DE102006030682A1

DE102006030682A1 - Radnaben-Gelenk-Einheit

Info

Publication number: DE102006030682A1
Application number: DE102006030682A
Authority: DE
Inventors: Peter Niebling; Ernst Masur
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-17
Also published as: WO2008003293A2; US20090206649A1; US8052537B2; WO2008003293A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radnaben-Gleichlaufdrehgelenk-Einheit, bei welcher eine Radnabe 60, 90 mit einer Durchgangsöffnung 59, 89, die eine innere Wellenverzahnung 44, 74 trägt, mit dem Gelenkaußenteil 46, 76 eines Gleichlaufdrehgelenks 42, 72 verspannt ist, an dem ein Zapfen 53, 83 mit einer äußeren Wellenverzahnung 54, 84 angeformt ist, wobei innere Wellenverzahnung 44, 74 der Durchgangsöffnung 59, 89 und äußere Wellenverzahnung 54, 84 des Zapfens 53, 83 ineinander greifen und ein zweireihiges Radlager 43, 73 auf die Radnabe 60, 90 aufgeschoben ist, die einen inneren Lagerring 64, 94 umfasst, an dem sich eine Stirnfläche 52, 82 des Gelenkaußenteils 46, 76 unmittelbar abstützt, wobei der Teilkreisdurchmesser (TKD) des Wälzlagers größer ist als der Teilkreisdurchmesser (PCD) des Gleichlaufdrehgelenks.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Radnaben-Gleichlaufdrehgelenk-Einheit bei welcher eine Radnabe mit einer Durchgangsöffnung, die eine innere Wellenverzahnung trägt, mit dem Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgetenks verspannt ist, an dem ein Zapfen mit einer äußeren Wellenverzahnung angeformt ist, wobei innere Wellenverzahnung der Durchgangsöffnung und äußere Wellenverzahnung des Zapfens ineinander greifen, und ein zweireihiges Radlager auf die Radnabe aufgeschoben ist, die einen inneren Lagerring umfasst, an dem sich eine Stirnfläche des Gelenkaußenteils unmittelbar abstützt. Eine sich außen an der Radnabe abstützende Schraube, die in ein Gewindeloch im Zapfen eingedreht ist, dient der Verspannung. Anordnungen dieser Art werden an angetriebenen, insbesondere gelenkten Rädern von Kraftfahrzeugen verwendet, wobei am Flansch der Radnabe das Rad sowie gegebenenfalls eine Bremsscheibe angeschraubt werden, während das Gleichlaufdrehgelenk einen integralen Bestandteil einer Antriebswelle (Seitenwelle) bildet, die aus einer Zwischenwelle, einem innenliegenden Ver schiebegelenk und dem hier genannten Gleichlaufdrehgelenk besteht, das als Gleichlaufdrehgelenk (Vorderradantrieb) oder ebenfalls als Verschiebegelenk (Hinterradantrieb) ausgebildet sein kann. Die Lageranordnung ist in einem Radträger bzw. Achsschenkel einzusetzen.
Bei bekannten Anordnungen der genannten Art geht die Auslegung dahin, das Radlager möglichst klein zu dimensionieren, sowohl aus Kostengründen in Bezug auf das Radlager als auch im Hinblick auf die Baugröße des Radträgers bzw. Achsschenkels. Unter dem genannten Gesichtspunkt wird der Zapfendurchmesser am Gelenkaußenteil auf die benötigte Mindestfestigkeit ausgelegt, wobei der Zapfendurchmesser zugleich den Innendurchmesser der Radnabe und damit indirekt, über die festigkeitsbedingte Wandstärke der Nabe, den inneren Durchmesser des Radlagers bestimmt. Infolge der Elastizität des in dieser Weise ausgelegten Zapfens kommt es bei Drehmomentänderung, insbesondere bei Drehmomentstößen, die durch die Anordnung durchgeleitet werden, zu Relativbewegungen zwischen Gelenkaußenteil und Radlagerinnenring an den wechselseitigen Anschlagflächen. Dies führt zu Geräuschentwicklung, ebenfalls zur Passungskorrosion und zum Verlust der Klemmkraft des Verbandes.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Konzept für eine Einheit der genannten Art bereitzustellen, die eine höhere Lager- und Verbandsteifigkeit bei kurzer Bauweise sichert und die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Radnabengleichlaufdrehgelenkeinheit erreicht, bei der eine Radnabe mit einer Durchgangsöffnung, die eine innere Wellenverzahnung trägt, mit dem Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgelenks verspannt ist, wobei an dem Gleichlaufdrehgelenk ein Zapfen mit einer äußeren Wellenverzahnung angeformt ist. Dabei greifen die innere Wellenverzahnung der Durchgangsöffnung und die äußere Wellenverzahnung des Zapfens ineinander und ein zweireihiges Radlager ist auf die Radnabe auf geschoben. Die Radnabe umfasst einen inneren Lagerring, an dem sich eine Stirnfläche des Gelenkaußenteils unmittelbar abstützt. Erfindungsgemäß ist ein Teilkreisdurchmesser des Wälzlagers größer als ein Teilkreisdurchmesser des Gleichlaufdrehgelenks. Mit anderen Worten ist ein Verhältnis des Teilkreisdurchmessers des Wälzlagers zu dem Teilkreisdurchmesser des Gleichlaufdrehgelenks größer als 1.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen werden nachstehend angeführt.
