DE102004009202A1

DE102004009202A1 - Radlagereinheit

Info

Publication number: DE102004009202A1
Application number: DE102004009202A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hofmann; Johannes De Boer; Horst DÖPPLING; Bernhard Wilm
Original assignee: FAG Kugelfischer AG; INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: DE102004009202B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit (1, 2, 3) mit wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Radlagern (8, 9, 11) in einer Radnabe, wobei jedes der Radlager (8, 9, 11) zumindest aus einem Außenring (17, 29) und aus einer Reihe von dem Außenring (17, 29) umfasster Kegelrollen (15) gebildet ist und wobei die Außenringe (17, 29) in der Radnabe (4, 10) sitzen und die Radlager (8, 9, 11) gegeneinander angestellt sowie zumindest zeitweise axial gegeneinander vorgespannt sind und dabei jeder der Außenringe (17, 29) einen radial nach innen zur Rotationsachse der Radlagereinheit (1, 2, 3) gerichteten Stützbord (27, 36) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Radlagereinheit mit wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Radlagern in einer Radnabe, wobei jedes der Radlager zumindest aus einem Außenring und aus einer Reihe von dem Außenring umfaßter Kegelrollen gebildet ist, und wobei die Außenringe in der Radnabe sitzen und die Radlager gegeneinander angestellt sowie zumindest zeitweise axial gegeneinander vorgespannt sind.

Hintergrund der Erfindung

DE 196 47 391 A1 beschreibt eine derartige Radlagereinheit für Personen- und/oder Lastwagen. Der Lagersitz in der Nabe bereitet häufig, insbesondere bei nicht angetriebenen und so genannten geschleppten Achsen, Probleme. Bei geschleppten Rädern oder Achsen sitzt die Radnabe drehbar gelagert auf einem zum Fahrzeug festen Achszapfen. Aufgrund der Umfangslast am Außenring lockern sich die Sitze der Außenringe in der Nabe nach längerem Betrieb des Fahrzeuges. Die Folge sind Tangentialbewegungen der Außenringe in der Nabe und daraus folgender Verschleiß sowie das axiale Auswandern der Außenringe.

Das üblicherweise während des Betriebes des Fahrzeuges radial nach außen bewegte Schmierfett der Radlager wird häufig über die konischen Innenlaufbahnen der Außenringe stirnseitig der größeren Konusdurchmesser aus dem Lager verdrängt. Als Folge fehlt im Bereich des Wälzkontaktes der Wälzkörper das Schmierfett.

Der stehende Achszapfen ist bei geschleppten Achsen und Rädern durch sämtliche zwischen Rad und Fahrzeug wechselseitigen Stützkräfte auf Biegung belastet. Die Biegewechselfestigkeit der Innenringe in derartigen Anordnungen ist relativ gering, da an den zumeist mit einem Freistich oder ähnlichem versehenen Kantenübergängen von der Laufbahn zum Stützbord des Innenringes Kerbspannungen auftreten. Weiterhin ist die Biegewechselfestigkeit auf Biegung beanspruchte Achszapfen durch den Sitz des Innenringes auf dem Achszapfen sowie durch Wellenabsätze auf dem Achszapfen als Axialanschläge für den Innenring reduziert. Außerdem ist die Herstellung der Innenringe durch spanabhebende Bearbeitung aufgrund der Stützborde sehr aufwändig und deshalb kostenintensiv.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radlagereinheit zu schaffen, an der die vorher beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1, dadurch gelöst, dass jeder der Außenringe einen radial nach innen zur Rotationsachse der Radlagereinheit gerichteten Stützbord aufweist, wobei an jedem der Stützborde eine der Reihen axial anläuft. Der Stützbord schließt den Abschnitt der Innenlaufbahn des Außenringes axial ab, an dem der größte Durchmesser des Innenkonus ausgebildet ist, und steht radial über diesen hinaus.

