FederbeinlagerWälzlager und Komponenten für Kfz-Fahrwerke

Automobil Produkt Information API 08

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Produktabbildungen dienen nur zur Veranschaulichung und sind nicht zur Konstruktion zu verwenden. Konstruktionen nur nach technischen Angaben, Maßtabellen und Maßzeichnungen in dieser Ausgabe gestalten.Durch die ständige Weiterentwicklung der Produkte sind Änderungen im Produktprogramm und der Produktausführung vorbehalten!

Für Lieferungen und sonstige Leistungen im kaufmännischen Geschäftsverkehr gelten die Verkaufs- und Lieferbedingungen, die in der jeweils gültigen Preisliste und auf den Auftragsbestätigungen aufgeführt sind.

Herausgeber:INA Wälzlager Schaeffler oHG91072 HerzogenaurachHausadresse:Industriestraße 1–391074 Herzogenaurachwww.ina.com© by INA · 2001, AprilAlle Rechte vorbehalten.Nachdruck, auch auszugsweise,ohne unsere Genehmigung nicht gestattet.Druck: mandelkow GmbH, 91074 HerzogenaurachPrinted in Germany

Federbeinlager sind Teil der Radaufhängung bei Einzelrad-aufhängungen. Die Radaufhängung muss für höchste Fahrsicherheit und optimalen Fahrkomfort sorgen, ein leichtes und präzises Lenken der Räder ermöglichen, die an den Reifenaufstandspunkten auftretenden Kräfte zum Fahrzeugaufbau übertragen, Fahrbahn-geräusche vom Aufbau fernhalten und möglichst leicht sein.

Zur Realisierung dieser Forderungen müssen alle beteiligten Komponenten optimal aufeinander abgestimmt werden. Dazu ist ein enger Dialog zwischen Federbein- bzw. Fahrwerkshersteller und Systemlieferant notwendig.

Durch seine Kompetenz und Erfahrung in der Gestaltung, Berechnung und Fertigung von Federbeinlagern ist INA hier seit langem ein wichtiger Partner, der für die unterschiedlichsten technischen Anforderungen Lösungen bietet.

In Kooperation mit seinen Kunden hat INA Federbeinlager entwickelt, die u.a.:■ Radial- und Axialkräfte aufnehmen■ dafür sorgen, dass sich die Stoßdämpfer-Feder beim Lenken und

Einfedern reibungsarm und verspannungsfrei verdreht und so ohne Rückstellmoment arbeitet

■ die Stoßdämpfer-Feder führen und eine Stützfläche für den Stoßdämpfer-Endanschlag bilden

■ für gekoppelte und entkoppelte Federbein-Varianten geeignet sind

■ steif sind und nur eine geringe Masse haben■ zur Isolierung der Fahrbahngeräusche beitragen

■ bauraumoptimiert und abgedichtet sind

■ montagefreundlich und für den Einbau mit Robotern geeignet sind

■ wartungsfrei sind.Umfangreiche Tests nach eng definierten Prüfnormen und auf speziell dafür entwickelten Prüfständen sowie strenge Prozess- und Funktions-kontrollen stellen sicher, dass alle Kundenvorgaben erfüllt werden.Mit seinen Federbeinlagern leistet INA auch auf dem Gebiet der Fahrwerkskomponenten einen wesentlichen Beitrag zum Komfort sowie zur Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Personenkraftwagen weltweit.

INA Wälzlager Schaeffler oHGHerzogenaurach

Federbeinlager

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McPherson FederbeinAufnahme der Stoßdämpfer- und Federkräfte

Das Federbeinlager wird in der Regel oben am Stoßdämpfer eingesetzt, zwischen der Stoßdämpfer-Feder und der Karosserie. Es ermöglicht eine reibungsarme Drehbewegung des Stoßdämpfers und hat einen positiven Einfluss auf das Lenk-verhalten des Fahrzeuges. In Bezug auf die Lastverteilung im Stoßdämpfer wird zwischen zwei Varianten unterschieden:■ Stoßdämpferkräfte FS und Federkräfte FF werden vom Lager

aufgenommen (Bild 1)■ nur die Federkräfte FF gehen durch das Lager.