Besonders bevorzugt ist das Verhältnis des Teilkreisdurchmessers des Wälzlagers zu dem Teilkreisdurchmesser des Gleichlaufdrehgelenks aus einem Bereich zwischen 1 und 1,6, d.h. größer als 1 und kleiner als 1,6.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Gelenkwellenmitte und dem Anlagepunkt des Radlagers kleiner als die Hälfte der Summe aus dem Teilkreisdurchmesser des Wälzlagers und dem Kugeldurchmesser der Kugeln des Gleichlaufdrehgelenks (bzw. der Gelenkkugeln, auch „Kugel-Gelenk").
Bei dieser Ausführungsform wird daher der Abstand von Gelenk und Lager im Verhältnis zu den jeweiligen Teilkreisdurchmessern verkleinert. Auf diese Weise kann eine Erhöhung der Kippsteifigkeit der Lagerung und eine Erhöhung der Lagerbelastbarkeit und damit der Lagerlebensdauer erreicht werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Zapfenwelle der Gelenkwelle kleiner als der Abstand zwischen der Gelenkwellenmitte und dem Anlagepunkt des Radlagers bzw. das Verhältnis von der Zapfenlänge der Gelenkwelle zum Abstand zwischen der Gelenkwellenmitte und dem Anlagepunkt bzw. der Anlageebene des Radlagers kleiner als 1, d. h. L_Z/B < 1.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen der Lagebreite und dem Abstand zwischen der Gelenkmitte und dem Anlagepunkt größer als 1, d. h.
B_L/B > 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt eine weitere Lösung in einem wesentlich verkürzten Mittenabstand von Gelenk und Lager im Verhältnis von gegebenen Größen für die Lagerbreite und den Gelenkdurchmesser. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegen weitere Lösungen in einer qualitativ veränderten Dimensionierung des Zapfens, der wesentlich kürzer und dicker dargestellt wird. Hiermit ändert sich zugleich der Innendurchmesser der Radnabe und damit mittelbar der Innendurchmesser und der Teilkreisdurchmesser der Radlagerung. Vorteilhafte Auswirkungen sind eine wesentliche Erhöhung der Kippsteifigkeit der Lagerung und eine Erhöhung der Lagerbelastbarkeit und damit der Lagerlebensdauer.
Die oben genannten Relativbewegungen zwischen Gelenkaußenteil und Radlagerinnenring werden vermieden bzw. deutlich verringert. Hierfür ist zum einen der größere Querschnitt des Zapfens und damit die größere Torsionsfestigkeit, zum anderen der größere Wirkradius der Wirkfläche der wechselseitigen Abstützung zwischen Gelenkaußenteil und nunmehr größerem Lagerinnenring ursächlich.
Die qualitativ geänderte Dimensionierung kann über verschiedene charakteristische Größenverhältnisse definiert werden, die sich von bisher verwendeten Größenverhältnissen qualitativ unterscheiden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird festgelegt, dass die Hälfte der Summe aus Teilkreisdurchmesser PCD der Gelenkkugeln im Gleichlaufdrehgelenk, Lagerbreite B_L und Kugeldurchmesser DW der Kugeln des Gleichlaufdrehgelenks bzw. der Gelenkkugeln größer ist, als der Mittenabstand A_GL zwischen der Gelenkmitte M_G des Gleichlaufdrehgelenks bei gestrecktem Gelenk und der geometrischen Mitte M_L des Radlagers.
Nach einer weitern bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Verhältnis aus Lagerbreite B_L und Zapfendurchmesser an der Lagerbasis D_Z kleiner 1 ist, d. h. B_L/D_z < 1.
Eine andere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das Verhältnis aus Zapfenlänge L_Z und Teilkreisdurchmesser der Lagerkugeln kleiner 0,5 ist, d. h. L_Z/TKD < 0,5.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis der genutzten Verzahnungslänge L_VERZ und Teilkreisdurchmesser der Lagerkugeln kleiner 0,25 ist, d. h. L_VERZ/TKD < 0,25.
Daneben wird nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser der Lagerkugeln und Lagerbreite größer 1,9 ist, d. h. TKD/B_L > 1,9.
Schließlich zeichnet sich eine weitere Ausführungsform dadurch aus, dass die Querschnittsfläche A_E der Radnabe im Bereich eines separaten Lagerinnenrings und Quadrat der Dehnlänge L_DEHN einer Schraube zur Verbindung von Radnabe und Gelenkaußenteil größer 0,2 ist, d. h. A_E/L_DEHN ² > 0,2. Durch diese Kennzahl kann die Steifigkeit im verspannten Volumen der Radnabe mit dem Querschnitt A_E aufgezeigt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, das Verhältnis aus Mittenabstand A_GL zwischen Gleichlaufdrehgelenk und Radlager einerseits und Zapfendurchmesser an der Zapfenbasis D_Z andererseits kleiner 2 ist, d.h. A_GL/D_Z < 2. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, das Verhältnis aus Mittenabstand zwischen Gleichlaufdrehgelenk und Radlager einerseits und Zapfendurchmesser an der Zapfenbasis D_Z andererseits kleiner 1,5, d.h. A_GL/D_Z < 1,5, insbesondere kleiner 1,2 ist, d.h. A_GL/D_Z < 1,2. Damit wird ein besonders drehsteifer Zapfen in der Konstruktion erreicht, um die Relativbewegungen zwischen Lagerinnenring und Gelenkanschlagfläche zu minimieren.
Eine weitere Ausführungsform geht davon aus, dass das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser des Radlagers TKD und Zapfenlänge L_Z größer 2 ist, d.h. TKD/L_Z > 2. Hierbei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser des Radlager TKD und Zapfenlänge L_Z größer 2,25 ist, d.h. TKD/L_Z > 2,25, insbesondere größer 2,85 ist, d.h. TKD/L_Z > 2,85. Damit wird zur Drehsteifigkeit des Zapfens eine Kippsteifigkeit des Radlagers gepaart, um die Geräuschbildung durch die Relativbewegungen zwischen Lagerinnenring und Gelenkanschlagfläche, als auch den Einfluss der Verformungen, insbesondere der Radnabe, im Betrieb zu minimieren.
Schließlich ist nach einer weiteren Lösung vorgesehen, dass das Verhältnis aus Mittenabstand A_GL zwischen Gleichlaufdrehgelenk und Radlager einerseits und Zapfenlänge L_z andererseits größer 1,95 ist, d.h. A_GL/L_Z > 1,95, wobei das Verhältnis insbesondere größer 2,0 sein soll, d.h. A_GL/L_Z > 2,0.
Mit sämtlichen vorgenannten Definition werden die bekannten Größenverhältnisse von Einheiten der genannten Art verlassen und eine Einheit mit sprunghaft verbesserten Eigenschaften garantiert. Ersichtlich ist dies auch an der Kennzahl D_Z ⁴ der Widerstandsmomente, die auf über 2 × 10⁶ mm⁴ steigt, und der Kennzahl D_Z ⁴/L_Z der auf die Zapfenlänge bezogenen Widerstandsmomente, die auf über 10⁶ mm³ steigt.
Die genannten erfindungsgemäßen Lösungen können auch in Kombination mehrerer oder aller Ansätze miteinander zur vorteilhaften Anwendung kommen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die für alle vorgenannten Lösungen gilt, wird vorgesehen, dass das Radlager ausschließlich einen separaten Lagerinnenring umfasst. Nach einer weiteren günstigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Radnabe axial entgegengesetzt zur inneren Wellenverzahnung eine Durchmesserreduzierung der Durchgangsöffnung aufweist, um die Festigkeit der Nabe weiter zu steigern. Weiter wird vorgeschlagen, dass der Zapfen eine zentrale Gewindebohrung aufweist, in die eine Schraube zur Verspannung der Radnabe mit dem Gelenkaußenteil eingedreht ist. Schließlich ist in günstiger Weise vorzusehen, dass der Schraubenkopf sich im Bereich der Durchmesserreduzierung an einer Stützfläche der Radnabe abstützt.
Wie bereits eingangs angeführt, ist es bei allen vorgenannten Lösungen möglich, dass das Gelenk ein Festgelenk ist, wobei die Mitte des Gelenks axial durch die Ebene der Kugelmitten bei gestrecktem Gelenk definiert ist. Alternativ hierzu kann bei allen Lösungen vorgesehen sein, dass das Gelenk ein Verschiebegelenk ist, wobei die Mitte des Gelenks axial durch die Ebene der Kugelmitten bei gestrecktem und auf die Mitte des axialen Verschiebewegs eingestellten Gelenks definiert ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radnaben-Gelenk-Einheit ist im Vergleich mit einer Einheit nach dem Stand der Technik in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
1a zeigt eine Einheit nach dem Stand der Technik im Längsschnitt unter Angabe allgemeiner Bezugsziffern;
1b zeigt die Einheit nach 1a unter Angabe charakteristischer Kenngrößen;
2a zeigt eine erfindungsgemäße Einheit mit einem Gleichlaufdrehgelenk;
2b zeigt die Einheit aus 2a unter Angabe charakteristischer Kenngrößen;
3 zeigt eine erfindungsgemäße Einheit mit einem Gleichlaufdrehgelenk unter Angabe allgemeiner Bezugszeichen;
4 zeigt die Einheit nach 3 unter Angabe charakteristischer Kenngrößen;
5 zeigt eine erfindungsgemäße Einheit mit einem Gleichlaufverschiebegelenk unter Angabe allgemeiner Bezugszeichen;
6 zeigt die Einheit nach 5 unter Angabe charakteristischer Kenngrößen.
In den 1a und 1b ist jeweils eine Radnabeneinheit 11 für ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges mit einem Gleichlaufdrehgelenk (Gleichlauffestgelenk) 12 zur Verbindung mit einer Antriebswelle verbunden. Die Radnabeneinheit 11 umfasst eine Lagereinheit 13 und eine Radnabe 30, wobei die Lagereinheit 13 auf die Radnabe 30 aufgezogen und zwischen Radnabe 30 und Gleichlaufdrehgelenk 12 axial verspannt ist. Die Radnabe 30 umfaßt einen Flansch zur Anschraubung eines Rades, an dem auch eine Bremsscheibe angeschraubt werden kann. Die Radnabe 30 weist weiterhin eine Durchgangsöffnung 29 auf, in der von Seiten des Gelenkes her eine innere Wellenverzahnung 14 eingeformt ist. Am Flansch ist eine mittige im Wesentlichen axiale Abstützfläche 15 ausgebildet.
Das Gleichlaufdrehgelenk 12 ist nach Art eines UF-Gelenkes ausgebildet und umfasst ein Gelenkaußenteil 16, ein Gelenkinnenteil 17, drehmomentübertragende Kugeln 18 sowie einen Kugelkäfig 19. Die Kugeln sind in Paaren aus äußeren Kugelbahnen 20 im Gelenkaußenteil und inneren Kugelbahnen 21 im Gelenkinnenteil gehalten und geführt.
Am Gelenkaußenteil 16 ist radnabenseitig eine im wesentlichen axiale Stützfläche 22 ausgebildet. Weiterhin ist ein zentraler Zapfen 23 am Gelenkaußenteil angesetzt, der eine äußere Wellenverzahnung 24 trägt, die in die innere Wellenverzahnung 14 der Nabe eingreift. Im Zapfen ist weiterhin eine durchgehende zentrale Gewindebohrung 25 ausgebildet, in die eine Schraube 27 eingedreht ist, die sich mit ihrem Schraubenkopf 28 auf der axialen Abstützfläche 15 des Flansches 12 abstützt. Das zweireihige Lager 13 umfasst einen Lageraußenring 31, der in einen Radträger eingesetzt werden kann, und nicht näher bezeichnete äußere Lagerrillen für zwei Reihen von Lagerkugeln 32, 33 ausbildet. Eine erste innere Lagerrille für die Kugelreihe 32 ist unmittelbar in der Radnabe 30 ausgebildet, während eine zweite Kugelrille für die zweite Kugelreihe 33 in einem separaten Lagerinnenring 34 ausgebildet ist.
Der Lagerinnenring 34 steht axial über die Radnabe 30 über, so dass die Lageranordnung 13 unter Einwirkung der Stützfläche 22 am Gelenkaußenteil mittels der sich an der Stützfläche 15 abstützenden Schraube 27 vorgespannt werden kann. Die Anordnung nach den 1a und 1b ist auf eine Minimierung des Teilkreisdurchmessers TKD der Radlagerung ausgelegt. Hierbei ist der Zapfen 23 auf seine Mindestfestigkeit ausgelegt und weist bei relativ geringem Zapfendurchmesser D_Z eine große Zapfenlänge L_Z auf. Hierdurch wächst der Abstand zwischen der konstruktiven Lagermitte M_L und der konstruktiven Gelenkmitte M_G, dieser Abstand ist mit A_GL bezeichnet. In gleicher Weise der ebenfalls eingezeichnete Abstand von der Gelenkmitte bis zum Zapfenende, der mit L_GZ bezeichnet ist und etwa A_GL + L_Z/2 entspricht. Als weitere charakteristische Größe ist in 1a der Teilkreisdurchmesser PCD des Gelenks eingezeichnet. Daneben finden sich noch die Stützlänge L_S des Lagers, das eine so genannte O-Konfiguration aufweist, wobei die Wirklinien der Kugeln auf symmetrischen Konusflächen liegen, die sich zueinander öffnen, sowie die Lagerbreite B_L des Lagers.