Der üblicherweise an den Innenringen der Radlagerung ausgebildete Stützbord entfällt somit. Die Herstellung der Innenringe ist somit vereinfacht und kostengünstiger. Die Innenringe sind nicht durch Kerbspannungen an Kantenübergängen gefährdet, da mit der Erfindung Innenringe ohne Stützborde eingesetzt sind. Über den Querschnitt des Stützbordes ist die Steifigkeit des Außenringes durch weit radial über die Laufbahn hinausragende Stützborde und durch Stützborde mit großer axialer Abmessung positiv zu beeinflussen. Der Außenring ist deshalb aufgrund des Stützbordes, im Vergleich zu den Außenringen in Radlagereinheiten nach dem Stand der Technik, steifer. Der Verbund zwischen Außenring und Radnabe ist damit fester und das axiale Auswandern der Außenringe ist vermieden. Das radial in den Radlagern nach außen bewegte Fett wird an den Stützborden axial zurückgehalten und verbleibt somit zur Schmierung im Lager.

Die Reihen Kegelrollen der Radlager sind axial zwischen den Stützborden angeordnet. Demnach liegt jeweils einer der Stützborde vorzugsweise axial stirnseitig der Radlagerung zur Fahrzeug- und ein anderer zur Radseite hin gewandt. Die Radlager sind gegeneinander angestellt und überwiegend mit Vorspannung betrieben. Dabei stützen sich die Außenringe bevorzugt axial gegen einen gemeinsamen sowie axial zwischen den Außenringen angeordneten radialen sowie in Richtung der Rotationsachse der Radlagereinheit hervorstehenden Bund unter Vorspannung ab.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Bund einteilig mit der Radnabe ausgebildet.

Die Vorspannung in der Radlagereinheit ist über wenigstens einen Innenring eines der Radlager aufgebracht. Es sind weitere Ausgestaltungen mit folgenden Anordnungen vorgesehen:

– Die Radnabe ist fahrzeugsseitig fest. Damit ist der Achszapfen in der Radnabe drehbar gelagert. Diese Anordnung betrifft vorwiegend angetriebene Räder.
– Der Achszapfen ist fahrzeugseitig fest. Damit ist die Radnabe mittels der Radlager auf dem Achszapfen drehbar gelagert. Diese Anordnung betrifft vorwiegend nicht angetriebene Räder. Die Erfindung ist, aufgrund der Umfangslast am Außenring und der dadurch entstehenden Nachteile, vorzugsweise für diese Anordnung vorgesehen, insbesondere dann, wenn es sich um geschleppte Achsen an angetriebenen Nutzfahrzeugen bzw. Anhängern handelt.
– Beide der Radlager weisen jeweils einen axial auf einem Achszapfen sitzenden Innenring auf. Einer der Innenringe ist axial an dem Achszapfen mit einem Hilfsmittel gesichert und vorgespannt, so dass der andere der Innenringe und die sich an dem Bund axial abstützenden Außenringe ebenfalls axial zur Radnabe fest sind. Durch diese Anordnung ist dann auch der Achszapfen in der Radlagerung axial gehalten.
– Das Hilfsmittel ist ein Haltebund. Der Haltebund ist aus dem Material des Achszapfens ausgeformt und liegt dabei axial an einer Stirnseite des Innenringes an.
– Das Hilfsmittel ist ein mit dem Achszapfen verschraubtes Schraubelement.
– Das Schraubelement ist vorzugsweise eine mit einem Gewinde des Achszapfens verschraubte Mutter.
– Der Achszapfen weist einen Wellenabsatz auf, wobei ein Innenring eines der Radlager axial an dem Wellenabsatz anliegt.
– Beide der Radlager weisen jeweils einen axial auf einem Achszapfen sitzenden Innenring auf. Die Innenringe sind axial zueinander beabstandet angeordnet.
– Beide der Radlager weisen jeweils einen axial auf einem Achszapfen sitzenden Innenring auf. Die Innenringe berühren sich axial.
– Eines der Radlager weist einen Innenring auf. Das andere der Radlager ist ohne Innenring. Die Kegelrollen es Radlagers ohne Innenring laufen unmittelbar auf einer konisch ausgebildeten Umfangsfläche des Achszapfens ab. Vorzugsweise ist die Außenlaufbahn des Radlagers ohne Innenring an einem zum Fahrzeug festen Achszapfen axial so dicht wie möglich zu dem Abschnitt hin ausgebildet, an dem in dem Achszapfen höchste Biegemomente vorherrschen. Das ist so nahe wie möglich an der fahrzeugsseitigen Befestigung des Achszapfens. Die an oder durch einen üblicherweise eingesetzten Innenring auftretenden Kerbspannungen sind in einer Anwendung eines Radlagers ohne Innenring an dieser Stelle vermieden.

Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radnabe aus einem anderen Werkstoff als die Außenringe gefertigt ist. Die Außenringe sind beispielsweise aus Chrom- oder Einsatzstählen hergestellt. Die Radnabe ist aus Gusswerkstoffen, wie Gußeisen mit Kugelgraphit, oder aus Leichtmetall aber auch aus Stahl gefertigt.

Weiterhin weist die Radnabe alternativ zwei innenzylindrische Lagersitze unterschiedlicher Durchmesser für jeweils einen der Außenringe auf. Wahlweise gemeinsam mit dem vorhergehenden Merkmal oder alternativ dazu, weist der Achszapfen zwei außenzylindrische Lagersitze mit zueinander unterschiedlichen Durchmessern für jeweils eines der Radlager auf. Dadurch sind größere Lagerquerschnitte mit größeren Kegelrollen oder, bei gleichen Lagerquerschnitten, mit mehr Kegelrollen in eines der Radlager integrierbar. Das Ergebnis sind höhere Steifigkeiten und Tragfähigkeiten der Lagerung.

Unter Achszapfen sind in diesem Falle alle Arten von Achsbolzen und an Achsstummeln bzw. Wellen verstanden, die wenigstens einen Innenring einer Rad lagerung der betrachteten Gattung aufnehmen.

Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die 2, 3 und 4 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Radlagereinheit 1, 2, 3 für (geschleppte) Trailerachsen in einem Längsschnitt (Linie II – II nach 1) entlang der Rotationsachsen 1a, 2a, bzw. 3a. Die Radlagereinheiten 1, 2, 3 sind jeweils aus einer Radnabe 4 und 10 aus Guß oder Stahl, einem Achszapfen 5, 6, 7 und wahlweise aus den Radlagern 8, 9, 11 und 13 gebildet. Die Radnaben 4 und 10 weisen radial außen Gewindelöcher 14 zum Anflanschen eines nicht dargestellten Radadapters, Rades oder einer Bremsscheibe auf. Die Achszapfen 5, 6, 7, getrennt von weiteren Anschlußkonstruktionen dargestellt, sind fahrzeugsseitig fest und die Radnaben 4 und 10 sind somit drehbar auf diesen gelagert. Die Radlagereinheiten 1, 2, 3 sind an der vom Fahrzeug weggewandten Seite mit einer Schutzkappe 25 abgedeckt. Die 1 zeigt beispielhaft eine Frontalansicht der Radlagereinheit 1 ohne Schutzkappe 25.
Die Radlagereinheit 1 nach 2 weist die Radlager 8 und 9 auf, von denen das Radlager 8 zumindest aus einer Reihe Kegelrollen 15, einem Käfig 16 und aus einem Außenring 17 aus Stahl gebildet ist. Die Kegelrollen 15 laufen an einer außen konisch gestalteten Laufbahn 18 des Achszapfens 5 ab. Der Außenring 17 sitzt in einer Lagerbohrung des Radnabe 4, die einen innenzylindrischen Lagersitz 19 aufweist. Der innenzylindrische Lagersitz 19 weist den gleichen Innendurchmesser auf wie der innenzylindrische Lagersitz 20. Die Lagersitze 19 und 20 sind axial durch einen Bund 21 getrennt, der einteilig mit der Radnabe 4 ausgebildet ist. In dem Lagersitz 20 sitzt das Radlager 9 mit dem Außenring 17. Das Radlager 9 weist weiter zumindest den Käfig 16, die Kegelrollen 15 und einen Innenring 22 auf. Die außen konische Laufbahn 23 des Innenringes 22 weist im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die Laufbahn 18 im Bereich des Wälzkontaktes auf. Dadurch ist der Achszapfen 5 mit einem Absatz 24 versehen, an dem der Innenring 22 anliegt.