Die Abstützung der Stoßdämpferkräfte erfolgt durch die Karosserie (Bild 2).

Die Variante 2 wird bevorzugt eingesetzt, da sie eine Reduzierung der Lagerkräfte ermöglicht und die kinematischen Verhältnisse positiv beeinflusst.

Bild 1 · Lager nimmt Stoßdämpfer- und Federkräfte auf

Bild 2 · Lager nimmt nur Federkräfte auf

F

F

F FF

S

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286

F

F

F FF

S

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FederbeinlagerBasisausführung

INA-Federbeinlager bestehen in ihrer Basisausführung aus (Bild 3):■ zwei spanlos gefertigten Laufscheiben■ einem Kugelsatz ■ einer Hülse .

Merkmale Die Federbeinlager sind:■ auf Gebrauchsdauer befettet■ durch den vollkugeligen Wälzkörpersatz statisch

hoch tragfähig■ effektiv vor Verschmutzung geschützt■ bauraum- und kostenoptimiert.

Legende Bild 4 Bild 3 · Federbeinlager-Grundvariante

Bild 4 · Montiertes Federbeinlager der Grundvariante

Federbeinlager in Basisausführung.

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Federbeinlager

Axial-Schrägkugellager-Ausführung

Zur Aufnahme höherer Querkräfte FR, kann die Kontur der Laufbahnen der Basisausführung mit einem definierten Druckwinkel � versehen werden (Bild 5).Der Innentoleranzring aus Kunststoff schützt das Wälz-system zusätzlich vor eindringendem Schmutz. Die sphärische Außenkontur der Laufscheiben ermöglichst eine Verkippung bzw. Anpassung des Lagers an die Umgebungs-konstruktion. Dadurch ist die Lastverteilung in Lager und Top Mount günstiger.

Legende Bild 6

Bild 5 · Federbeinlager – Schrägkugellager-Ausführung

Bild 6 · Montiertes Axial-Schrägkugellager

Modifiziertes Federbeinlager.

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296

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FAFresFres

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FR13

4 31

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Federbeinlager

Design-Trendgekapseltes Federbeinlager

In der Entwicklung des Federbeins gibt es einen Trend zum größeren Durchmesser der Stoßdämpfer-Feder.Dieser Trend führt zur Umstellung von vollkugeligen Lagern mit kleinem Teilkreis-Durchmesser zu käfiggeführten, größeren Federbeinlagern (Bild 7, ).Solche Lager sind mit Kunststoff-Gehäuseteilen gekapselt und so vor eindringendem Schmutz geschützt. Der Käfig sorgt für ausreichenden Fettraum, das Fett für eine lange Gebrauchs-dauer der Lager.Die variable Gestaltung der Kunststoffteile erlaubt eine Anpassung an die Umgebungskonstruktion. Je nach Steifigkeit des unteren Gehäuses besteht die Möglichkeit einer direkten Abstützung der Feder am Lager. Das Federstützblech kann dann entfallen.Bild 8 zeigt die Abstützung der Feder durch einen Federteller .

Bild 7 · Design-Trend

Bild 8 · Feder durch Federteller abgestützt – Federbeinlager gekapselt

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8

Federbeinlager

Direkte Abstützung der Feder am Lagergehäuse

Das Lager in Bild 9 ist mit einem verstärkten Kunststoff-gehäuse ausgestattet. Dadurch kann die Feder ohne zusätzlichen Federteller direkt am Lager abgstützt werden.Bild 10 zeigt ein Gehäuse, an dem die Federsteigung nachgebildet ist. Diese Ausführung ist bauraum- und kosten-optimiert.

Bild 9 · Federbeinlager mit verstärktem Kunststoffgehäuse

Bild 10 · Gehäusekontur mit nachgebildeter Federsteigung

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9

Bei dieser Konstruktion stützt sich die Feder ebenfalls direkt am Lagergehäuse ab (Bild 11).Das Gehäuse wurde zusätzlich verstärkt, um die Feder- und Endanschlagkräfte (Bump Stop) aufzunehmen.

Legende Bild 11

Bild 11 · Verstärktes Lagergehäuse zur Aufnahme der Feder- und Endanschlagkräfte

Top MountFederbeinlager mit verstärktem GehäuseBump Stop.

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Federbeinlager

Design – Übersicht

Bild 12 · Federbeinlager-Varianten

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Federbeinlager

Berechnung

Moderne Wälzlagerentwicklung ist nicht vorstellbar ohne eine FE-Analyse des Lagers und der tangierenden Teile. Das Ziel ist dabei, das bestmögliche Design hinsichtlich Steifigkeit, Bauraum und Kosten zu schaffen (Bild 13).Für diese Analyse muss die exakte Lastverteilung an der Schnittstelle Lager/Stoßdämpfer-Feder ermittelt werden.Dazu hat INA ein Verfahren entwickelt, mit dem die Kräfte unter Berücksichtigung der Originalfedern gemessen werden. Bild 14 zeigt die gemessene Lastverteilung an einem Feder-beinlager.

Bild 13 · FE-Analyse der Lagergehäuse-Steifigkeit

Bild 14 · Lastverteilung am Federbeinlager

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Fax = 4038 N

querF = 740 N

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87654321

Kra

ft

Kra

ft

Zeilen

Spa

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Federbeinlager

Versuch – Prüfstände

Lebensdauer-PrüfstandNach der Berechung und Auslegung werden Lager-Prototypen folgenden Tests unterzogen:■ Reibmoment-Messungen■ Prüfung der statischen Tragfähigkeit■ Lebensdauertests■ Dichtheitstests.Bild 15 zeigt die Grundvariante eines Lebensdauer-Prüfstands.

Kenngrößen

Messgrößen■ Axialkraft■ Schwenkwinkel■ Laufzeit■ Reibmoment.

Legende Bild 15 Bild 15 · Lebensdauer-Prüfstand

■ Prüflingszahl 2, 4, 6■ max. Schwenkfrequenz 10 Hz■ max. Schwenkwinkel 45°■ max. Axiallast 8 kN■ max. Schrägstellung 15°.

Tellerfedernmittlerer Schwenkantriebäußere Lageraufnahme mit WinkeladapterSchrägstellung des FederbeinlagersFederbeinlager.

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Halbdynamischer PrüfstandDer halbdynamische Lebensdauer-Prüfstand ermöglicht den Einsatz von Originalteilen der Radaufhängung:■ die Stoßdämpfer-Feder■ das Top Mount■ den oberen und unteren Federteller.Lageranordnung und Testablauf simulieren den Lagereinsatz unter nahezu gleichen Bedingungen wie im Fahrzeug.

Kenngrößen

Messgrößen■ Axiallast■ Reibmoment■ Laufzeit■ Schwenkwinkel.

Legende Bild 16

Bild 16 · Halbdynamischer Prüfstand

■ Prüflingszahl 2, 4, 6■ max. Federkraft 15 kN■ Schwenkwinkel keine Einschränkung■ max. Schwenkfrequenz 12 Hz.

AntriebsriemenOriginal-FedertellerStoßdämpfer-FederTop-Mount-ErsatzMomentenaufnehmer

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Federbeinlager

Versuch – Prüfstände

Dichtheits-PrüfstandAuf diesem Prüfstand wird die Wirksamkeit der Abdichtung des Federbeinlagers ermittelt (Bild 17).Die Lager werden in der Prüfkammer unter Bewegung und Belastung durch Sprühdüsen mit Wasser bzw. einer Salzlösung besprüht.Kenngrößen

Messgrößen■ Reibmoment■ Schwenkfrequenz■ Korrosionszustand.

Bild 17 · Dichtheits-Prüfstand

■ Schwenkfrequenz 1,5 Hz■ max. Axiallast 5 kN■ Schwenkwinkel 8° bis 40°■ Sprühzyklen trocken/

Salzlösung programmierbar.

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Sac

h-N

r. 00

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3/A

PI 0

8 D

-D 0

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