In den 2a, 2b, 3 und 4 ist jeweils eine Radnabeneinheit 41 für ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges mit einem Gleichlaufdrehgelenk 42 zur Verbindung mit einer Antriebswelle verbunden. Die Radnabeneinheit 41 umfasst eine Lagereinheit 43 und eine Radnabe 60, wobei die Lagereinheit 43 auf die Radnabe 60 aufgezogen und zwischen Radnabe 60 und Gleichlaufdrehgelenk 42 axial verspannt ist. Die Radnabe 60 umfasst einen Flansch zur Anschraubung eines Rades, an dem auch eine Bremsscheibe angeschraubt werden kann. Die Radnabe 60 weist weiterhin eine Durchgangsöffnung 59 auf, in der von Seiten des Gelenkes her eine innere Wellenverzahnung 44 eingeformt ist. Am Flansch ist eine mittige im wesentlichen axiale Abstützfläche 45 ausgebildet. Das Gleichlaufdrehgelenk 42 ist nach Art eines UF-Gelenkes ausgebildet und umfasst ein Gelenkaußenteil 46, ein Gelenkinnenteil 47, drehmomentübertragende Kugeln 48 sowie einen Kugelkäfig 49. Die Kugeln sind in Paaren aus äußeren Kugelbahnen 50 im Gelenkaußenteil und inneren Kugelbahnen 51 im Gelenkinnenteil gehalten und geführt. Am Gelenkaußenteil 46 ist radnabenseitig eine im wesentlichen axiale Stützfläche 52 ausgebildet. Weiterhin ist ein zentraler Zapfen 53 am Gelenkaußenteil angesetzt, der eine äußere Wellenverzahnung 54 trägt, die in die innere Wellenverzahnung 44 der Nabe eingreift. Im Zapfen ist weiterhin eine durchgehende zentrale Gewindebohrung 55 ausgebildet, in die eine Schraube 57 eingedreht ist, die sich mit ihrem Schraubenkopf 58 auf der axialen Abstützfläche 45 der Radnabe 60 abstützt (vgl. 3). Die Stützfläche 45 ist hierbei an einer Durchmesserreduzierung 56 der Durchgangsöffnung 59 ausgebildet. Das zweireihige Lager 43 umfasst einen Lageraußenring 61, der in einen Radträger eingesetzt werden kann, und nicht näher bezeichnete äußere Lagerrillen für zwei Reihen von Lagerkugeln 62, 63 ausbildet. Eine erste innere Lagerrille für die Kugelreihe 62 ist unmittelbar in der Radnabe 41 ausgebildet, während eine zweite Kugelrille für die zweite Kugelreihe 63 in einem separaten Lagerinnenring 64 ausgebildet ist. Der Lagerinnenring 64 steht axial über die Radnabe 60 über, so dass die Lageranordnung 43 unter Einwirkung der Stützfläche 52 am Gelenkaußenteil 46 mittels der sich an der Stützfläche 45 abstützenden Schraube 57 vorgespannt werden kann.
2b zeigt die Einheit aus 2a, wobei hier die einzelnen Abmessungen eingezeichnet sind. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen TKD auf den Teilkreisdurchmesser der Lageranordnung. Bei der hier gezeigten Ausführungsform weisen die beiden Wälzkörperreihen 62, 63 den gleichen Teilkreisdurchmesser auf. Das Bezugszeichen PCD bezieht sich auf den Teilkreisdurchmesser des Gleichlaufdrehgelenks. Wie aus 2a ersichtlich, ist der Teilkreisdurchmesser PCD des Gleichlaufdrehgelenks geringer als der Teilkreisdurchmesser TKD des Wälzlagers, sodass das Verhältnis zwischen dem Teilkreisdurchmesser PCD und dem Teilkreisdurchmesser TKD kleiner 1 ist. Das Bezugszeichen A_GL bezeichnet den Abstand zwischen der Lagermitte und der Gelenkmitte. Dabei wurde als Bezugspunkt für die Lagermitte die geometrische Mitte zwischen den beiden Wälzkörperreihen 62 und 63 zugrunde gelegt und für die Gelenkmitte der Mittelpunkt bzw. die Mittelebene der einzelnen Kugeln 48. Das Bezugszeichen B kennzeichnet den Abstand zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt bzw. Anlageebene des Radlagers. Dieser Abstand ist, wie oben ausgeführt, kleiner als die Hälfte der Summe aus dem Teilkreisdurchmesser TKD des Wälzlagers und dem Teilkreisdurchmesser PCD des Gleichlaufdrehgelenks und damit kleiner als der arithmetische Mittelwert zwischen den beiden Teilkreisdurchmessern.
Das Bezugszeichen L_Z bezeichnet die Zapfenlänge der Gelenkwelle. Diese ist kleiner als der Abstand B zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt AL des Radlagers, wie sich ebenfalls aus den 2a, 2b ergibt.
Schließlich ist noch, wie sich ebenfalls aus 2b ergibt, das Verhältnis zwischen der Lagerbreite B_L unter dem Abstand B größer als 1 oder, mit andern Worten, die Lagerbreite BL ist größer als der Abstand zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt AL des Radlagers. Das Bezugszeichen DW bezeichnet den Durchmesser der Kugeln 48.
Bei einem erfindungsgemäßen Gelenk der in den 3 und 4 gezeigten Art ist ein qualitativ größerer Teilkreisdurchmesser TKD der Lageranordnung zugelassen, da zur deutlichen Reduzierung des Abstandes A_GL zwischen der Lagermitte M_L und der Gelenkmitte M_G ein deutlicher qualitativer Zuwachs des Zapfendurchmesser D_Z vorgenommen worden ist. Dieser Zuwachs im Zapfendurchmesser D_Z erlaubt eine Verkürzung der Zapfenlänge L_Z. Auch in 4 sind als weitere Kenngrößen, auf die in der Beschreibung bzw. in den Ansprüchen Bezug genommen wurde, der Teilkreisdurchmesser PCD des Gelenkes, die Lagerbreite B_L sowie die Stützlänge L_S der Lageranordnung gezeigt. Ebenfalls sind die Dehnlänge L_DEHN der Schraube und die ringförmige Querschnittsfläche A_E der Radnabe unter dem separaten Lagerinnenring bezeichnet. Auch hier hat die Lagerung eine O-Konfiguration mit Wirklinien der Kugeln, die auf symmetrischen zueinander offenen Konusflächen liegen.
Im Vergleich mit einer Anordnung nach den 1a und 1b, bei der der Zapfen im Durchmesser minimiert ist und dabei relativ verdrehweich ist, zeigt die erfindungsgemäße Anordnung nach den 2a, 2b, 3 und 4 einen kurzen dicken und damit verdrehsteifen Zapfen. Die bisher unter wechselndem Drehmoment auftretenden Mikrobewegungen zwischen der Stützfläche am Gelenkaußenteil und der entsprechenden Gegenfläche am separaten Lagerinnenring treten beim erfindungsgemäßen Gelenk nicht mehr auf.
In den 5 und 6 ist jeweils eine Radnabeneinheit 71 für ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges mit einem Gleichlaufverschiebegelenk 72 zur Verbindung mit einer Antriebswelle verbunden, wobei eine Lagereinheit 73 auf die Radnabeneinheit 71 aufgezogen und zwischen Radnabeneinheit 71 und Gleichlaufverschiebegelenk 72 axial verspannt ist. Die Radnabe 90 umfasst einen Flansch zur Anschraubung eines Rades, an dem auch eine Bremsscheibe angeschraubt werden kann. Die Radnabe 90 weist weiterhin eine Durchgangsöffnung 89 auf, in der von Seiten des Gelenkes her eine innere Wellenverzahnung 74 eingeformt ist. Am Flansch ist eine mittige im wesentlichen axiale Abstützfläche 75 ausgebildet.
Das Gleichlaufverschiebegelenk 72 ist nach Art eines VL-Gelenkes ausgebildet und umfasst ein Gelenkaußenteil 76, ein Gelenkinnenteil 77, drehmomentübertragende Kugeln 78 sowie einen Kugelkäfig 79. Die Kugeln sind in Paaren aus äußeren Kugelbahnen 80 im Gelenkaußenteil und inneren Kugelbahnen 81 im Gelenkinnenteil gehalten und geführt. Am Gelenkaußenteil 76 ist radnabenseitig eine im wesentlichen axiale Stützfläche 82 ausgebildet. Weiterhin ist ein zentraler Zapfen 83 am Gelenkaußenteil angesetzt, der eine äußere Wellenverzahnung 84 trägt, die in die innere Wellenverzahnung 74 der Nabe eingreift. Im Zapfen ist weiterhin eine durchgehende zentrale Gewindebohrung 85 ausgebildet, in die eine Schraube 87 eingedreht ist, die sich mit ihrem Schraubenkopf 88 auf der axialen Abstützfläche 75 der Radnabe 90 abstützt. Die Stützfläche 75 ist hierbei an einer Durchmesserreduzierung 86 der Durchgangsöffnung 89 ausgebildet.
Das zweireihige Lager 73 umfasst einen Lageraußenring 91, der in einen Radträger eingesetzt werden kann, und nicht näher bezeichnete äußere Lagerrillen für zwei Reihen von Lagerkugeln 92, 93 ausbildet. Eine erste innere Lagerrille für die Kugelreihe 62 ist in einem Lagerinnenring 94 ausgebildet, während eine zweite Kugelrille für die zweite Kugelreihe 63 in einem Lagerinnenring 95 ausgebildet ist. Der Lagerinnenring 94 steht axial über die Radnabe 90 über, so dass die Lageranordnung 73 unter Einwirkung der Stützfläche 82 am Gelenkaußenteil mittels der sich an der Stützfläche 75 abstützenden Schraube 87 vorgespannt werden kann.
In 6 sind ebenfalls die Abmessungen der Radnabeneinheit dargestellt. Auch hier ist zu erkennen, dass der Teilkreisdurchmesser TKD größer ist als der Teilkreisdurchmesser PCD des Gleichlaufverschiebegelenks. Auch die weiteren Verhältnisse der Dimensionen sind hier entsprechend anwendbar, d. h. der Abstand B zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt AL des Lagers ist kleiner als die Hälfte der Summe aus den Teilkreisdurchmessern TKD und PCD. Auch die Zapfenlänge L_Z der Gelenkwelle ist hier kleiner als der Abstand B zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt AL des Radlagers. Daneben ist auch das Verhältnis zwischen der Lagerbreite B_L und dem Abstand B größer als 1.
Bei einem erfindungsgemäßen Gelenk der in den 5 und 6 gezeigten Art ist ein qualitativ größerer Teilkreisdurchmesser TKD der Lageranordnung zugelassen, da zur deutlichen Reduzierung des Abstandes A_GL zwischen der Lagermitte M_L und der Gelenkmitte M_G ein deutlicher qualitativer Zuwachs des Zapfendurchmesser D_Z vorgenommen worden ist. Dieser Zuwachs im Zapfendurchmessers D_Z erlaubt eine Verkürzung der Zapfenlänge L.
Wie gesagt, sind auch in 6 als weitere Kenngrößen, auf die in der Beschreibung bzw. in den Ansprüchen Bezug genommen wurde, der Teilkreisdurchmesser PCD des Gelenkes, die Lagerbreite B_L sowie die Stützlänge L_S der Lageranordnung gezeigt. Ebenfalls sind die Dehnlänge L_DEHN der Schraube und die ringförmige Querschnittsfläche A_E der Radnabe unter dem separaten Lagerinnenring bezeichnet. Die Gelenkmitte M_G liegt mittig zwischen dem nach beiden Seiten davon angetragenen halben Verschiebeweg V_S/2. Auch hier hat die Lagerung eine O-Konfiguration mit Wirklinien der Kugeln, die auf symmetrischen zueinander offenen Konusflächen liegen.
Im Vergleich mit einer Anordnung nach den 1 und 2, bei der der Zapfen im Durchmesser minimiert ist und dabei relativ verdrehweich ist, zeigt die erfindungsgemäße Anordnung nach den 5 und 6 einen kurzen dicken und damit verdrehsteifen Zapfen. Die bisher unter wechselndem Drehmoment auftretenden Mikrobewegungen zwischen der Stützfläche am Gelenkaußenteil und der entsprechenden Gegenfläche am separaten Lagerinnenring treten beim erfindungsgemäßen Gelenk nicht mehr auf.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

11, 41, 71: Radnabeneinheit
12, 42, 72: Gleichlaufdrehgelenk
13, 43, 73: Radlagerung
14, 44, 74: innere Wellenverzahnung
15, 45, 75: Stützfläche (Radnabe)
16, 46, 76: Gelenkaußenteil
17, 47, 77: Gelenkinnenteil
18, 48, 78: Kugel
19, 49, 79: Kugelkäfig
20, 50, 80: Kugelbahn außen
21, 51, 81: Kugelbahn innen
22, 52, 82: Stützfläche (Gelenkaußenteil)
23, 53, 83: Zapfen
24, 54, 84: äußere Wellenverzahnung
25, 55, 85: Gewindebohrung
56, 86: Durchmesserreduzierung
27, 57, 87: Schraube
28, 58, 88: Schraubenkopf
29, 59, 89: Durchgangsöffnung
30, 60, 90: Radnabe
31, 61, 91: äußerer Lagerring
32, 62, 92: Kugelreihe
33, 63, 93: Kugelreihe
34, 64, 94: innerer Lagerring
95: innerer Lagerring
TKD: Teilkreisdurchmesser Lager
D_z: Zapfendurchmesser
L_z: Zapfenlänge
M_L: Lagermitte
M_G: Gelenkmitte
A_GL: Abstand Lagermitte-Gelenkmitte
L_GZ: Abstand Gelenkmitte-Zapfenende
PCD: Teilkreisdurchmesser Gelenk
L_S: Stützlänge Lagerung
V_S: Verschiebeweg
A_E: Querschnittsfläche Radnabe
L_DEHN: Dehnlänge Schraubenschaft
AL: Anlagepunkt des Radlagers
B: Abstand zwischen Gelenkwellenmitte und Anlagepunkt AL
B_L: Lagerbreite
DW: Durchmesser der Kugeln des Gleichlaufdrehgelenks bzw. Gelenkkugel bzw. "Kugel-Gelenk"

Claims

Radnaben-Gleichlaufdrehgelenk-Einheit, bei welcher eine Radnabe (60, 90) mit einer Durchgangsöffnung (59, 89), die eine innere Wellenverzahnung (44, 74) trägt, mit dem Gelenkaußenteil (46, 76) eines Gleichlaufdrehgelenks (42, 72) verspannt ist, an dem ein Zapfen (53, 83) mit einer äußeren Wellenverzahnung (54, 84) angeformt ist, wobei innere Wellenverzahnung (44, 74) der Durchgangsöffnung (59, 89) und äußere Wellenverzahnung (54, 84) des Zapfens (53, 83) ineinander greifen, und ein zweireihiges Radlager (43, 73) auf die Radnabe (60, 90) aufgeschoben ist, die einen inneren Lagerring (64, 94) umfasst, an dem sich eine Stirnfläche (52, 82) des Gelenkaußenteils (46, 76) unmittelbar abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreisdurchmesser TKD des Wälzlagers größer ist als der Teilkreisdurchmesser PCD des Gleichlaufdrehgelenks (42, 72).
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Teilkreisdurchmesser TKD des Wälzlagers zu Teilkreisdurchmesser PCD des Gleichlaufdrehgelenks (42, 72) aus einem Bereich zwischen 1 und 1,6 ist.
Einheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand B zwischen der Gelenkwellenmitte MG und dem Anlagepunkt AL des Radlagers (43, 73) kleiner ist als die Hälfte der Summe aus dem Teilkreisdurchmesser TKD des Wälzlagers und dem Kugeldurchmesser DW der Kugeln des Gleichlaufdrehgelenks (bzw. der Gelenkkugeln, auch „Kugel-Gelenk"), d.h. B < (TKD + DW)/2.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfenlänge L_Z der Gelenkwelle kleiner ist als der Abstand B zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt AL des Radlagers (43, 73), d.h. L_Z/B < 1.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Lagerbreite BL und dem Abstand B zwischen der Gelenkwellenmitte M_G und dem Anlagepunkt AL des Radlagers (43, 73) größer als 1 ist, d.h. BL/B > 1.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälfte der Summe aus Teilkreisdurchmesser der Gelenkkugeln PCD, Lagerbreite BL und Kugeldurchmesser der Kugeln des Gleichlaufdrehgelenks (Gelenkkugeln, auch "Kugel-Gelenk") größer ist als der Mittenabstand AGL zwischen Gleichlaufdrehgelenk (42, 72) und Radlager (43, 73), d. h. (PCD + BL + DW)/2 > AGL.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Lagerbreite BL und Zapfendurchmesser an der Lagerbasis Dz kleiner 1 ist, d.h. BL/Dz < 1.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Zapfenlänge Lz und Teilkreisdurchmesser der Lagerkugeln TKD kleiner 0,5 ist, d. h. LZ/TKD < 0,5.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der genutzten Verzahnungslänge LVERZ. und Teilkreisdurchmesser der Lagerkugeln TKD kleiner 0,25 ist, d. h. LVERZ/TKD < 0,25.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser der Lagerkugeln TKD und Lagerbreite BL größer 1,9 ist, d. h. TKD/BL > 1,9.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Querschnittsfläche AE der Radnabe (60, 90) im Bereich eines separaten Lagerinnenrings (64, 94) und Quadrat der Dehnlänge LDEHN einer Schraube (57, 87) zur Verbindung von Radnabe (60, 90) und Gelenkaußenteil (46, 76) größer 0,2 ist, d. h. AE/LDEHN2 > 0,2.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Mittenabstand AGL zwischen Gleichlaufdrehgelenk (42, 72) und Radlager (43, 73) einerseits und Zapfendurchmesser an der Zapfenbasis DZ andererseits kleiner 2 ist, d.h. AGL/DZ < 2.
Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Mittenabstand AGL zwischen Gleichlaufdrehgelenk (42, 72) und Radlager (43, 73) einerseits und Zapfendurchmesser an der Zapfenbasis DZ andererseits kleiner 1,5 ist, d.h. AGL/DZ < 1,5, insbesondere kleiner 1,2 ist, d.h. AGL/DZ < 1,2.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser des Radlagers TKD und Zapfenlänge LZ größer 2 ist, d.h. TKD/LZ > 2.
Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser des Radlager TKD und Zapfenlänge LZ größer 2,25 ist, d.h. TKD/LZ > 2,25, insbesondere größer 2,85 ist, d.h. TKD/LZ > 2,85.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Mittenabstand AGL zwischen Gleichlaufdrehgelenk (42, 72) und Radlager (43, 73) einerseits und Zapfenlänge LZ andererseits größer 1,95 ist, d.h. AGL/LZ > 1,95.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Mittenabstand AGL zwischen Gleichlaufdrehgelenk (42, 72) und Radlager (43, 73) einerseits und Zapfenlänge LZ andererseits größer 2,0 ist, d.h. AGL/LZ > 2,0.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radlager (43) ausschließlich einen separaten Lagerinnenring (64) umfasst.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (60, 90) axial entgegengesetzt zur inneren Wellenverzahnung (54, 84) eine Durchmesserreduzierung (56, 86) der Durchgangsöffnung (59, 89) aufweist.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (53, 83) eine zentrale Gewindebohrung (55, 85) aufweist, in die eine Schraube (57, 87) zur Verspannung der Radnabe (60, 90) mit dem Gelenkaußenteil (46, 76) eingedreht ist.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (58, 88) sich im Bereich der Durchmesserreduzierung (56, 86) an einer Stützfläche (45, 75) der Radnabe (60, 90) abstützt.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein Festgelenk (42) ist, wobei die Mitte des Gelenks MG axial durch die Ebene der Kugelmitten bei gestrecktem Gelenk definiert ist.
Einheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein Verschiebegelenk (72) ist, wobei die Mitte des Gelenks MG axial durch die Ebene der Kugelmitten bei gestrecktem und auf die Mitte des axialen Verschiebewegs VS eingestellten Gelenk definiert ist.