Die Radlagereinheit 1 ist mittels eines auch als Wälznietbund bezeichneten Haltebundes 26 vorgespannt, der gleichzeitig den Innenring 22 axial am Achszapfen 5 sichert und somit die Radlagereinheit 1 im Zusammenwirken mit dem Bund 21, mit dem Absatz 24 und mit den Stützborden 27 in sich selbst zusammenhält. Der Haltebund 26 ist aus dem Material des Achszapfens 5 nach außen umgelegt und liegt stirnseitig des Innenringes 22 an. Jeweils einer der Stützborde 27 ist an einem der Außenringe 17 ausgebildet, ragt radial in Richtung der Rotationsachse 1a hervor und hintergreift die jeweilige Reihe der Kegelrollen 15.
Die Radlagereinheit 2 nach 3 weist die Radlager 9 und 11 auf, von denen das Radlager 11 zumindest aus einer Reihe Kegelrollen 38, einem Käfig 28, einem Außenring 29 aus Stahl und aus einem Innenring 30 gebildet ist. Die Kegelrollen 38 laufen an einer außen konisch gestalteten Laufbahn 31 des Innenringes 30 ab. Der Außenring 29 sitzt in einer Lagerbohrung des Radflansches, die einen innenzylindrischen Lagersitz 32 aufweist. Der innenzylindrische Lagersitz 32 weist einen größeren Innendurchmesser auf wie der innenzylindrische Lagersitz 20. Die Lagersitze 32 und 20 sind axial durch einen Bund 33 getrennt, der einteilig mit der Radnabe 10 ausgebildet ist. Der Bund 33 weist eine asymmetrische Gestalt auf und erstreckt sich mit einer langen Ringfläche 33a bis an den Lagersitz 32 und mit einer kurzen Ringfläche 33b bis an den Lagersitz 20. In dem Lagersitz 20 sitzt das Radlager 9 mit dem Außenring 17. Die außen konische Laufbahn 23 des Innenringes 22 weist kleinere Abmessungen wie die Laufbahn 31 an dem Innenring 30 auf. Da der Querschnitt des Radlagers 11 im wesentlichen dem des Radlagers 9 entspricht, weist das Radlager 11 aufgrund einer größeren Anzahl von Kegelrollen 38 eine höhere Tragfähigkeit auf als das Radlager 9. Der Achszapfen 6 ist mit einem Absatz 34 versehen, der den Größenunterschied der Radlager 11 und 9 ausgleicht.
Die Radlagereinheit 2 ist mittels einer Mutter 35 auf einem Außengewinde 36 des Achszapfens 6 vorgespannt. Die Mutter 35 sichert gleichzeitig den Innen ring 22 axial am Achszapfen 6. Die Radlagereinheit 2 ist im Zusammenwirken mit dem Bund 33, mit dem Absatz 34 und mit den Stützborden 27 sowie 36 in sich selbst zusammengehalten. Die Mutter 35 liegt stirnseitig des Innenringes 22 an. Der Stützbord 36 ist an dem Außenring 29 ausgebildet, ragt radial in Richtung der Rotationsachse 2a hervor und hintergreift die Reihe der Kegelrollen 38.
Die Radlagereinheit 3 nach 4 weist zwei Radlager 13 auf, die jeweils zumindest aus einer Reihe Kegelrollen 15, dem Käfig 16, einem Außenring 17 und aus einem Innenring 12 gebildet sind. Die Kegelrollen 15 laufen an einer außen konisch gestalteten Laufbahn 39 des Innenringes 12 ab. Die Außenringe 17 sitzen jeweils in einer Lagerbohrung des Radflansches, die den innenzylindrischen Lagersitz 19 bzw. 20 aufweist. Die in den Abmessungen gleichen Innenringe 12 berühren sich axial und sind über die Mutter 35 axial vorgespannt. Der Achszapfen 7 ist mit einem Absatz 37 versehen, an dem der fahrzeugsseitig der Innenringe 12 axial abgestützt ist. Die Radlagereinheit 3 ist im Zusammenwirken mit dem Bund 21 an der Radnabe 4, mit dem Absatz 37 und mit den Stützborden 27 in sich selbst zusammengehalten.

