fest verbunden ist, während das zweite Verbindungsteil mit einem Dreiecksquerlenker fest verbunden ist, welcher mit dem Aufbau des Fahrzeugs verbunden ist, wobei sich die erste Drehachse im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung und die zweite Drehachse im Wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt.
Die von dem Teil zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker getragene Gelenknuss kann an diesem Teil unter Zwischenschaltung axialer Anschläge montiert sein, wobei jeder axiale Anschlag mehrere Elastomerschichten aufweisen kann, die mittels mehrerer Zwischenringe aus nicht-elastomerem Material voneinander getrennt sind; in diesem Fall wird das nicht- elastomere Material vorteilhafterweise aus der Gruppe der Blattmetalle oder Metallfolien, der Textilien, der Faservliese, der Thermoplaste und der Duroplaste gewählt. Die axialen Anschläge können im Teil zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker auf beiden Seiten von Schultern montiert sein, die einen Übergang zwischen den Zapfen und dem mittleren Abschnitt der Nuss bilden. Sie werden vorteilhafterweise mit einer Vorspannung im Wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs montiert. Jeder axiale Anschlag ist vorzugsweise eine Elastomerlaminat-Einheit, die ringförmige Abtrennungen aus nicht-elastomerem Material enthält. Der axiale Anschlag ist insbesondere von Nutzen, wenn die Erfindung auf das Gelenk zwischen dem Achsschenkel und dem unteren Arm einer Mac-Pherson-Aufhängung angewandt wird. Ein solcher Anschlag ist jedoch nicht für die Anwendung der Erfindung zwischen dem Achsschenkel und dem Lenkarm geeignet.
In einer Ausführungsvariante ist die Verbindung mit dem Boden von der Art eines doppelten Dreiecksquerlenkers, dessen zweiter Dreiecksquerlenker über ein erfindungsgemäßes Gelenkmittel mit dem Achsschenkel verbunden ist.
Bei einer anderen Ausführungsvariante ist die Verbindung mit dem Boden vom Typ Mac Pherson und weist ein Federbein auf, das zwischen dem Achsschenkel und dem Fahrzeugaufbau montiert ist, sowie eine Schraubenfeder, die zwischen einem unteren, mit dem Zylinder des Federbeins fest verbundenen Teller und einem oberen Teller montiert ist, welcher mit der Stange des Federbeins fest verbunden ist, wobei der obere Teller mit einer Elastomerlaminat-Einheit fest verbunden ist, die wiederum mit einem Teil zur Befestigung am Fahrzeugaufbau fest verbunden ist, vorzugsweise mit einem Gewölbe des Fahrzeugaufbaus.
Bei einer solchen Vorrichtung zur Verbindung mit dem Boden kann das Teil zur Befestigung am Fahrzeugaufbau als konvexer Teller entsprechend der Innenfläche des Gewölbes des Aufbaus geformt sein; das Teil zur Befestigung am Aufbau kann diesem gegenüber winkelverstellbar sein. Das obere Ende der Schraubenfeder kann winkelmäßig durch Einfügen in einen Abschnitt des oberen Tellers indiziert sein, wobei der Abschnitt zumindest im Anlagebereich der Feder von Elastomermasse überformt ist.
Gemäß einer ersten Variante ist das Teil zur Befestigung am Aufbau gegenüber diesem über einen Hebel zur Dreheinstellung verschwenkbar befestigt.
Gemäß einer anderen Variante weisen das Befestigungsteil und der Aufbau jeweils mehrere Öffnungen auf, die auf dem gleichen Durchmesser gelegen und derart voneinander beabstandet sind, dass beim mechanischen Zusammenbau des Teils zur Befestigung am Aufbau und des Aufbaus eine winkelmäßige Indizierung möglich ist.
Gemäß einer weiteren Variante weist der Aufbau mehrere erste Ausformungen und das Teil zur Befestigung am Aufbau mehrere zweite Ausformungen auf und, um eine Indizierung zwischen dem Aufbau und dem Teil zur Befestigung am Aufbau sicherzustellen, wirkt eine erste Ausformung des Aufbaus mit einer zweiten Ausformung des Teils zur Befestigung am Aufbau zusammen.
Vorteilhafterweise weist das Teil zur Befestigung am Aufbau einen radial unteren Abschnitt auf, der mit einem Auffanglager zusammenwirkt, um das Lösen des Federbeins im Fall des Ablösens des Fahrzeugrads und des Reißens der Elastomerlaminat-Einheit zu verhindern. Der radial untere Abschnitt kann zumindest teilweise verkleidet sein oder mit einem Material überformt sein, das als Stoßdämpfer wirkt.
Das Teil zur Befestigung am Aufbau kann so ausgebildet sein, dass es am Aufbau einrastet.
Dank der besonderen Anordnungen, die soeben beschrieben wurden, kann das obere Axialkugellager, das für gewöhnlich bei einer Verbindung mit dem Boden vom Typ Mac Pherson vorliegt, durch ein elastisches System ersetzt werden, dessen Betätigungsmoment im Wesentlichen proportional zum Schwenkwinkel ist. Ein solches elastisches System kann modular aufgebaut sein, sodass im Werk eine austauschbare modulare Einheit zusammengebaut wird, die ein Federbein und eine zugehörige Feder aufweist; dieses System erlaubt auch eine Voreinstellung der Drehung der austauschbaren Einheit nach Zusammenbauen des Fahrzeugaufbaus, um eine mögliche seitliche Kraft oder ein mögliches Drehmoment zu kompensieren, die auf den Reifen und die Rollbedingungen (Schräglage) zurückgehen.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Verbindung mit dem Boden zum Gegenstand, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Achsschenkel über zwei Gelenkmittel mit dem Lenkarm beziehungsweise mit dem Dreiecksquerlenker verbunden ist, wie bereits weiter oben erwähnt wurde.
Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt nun eine Beschreibung mehrerer Ausführungsarten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die als nicht einschränkendes Beispiel dient.
Fig. 1 zeigt schematisch eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Gelenk nach dem Stand der Technik zwischen dem Verbindungsteil mit dem Achsschenkel und dem Verbindungsteil mit dem Dreiecksquerlenker eines Systems zur Verbindung mit dem Boden ersetzt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine vertikal entlang der Linie II-II von Fig. 1 geschnittene Ansicht.
Fig. 3 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gelenks.
Fig. 4 zeigt schematisch eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung mit dem Boden.
Fig. 5 zeigt schematisch eine vergrößerte Schnittansicht des oberen Abschnitts der Vorrichtung zur Verbindung mit dem Boden von Fig. 4.
Fig. 6 zeigt schematisch eine vergrößerte, entlang der Linie VI-VI von Fig. 7 geschnittene Ansicht einer Ausführungsvariante der Vorrichtung von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 6.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Teilansicht einer anderen Ausführungsvariante der Vorrichtung von Fig. 5, die entlang der Linie VIII-VIII von Fig. 9 geschnitten ist.
Fig. 9 zeigt schematisch eine Teilansicht von oben auf die Vorrichtung von Fig. 8.
Fig. 10 zeigt schematisch einen Teilschnitt einer anderen Ausführungsvariante der Vorrichtung von Fig. 5.
Fig. 11 zeigt schematisch eine geschnittene Teilansicht einer letzten Ausführungsvariante der Vorrichtung von Fig. 5.
Fig. 12 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung mit dem Boden für ein Vorderrad eines Kraftfahrzeugs, die die Gelenkmittel zum einen zwischen einem Achsschenkel und zum anderen einem Lenkarm und einem Dreiecksquerlenker von innen und von unten gesehen zeigt.
Fig. 13 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung zur Verbindung mit dem Boden von Fig. 12, von außen und von oben gesehen.
Gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion tragen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen.
In Fig. 4 ist eine Verbindung mit dem Boden vom Typ Mac Pherson dargestellt, bei der eine Radeinheit 100 mit einem auf einer Felge 151 montierten Autoreifen 150 an der Nabe 152 eines Achsschenkels 101 eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Ein Federbein 102 ist zwischen einem oberen Arm 101b des Achsschenkels 101 und dem Aufbau 103 des Fahrzeugs montiert. Eine Schraubenfeder 104 ist zwischen einem unteren, mit dem Zylinder 102a des Federbeins 102 fest verbundenen Teller 105 und einem oberen, mit der Stange 102b des Federbeins 102 fest verbundenen Teller 106 montiert. Der Achsschenkel 101 ist an seinem unteren Arm 101a mit einem Dreiecksquerlenker 201 des Fahrzeugs verbunden, und zwar über ein Gelenk 200, das im Detail in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.
In den Fig. 1 bis 3 ist ersichtlich, dass eine Gabel 1 zur Verbindung mit dem Achsschenkel, der das Fahrzeugrad trägt, an einer Gabel 2 zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker angelenkt ist. Die Gabel 1 kann aus einem Stück mit dem Arm 101a des Achsschenkels 101 und die Gabel 2 kann aus einem Stück mit dem Dreiecksquerlenker 201 sein.
Die Gabel 2 zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker trägt eine Nuss 3 mit zwei Achsenenden 4 und 5. Die Nuss 3 besitzt eine Bohrung 6a, die von einer Gelenkachse 6 durchquert wird, welche von der Gabel 1 zur Verbindung mit dem Achsschenkel getragen wird.
Erfindungsgemäß sind elastische Gelenkringe 7 bis 12 zwischen die Gelenkachsen 4, 5 und 6 und die entsprechenden Gabeln geschaltet.
Jeder elastische Gelenkring 7 bis 12 besitzt die Form von zwei rohrförmigen Abschnitten 7a bis 12a, 7b bis 12b, die über ein Elastomer 7c bis 12c von geringer Härte unter 50 Shore-A miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird jeder elastische Ring 7 bis 12 durch Vergießen von Elastomer direkt zwischen den rohrförmigen Abschnitten 7a bis 12a, 7b bis 12b ausgebildet.
Dadurch, dass ein Elastomer-Material mit geringem Elastizitätsmodul gewählt wird, kann ohne großen Kraftaufwand eine große Winkelbewegung erreicht werden: So erhält man um die Achse X, also bei einer Drehung um die Achsenenden 4 und 5, ausgehend von einer mittleren Position eine Winkelbewegung in der Größenordnung von ±20º in der einen oder anderen Richtung. Dagegen erhält man um die Achse Z, also bei einer Drehung um die Gelenkachse 6, eine Winkelbewegung in der Größenordnung von 50º in der einen oder anderen Richtung bezüglich einer mittleren Position. Dass die zulässige Drehung um die Z-Achse mehr als doppelt so groß ist wie die zulässige Drehung um die X-Achse, resultiert aus der Addition der zulässigen Winkel an den elastischen Ringen 7 und 10 am Ende und aus den zulässigen Drehungen an den Zwischenringen 8 und 9, die in der Nuss 3 befestigt sind.
Da die Ringe 8 und 9 den gleichen Beanspruchungen unterworfen sind, die aus der relativen Anlenkung der Nuss 3 um die Achse 6 resultieren, können sie durch einen einzigen Ring doppelter Länge ersetzt werden, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Vorzugsweise sind die radial inneren rohrförmigen Abschnitte 7a bis 12a länger als die radial äußeren rohrförmigen Abschnitte 7b bis 12b. Diese Anordnung stellt einen längeren Kontakt mit den Gelenkachsen 4 bis 6 sicher und schützt das dazwischen angeordnete Elastomer 7c bis 12c.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart am Fahrzeug befestigt, dass die X-Achse, die durch die Achsenenden 4 und 5 läuft, im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Fahrzeugs in Fahrtrichtung verläuft.
Starke Brems- oder Beschleunigungskräfte werden folglich durch Verschiebung der Gabel 2 bei der Fortbewegung des Fahrzeugs auf die Nuss 3 übertragen. Um diese Kräfte auszugleichen, sind axiale Anschläge 13 und 14 zwischen die Arme der Gabel 2 und die von der Gelenkachse 6 durchquerte Gelenknuss 3 geschaltet. Jeder axiale Anschlag 13 oder 14 weist vorzugsweise mehrere Elastomerschichten 15 auf, die durch mehrere Zwischenringe 16 aus nicht-elastomerem Material voneinander getrennt sind.
Vorzugsweise besitzt das nicht-elastomere Material eine gute Scher- oder Drehfestigkeit und wird aus der Gruppe der Blattmetalle oder Metallfolien, der Textilien, der Faservliese, der Thermoplaste und der Duroplaste gewählt. Ausschlaggebend ist, dass das nicht-elastomere Material mit dem Elastomermaterial 15 kompatibel ist, um eine relative Haftung und eine Stabilisierung des Ganzen zu erleichtern.
Vorzugsweise sind die axialen Anschläge Laminateinheiten aus einem Stück, die durch Vergießen von Elastomer zwischen den Zwischenringen 16 oder durch Schichtung von Gummiringen gebildet werden. Das Anbringen dieser Einheiten erfolgt vorzugsweise unter einer axialen Vorspannung von 5000 N in Richtung der X-Achse. Hierzu ist vorgesehen, die axialen Anschläge 13 und 14 zu beiden Seiten der Schultern 3a 3b abzustützen, die einen Übergang zwischen den Achsenenden 4 und 5 und dem mittleren Teil der Nuss 3 bilden.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in perspektivischer und in Einzelteile aufgelöster Darstellung. Die Montage der Vorrichtung erfolgt so, dass danach die parallelen X-Achsen sowie die parallelen Z- Achsen richtig ausgerichtet sind.
Die Gabel 1 zur Verbindung mit dem Achsschenkel besitzt zwei Ösen 1a, 1b, die die Enden der Achse 6 unter Zwischenschaltung der elastischen Ringe 7 bis 10 aufnehmen. Das Feststellen der rohrförmigen Abschnitte 7b, 10b bezüglich der Ösen 1a 1b erfolgt in bekannter Weise durch Krafteinpressen. Beim Feststellen der radial inneren Abschnitte 7a bis 12a an jeder der entsprechenden Gelenkachsen 4 bis 6 verhält es sich ebenso.
Die Gabel 2 zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker ist in einem Stück dargestellt. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann diese Gabel 2 auch aus mehreren verschiedenen Elementen aufgebaut sein, wobei das Wesentliche ist, dass die an der X-Achse ausgerichteten Ösen 2a 2b die Achsenenden 4 und 5 unter Zwischenschaltung der elastischen Ringe 11 und 12 aufnehmen können. Der mechanische Zusammenbau dieser elastischen Ringe sowie die Vorspannung der axialen Anschläge 13 und 14 werden ebenfalls in bekannter Weise ausgeführt und bedürfen keiner detaillierten Beschreibung.
Die unter Bezugnahme auf eine besondere Ausführungsart beschriebene Erfindung deckt auch alle Ausführungsvarianten und alle Veränderungen einer Vorrichtung ab, die drei Freiheitsgrade der Drehung umfasst. Ein Freiheitsgrad kleinen Ausschlags kann auch an dem von der Erfindung vorgeschlagenen Gelenk beobachtet werden. So kann das Gelenkmittel wie ein Kugelgelenk drei Freiheitsgrade der Drehung zulassen, wobei zwei Freiheitsgrade um die beiden zuvor genannten Drehachsen definiert sind und der dritte Freiheitsgrad von geringem Ausschlag und durch das Kippen um eine Achse definiert ist, die senkrecht zu den beiden zuvor genannten Drehachsen verläuft, wobei das Kippen durch Zug- und Druckbeanspruchung der elastischen Gelenkringe hervorgerufen wird.
Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist erkennbar, dass am oberen Abschnitt des Federbeins 102 der obere Teller 106 mit einer Elastomerlaminat-Einheit 107 fest verbunden ist, die wiederum mit einem Teil 108 zur Befestigung am Aufbau 103 des Fahrzeugs fest verbunden ist.
In bekannter Weise hält die Mutter 109 zur Befestigung der Stange 102b des Federbeins am oberen Teller 106 auch ein Auffanglager 110, welches das Lösen des Federbeins im Fall des Ablösens des Fahrzeugrads und des Reißens der Elastomerlaminat-Einheit verhindert.
Der Aufbau 103 des Fahrzeugs ist so ausgebildet, dass er ein Gewölbe 111 aufweist. Das Teil 108 zur Befestigung am Aufbau 103 des Fahrzeugs ist vorteilhafterweise als konvexer Teller ausgebildet, der der Innenfläche des Gewölbes 111 des Aufbaus angepasst ist. Die Befestigung des Teils 108 am Aufbau 103 erfolgt durch mechanischen Fügen, Verbolzen oder Verschrauben, schematisch durch die gestrichelte Achse 112 dargestellt. Die Elastomerlaminat-Einheit 107 wird im Wesentlichen durch Vergießen von Elastomer mit geringer Drehfestigkeit unter Zwischenschaltung von Kegelstümpfen 113a 113b aus Metall geringer Dicke zwischen den Elastomerschichten gebildet.
Die durch Aufformen von Elastomer einer geringeren Härte als 50 Shore erhaltene Laminateinheit weist eine geringe Drehfestigkeit in einem großen Winkelbereich auf. Der Effekt des Aufbaus der Einheit als Laminat besteht darin, dass sich die Drehwinkel der Elastomer-Kegelstümpfe addieren, die zwischen dem oberen Teller 106, dem ersten Kegelstumpf 113%, dem zweiten Kegelstumpf 113b und dem konvexen Teller 108 zwischengeschaltet sind.
Vorteilhafterweise ist eine Aufformung des oberen Tellers 106 zumindest in der Nähe der Öffnung 114 vorgesehen, in die das Ende 104a der Feder 104 in den Teller 106 eingeführt wird. Durch diese zumindest stellenweise Aufformung werden Schlaggeräusche vermieden und gleichzeitig das Ende 104a der Schraubenfeder 104 fixiert, um ihre winkelmäßige Indizierung sicherzustellen. Um unnötige Wiederholungen des Aufformens zu vermeiden, wird dieses vorzugsweise in einem einzigen Vorgang ausgeführt, was dazu führt, dass auch die Oberfläche des Tellers 106 und der größte Teil seiner inneren Ausweitung vergossen werden.
Die unter Bezugnahme auf die kegelstumpfartigen Abschnitte 113a, 113b aus Metall beschriebene Erfindung ist keineswegs auf dieses Material begrenzt, sondern erstreckt sich auch auf andere Materialien, die vergossen werden können und ein unelastischeres Torsionsverhalten als das Vergießelastomer aufweisen: Insbesondere sind hier alle Textilien, Faservliese, Thermoplaste und Duroplaste zu nennen, die sich zum Aufformen eignen. Die Hauptsache ist, dass die von den aufgeformten Abschnitten aus Elastomer gebildeten, winkelmäßig verformbaren Bereiche und die drehstarren Bereiche, gebildet durch die zwischengeschalteten Kegelstümpfe 113a, 113b, voneinander getrennt sind.
Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsvariante des Gelenks von Fig. 5. Bei dieser Variante ist das Teil 108 zur Befestigung am Aufbau winkelmäßig gegenüber dem Gewölbe 111 des Aufbaus 103 einstellbar. Hierzu ist ein in einen Schlitz am oberen Ende des Teils 108 eingefügter Hebel 115 an einer mit dem Aufbau 103 fest verbundenen Achse 116 befestigt. Es kann ein Antrifriktionsmaterial zwischen dem Teil 108 und dem Gewölbe 111 zwischengeschaltet werden. Das Ende des Hebels 115, das dem an das Teil 108 geschweißten Ende gegenüberliegt, ist so ausgebildet, dass es sich in die Aussparungen 117a bis 117e einfügt, die durch Einstellkerben 118a bis 118d voneinander getrennt sind. Die Aussparungen 117 und die Kerben 118 sind in einem Teil 119 ausgeführt, beispielsweise einem kreisbogenförmigen Winkelprofil, das am Aufbau 113 mechanisch (durch Bolzen, Schrauben, Punktschweißen usw.) befestigt ist.
In den Fig. 8 und 9 ist eine andere Ausführungsvariante des Gelenks von Fig. 5 dargestellt. In dieser Variante umfasst das Teil 108 zur Befestigung am Gewölbe 111 des Aufbaus 103 mehrere Öffnungen 121a bis 121g. Der Aufbau 103 umfasst in der Nähe des Gewölbes 111 mehrere Öffnungen 122a bis 122e die im Wesentlichen auf dem gleichen Durchmesser wie die Öffnungen 121a bis 121g gelegen sind. Die Öffnungen 121 sind in einem gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet, der sich von dem gleichmäßigen Abstand der Öffnungen 122 unterscheidet. Die Winkeleinstellung des Teils 108 zur Befestigung gegenüber dem Aufbau 103 kann somit in der Art eines Nonius erfolgen, wodurch eine präzise winkelmäßige Indizierung des Teils 108 zur Befestigung gegenüber dem Aufbau 103 verwirklicht wird. Nach Vornehmen dieser Einstellung erfolgt die mechanische Montage des Teils 108 am Gewölbe 111 mittels einer Schraube oder eines Anschlussbolzens 123.
So liefert die Erfindung ein Mittel zur Dreheinstellung der Verbindung mit dem Boden, wodurch die seitwärts ziehenden Kräfte oder die Drift durch den Reifen zumindest teilweise kompensiert werden.
In Fig. 10 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsart der Vorrichtung von Fig. 5 dargestellt. Darin ist der obere Teller 106 mittels der Stange des Federbeins 104b und der Mutter 109 (beide nicht dargestellt) mit einem Auffanglager 124 verbunden, das vorteilhafterweise eine rotationssymmetrische Form aufweist. Das Teil 108 zur Befestigung am Aufbau 103 mittels mechanischer Verbindung 125 weist einen radial inneren Abschnitt 126 auf, der mit dem Puffer oder Auffanglager 124 zusammenwirkt, um das Lösen des Federbeins im Fall des Ablösens oder Hebens des Fahrzeugrads zu verhindern.
Der radial innere Abschnitt 126 ist vorteilhafterweise verkleidet oder zumindest teilweise mit einem stoßfesten Material vergossen, beispielsweise einem Polyamid. Im dargestellten Beispiel weist die Aufformung 127 eine im Wesentlichen zur Drehachse 128 koaxiale Ringform auf.
Diese vorteilhafte Ausführungsart der Erfindung erlaubt die industrielle Fertigung der Federbein-Einheit mit dem Auffanglager 124, dem radial inneren Abschnitt 126 des Befestigungsteils 108, der Laminateinheit 107, dem oberen Teller 106, dem Federbein 102 und der Feder 104, die am unteren Teller 105 befestigt ist.
In Fig. 11 ist eine Ausführungsvariante der Vorrichtung von Fig. 10 dargestellt. In dieser Variante weist das Befestigungsteil 108 eine ringförmige Leiste 129 auf, die mit der Leiste 130 des Aufbaus 103 verrasten kann.
Um eine Indizierung zwischen dem Aufbau 103 und dem Befestigungsteil 108 zu gewährleisten, ist der Aufbau 103 mit mehreren Auszahnungen 131 und das Befestigungsteil 108 mit mehreren Vorsprüngen 132 versehen, die an beweglichen Hebeln 133 befestigt sind. Die Vorsprünge 132 und die Auszahnungen 131 sind unterschiedlich voneinander beabstandet, sodass eine genaue Indizierung zwischen dem Aufbau 103 und dem Befestigungsteil 108 gewährleistet ist, durch Einfügen eines Vorsprungs 132 in eine Auszahnung 131. Die Einstellung erfolgt in der Art eines Nonius, in analoger Weise wie unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.
Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung auf die Zusammenwirkung jeglicher Art einer vertiefter Form mit einer hervortretenden Form, die am Befestigungsteil 108 beziehungsweise am Aufbau 103 vorgesehen ist.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsvarianten beschränkt. Sie erstreckt sich auf jede Vorrichtung mit einer Feder und einem Federbein, mit einer Elastomerlaminat- Einheit, deren Drehwinkel im Wesentlichen proportional zu den angelegten Drehmomenten ist, ohne eine Schwelle aufzuweisen, und deren Anordnung eine industrielle Fertigung einer modular aufgebauten Einheit mit Federbein und Feder erlaubt, die direkt in den Aufbau oder das Gewölbe des Aufbaus des Fahrzeugs eingebaut werden kann.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13 ist erkennbar, dass der Achsschenkel 101 mit einer Bremsscheibe 153 versehen ist, die mit einer Bremsbacke 154 zusammenwirkt. Der Achsschenkel 101 weist einen Hebel 101c auf, der über ein erfindungsgemäßes Gelenkmittel 203 mit einem Lenkarm 202 verbunden ist, der an seinem Ende als Gabel mit zwei parallelen Armen 202a und 202b ausgebildet ist, in denen die Zapfen 204 der Gelenknuss 203 des Gelenkmittels montiert sind. Der Hebel 101c des Achsschenkels 101 umfasst ebenfalls eine Gabel. Deren Arme nehmen das Gehäuse der Gelenknuss 203 auf; durch sie hindurch verläuft die Drehachse 206. Abgesehen von den axialen Anschlägen, die beim Anlenken mit dem Lenkarm 202 nicht vorgesehen sind, entspricht das Gelenkmittel 203 im Wesentlichen dem Gelenkmittel 200 für den Dreiecksquerlenker.
Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf ein Gelenkmittel mit zwei sich kreuzenden Drehachsen beschränkt ist, sondern auch auf ein Gelenkmittel mit zwei beabstandeten Drehachsen angewandt werden kann, deren Achsen sich nicht kreuzen.

Claims

1. Gelenkmittel (200, 203) zwischen zwei Verbindungsteilen (1, 2) mit einer Gelenknuss (3), die zwei nicht parallele Wellen (4 bis 6), die jeweils eine Drehachse festlegen, und mindestens eine Bohrung (6a) für den Durchgang der ersten (6) der beiden Wellen aufweist, wobei mindestens ein elastischer Gelenkring (8, 9) zwischengeschaltet ist, der um die erste Drehachse genannte Drehachse der ersten Welle (6) drehbeansprucht werden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen jeweils von einem der beiden Verbindungsteile getragen werden, wobei elastische Gelenkringe (7, 10 bis 12) zwischengeschaltet sind, die um die Drehachse der zugehörigen Welle drehbeansprucht werden können, sodass sich die zulässige relative Winkelbewegung zwischen den Verbindungsteilen um die erste Drehachse aus der Addition der zulässigen Winkelbewegung des Verbindungsteils bezüglich der ersten Achse mit der zulässigen Winkelbewegung der ersten Welle bezüglich der Gelenknuss (3) ergibt.

2. Gelenkmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen elastischen Gelenkring (8, 9) zwischen der zuvor genannten Bohrung (6a) und der ersten Welle (6) und mindestens einen getrennten elastischen Gelenkring (7, 10) zwischen der ersten Welle und dem Verbindungsteil (1) aufweist, von dem die Welle getragen wird.

3. Gelenkmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden zuvor genannten Drehachsen kreuzen und die Gelenknuss (3) zwei koaxiale Zapfen (4, 5) aufweist, die sich zu beiden Seiten der Bohrung (6a) erstrecken und die zweite Welle des Gelenkmittels festlegen, die die zweite Drehachse festlegt, wobei sich die zulässige Winkelbewegung eines jeden Verbindungsteils um die zweite Drehachse aus der zulässigen Winkelbewegung des Verbindungsteils bezüglich der Gelenknuss (3) ergibt.

4. Gelenkmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden zuvor genannten Drehachsen nicht kreuzen und dass die Gelenknuss mit einer zweiten Bohrung für den Durchgang der zweiten Welle versehen ist, wobei mindestens ein elastischer Gelenkring zwischengeschaltet ist, der um die zweite Drehachse, die der zweiten Welle zugeordnet ist, drehbeansprucht werden kann, und die erste Bohrung der Gelenknuss (3) keinen Schnittpunkt mit der zweiten Bohrung aufweist.

5. Gelenkmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder elastische Gelenkring (7 bis 12) aus zwei koaxialen rohrförmigen Teilen (7a bis 12a 7b bis 12b) besteht, zwischen denen Elastomermasse (7c bis 12c) mit geringem Elastizitätsmodul vergossen ist.

6. Gelenkmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermasse (7c bis 12c) einen Andruck am radial inneren rohrförmigen Teil (7a bis 12) aufweist, der länger ist als ihr Andruck am radial äußeren rohrförmigen Teil (7b bis 12b), sodass der elastische Ring eine im Wesentlichen konstante Scherspannung aufweist, wobei der elastische Ring (7 bis 12) unabhängig von seinem Radius dank der im Wesentlichen trapezoiden Form des Rings im axialen Querschnitt eine im Wesentlichen konstante Zylinderfläche aufweist.

7. Gelenkmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Ring so gewählt wird, dass er eine Winkelbewegung in der Größenordnung von ± 20º durch Torsionsverformung des elastischen Rings erlaubt.

8. Gelenkmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungsteil (1, 2) als Gabel geformt ist, wobei die beiden Arme (1a, 1b, 2a, 2b) jeder Gabel unter Zwischenschaltung von mindestens einem elastischen Gelenkring (7, 10 bis 12) die Enden einer Welle (4 bis 6) der Gelenknuss (3) aufnehmen.

9. Kraftfahrzeug, das mit einer Vorrichtung zur Verbindung eines Vorderrads (100) mit dem Boden ausgestattet ist, mit einem Achsschenkel (101), der mit dem Gelenkmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verbindungsteil (1) mit dem Achsschenkel (101) fest verbunden ist, während das zweite Verbindungsteil (2) mit einem Lenkarm (202) fest verbunden ist, wobei sich die erste Drehachse im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung (Z) und die zweite Drehachse im Wesentlichen in Längsrichtung (X) des Fahrzeugs erstreckt.

10. Kraftfahrzeug, das mit einer Vorrichtung zur Verbindung eines Rads mit dem Boden (100) versehen ist, mit einem Achsschenkel (101), der mit dem Gelenkmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verbindungsteil (1) mit dem Achsschenkel (101) fest verbunden ist, während das zweite Verbindungsteil (2) mit einem Dreiecksquerlenker (201) fest verbunden ist, der mit dem Aufbau (103) des Fahrzeugs verbunden ist, wobei sich die erste Drehachse im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung (Z) und die zweite Drehachse im Wesentlichen in Längsrichtung (X) des Fahrzeugs erstreckt.

11. Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Teil (2) zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker (201) getragene Gelenknuss (3) an diesem Teil (2) unter Zwischenschaltung axialer Anschläge (13, 14) montiert ist.

12. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder axiale Anschlag mehrere Elastomerschichten (15) aufweist, die mittels mehrerer Zwischenringe (16) aus nicht- elastomerem Material voneinander getrennt sind.

13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-elastomere Material (16) aus der Gruppe der Blattmetalle oder Metallfolien, der Textilien, der Faservliese, der Thermoplaste und der Duroplaste gewählt wird.

14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Anschläge (13, 14) im Teil (2) zur Verbindung mit dem Dreiecksquerlenker (201) auf beiden Seiten von Schultern (3a, 3b) montiert sind, die einen Übergang zwischen den Zapfen (4, 5) und dem mittleren Abschnitt der Nuss (3) des Gelenkmittels nach Anspruch 2 bilden.

15. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Anschläge (13, 14) mit einer Vorspannung im Wesentlichen in Längsrichtung (X) des Fahrzeugs montiert werden.

16. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder axiale Anschlag (13 oder 14) eine Elastomerlaminat-Einheit (15) ist, die ringförmige Abtrennungen (16) aus nicht-elastomerem Material enthält.

17. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mit dem Boden vom Typ Mac Pherson ist und ein Federbein (102) aufweist, das zwischen dem Achsschenkel (101) und dem Aufbau (103) des Fahrzeugs montiert ist, sowie eine Schraubenfeder (104), die zwischen einem unteren, mit dem Zylinder (102a) des Federbeins (102) fest verbundenen Teller (105) und einem oberen Teller (106) montiert ist, welcher mit der Stange (102b) des Federbeins (102) fest verbunden ist, wobei der obere Teller (106) mit einer Elastomerlaminat-Einheit (107) fest verbunden ist, die wiederum mit einem Teil (108) zur Befestigung am Fahrzeugaufbau fest verbunden ist.

18. Fahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (108) zur Befestigung am Aufbau gegenüber dem Aufbau (103) winkelverstellbar ist.

19. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende (104a) der Schraubenfeder (104) winkelmäßig durch Einfügen in einen Abschnitt des oberen Tellers (106) umgebogen ist, wobei der Abschnitt von Elastomermasse überformt ist.

20. Fahrzeug nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (108) gegenüber dem Aufbau (103) über einen Hebel (115) zur Dreheinstellung verschwenkbar befestigt ist.

21. Fahrzeug nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (108) und der Aufbau (103) jeweils mehrere Öffnungen (121, 122) aufweisen, die auf dem gleichen Durchmesser gelegen und derart voneinander beabstandet sind, dass bei dem mechanischen Befestigungsmittel (123) des Teils (108) zur Befestigung am Aufbau und dem Aufbau (103) eine winkelmäßige Indizierung möglich ist.

22. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (108) zur Befestigung am Aufbau einen radial unteren Abschnitt (126) aufweist, der mit einem Auffanglager (124) zusammenwirkt, um das Lösen des Federbeins im Fall des Ablösens des Fahrzeugrads und des Reißens der Elastomerlaminat-Einheit (107) zu verhindern.

23. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau (103) mehrere erste Ausformungen (131) und das Teil (108) zur Befestigung am Aufbau mehrere zweite Ausformungen (132) aufweist, und dadurch, dass, um eine Indizierung zwischen dem Aufbau (103) und dem Teil (108) zur Befestigung am Aufbau sicherzustellen, eine erste Ausformung (131) des Aufbaus (103) mit einer zweiten Ausformung (132) des Teils (108) zur Befestigung am Aufbau zusammenwirkt.