1: Radlagereinheit
1a: Rotationsachse
2: Radlagereinheit
2a: Rotationsachse
3: Radlagereinheit
3a: Rotationsachse
4: Radnabe
5: Achszapfen
6: Achszapfen
7: Achszapfen
8: Radlager
9: Radlager
10: Radnabe
11: Radlager
12: Innenring
13: Radlager
14: Gewindeloch
15: Kegelrolle
16: Käfig
17: Außenring
18: Laufbahn
19: Lagersitz
20: Lagersitz
21: Bund
22: Innenring
23: Laufbahn
24: Absatz
25: Schutzkappe
26: Haltebund
27: Stützbord
28: Käfig
29: Außenring
30: Innenring
31: Laufbahn
32: Lagersitz
33: Bund
34: Absatz
35: Mutter
36: Stützbord
37: Absatz
38: Kegelrolle
39: Laufbahn

Claims

Radlagereinheit (1, 2, 3) mit wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Radlagern (8, 9, 11) in einer Radnabe, wobei jedes der Radlager (8, 9, 11) zumindest aus einem Außenring (17, 29) und aus einer Reihe von dem Außenring (17, 29) umfaßter Kegelrollen (15) gebildet ist, und wobei die Außenringe (17, 29) in der Radnabe (4, 10) sitzen und die Radlager (8, 9, 11) gegeneinander angestellt sowie zumindest zeitweise axial gegeneinander vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Außenringe (17, 29) einen radial nach innen zur Rotationsachse der Radlagereinheit (1, 2, 3) gerichteten Stützbord (27, 36) aufweist, wobei an jedem der Stützborde (27, 36) eine der Reihen axial anläuft.
Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen axial zwischen den Stützborden (27, 36) angeordnet sind.
Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringe (17, 29) axial gegen einen radialen Bund (21, 33) zumindest anliegen, wobei der Bund (21, 33) axial zwischen den Außenringen (17, 29) angeordnet ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (21, 33) einteilig mit der Radnabe (4, 10) ausgebildet ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Radlager (9, 11) einen axial auf einem Achszapfen (5, 6, 7) sitzenden Innenring (12, 22, 30) aufweist, wobei der Innenring (12, 22, 30) axial an dem Achszapfen (5, 6, 7) gesichert ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelrollen (15) einer der Reihen auf einer konischen sowie unmittelbar an dem Achszapfen (5) ausgebildeten Laufbahn (18) ablaufen.
Radlagereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (22) auf dem Achszapfen (5) axial mittels eines Haltebundes (26) gesichert ist, wobei der Haltebund (26) aus dem Material des Achszapfens (5) ausgeformt ist und dabei axial an einer Stirnseite des Innenringes (22) anliegt.
Radlagereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Achszapfen (5, 6, 7) einen Absatz (24, 34, 37) aufweist, wobei ein Innenring (12, 22) eines der Radlager (9, 13) axial an dem Absatz (24, 34, 37) anliegt.
Radlagereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (12, 22) mittels wenigstens eines Schraubelementes axial an dem Achszapfen (6, 7) gesichert ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement eine Mutter (35) ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (4, 10) aus einem anderen Werkstoff als die Außenringe (17, 29) gefertigt ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (4, 10) aus einem Gusswerkstoff und die Außenringe (17, 29) aus Stahl sind.
Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (10) zwei innenzylindrische Lagersitze (20, 32) unterschiedlicher Durchmesser aufweist, in denen jeweils einer der Außenringe (17, 29) sitzt.
Radlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außenkonische Laufbahnen (23, 31) der Radlager (9, 11) zueinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen.