DE102007016427A1

DE102007016427A1 - Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102007016427A1
Application number: DE102007016427A
Authority: DE
Inventors: Raphael Dr. Fischer; Roland Langer; Peter Niebling
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: WO2008122277A3; US8439572B2; WO2008122271A1; DE102007016427B4; WO2008122277A2; US20100119185A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) einer über ein Drehgelenk (5) antreibbaren Radnabe (2) eines Kraftfahrzeuges, bei der die mit einem Radflansch (6) verbundene Radnabe (2) und das mit einer Antriebswelle verbundene Drehgelenk (5) mittels einer Verzahnung (3, 4) drehfest und durch einen in einen zentralen Zapfen (20) des Drehgelenks (5) eingreifenden Schraubbolzen (22) axial miteinander verbunden sind, und mit einem auf der Radnabe (2) aufgezogenen zweireihigen Wälzlager (11) mit einem Innenring (14) mit zumindest einem separaten Lagerinnenring (17), wobei eine Stirnfläche des Achsstumpfs (18) der Radnabe (2) eine Stirnverzahnung (3) aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung (4) des Gelenkkörpers (7) des Drehgelenks (5) drehfest verbindbar ist. Um eine verbesserte Verbindung von Radnabe mit Drehgelenk zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der separate Lagerinnenring (17) mit einer Stirnfläche (24) axial über das Ende eines Achsstumpfs (18) der Radnabe (2) hinausragt und dass die Stirnverzahnungen (3, 4) zumindest teilweise radial und axial unterhalb des Wälzlagers (11) angeordnet sind und dass der Zapfen (20) des äußeren Gelenkkörpers (7) konisch ausgestaltet ist, wobei ein Durchmesser (D2) des Zapfens (20) im Bereich seines radseitigen, vorderen Endbereichs (29) kleiner ist als sein gelenkseitiger Durchmesser (D1), so dass für diese Durchmesser gilt: D1 > D2.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges, bei der die mit einem Radflansch verbundene Radnabe und das mit einer Antriebswelle verbundene Drehgelenk mittels einer Verzahnung drehfest und durch einen in einen zentralen Zapfen des Drehgelenks eingreifenden Schraubbolzen axial miteinander verbunden sind, und mit einem auf der Radnabe aufgezogenen zweireihigen Wälzlager mit einem Innenring mit zumindest einem separaten Lagerinnenring, wobei eine Stirnfläche des Achsstumpfs der Radnabe eine Stirnverzahnung aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung des Gelenkkörpers des Drehgelenks drehfest verbindbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Üblicherweise wird ein äußerer Gelenkkörper des Drehgelenks einer Antriebswelle, welcher auch als Gelenkglocke bezeichnet wird, mit dem Zapfen der Radnabe über eine Radialverzahnung drehfest verbunden. Dazu wird im Zapfen des Flansches eine Innenverzahnung geräumt und der Zapfen der Gelenkglocke mit dem dazu passenden Außenprofil versehen. Das System wird bei Langzapfen über eine Zentralmutter und bei Systemen mit Kurzzapfen über eine Dehnschraube axial verspannt. Systembedingt lässt sich eine solche Verbindung nicht spielfrei montieren, da für ein zwangsfreies Einführen des Gelenkglockenzapfens in den Flanschzapfen ein Flankenspiel notwendig ist. Dieses Flankenspiel bewirkt bei Lastwechseln durch die alternierende Anlage der Flanken unerwünschte Knackgeräusche.
Ein weiterer Nachteil der Zapfenlösung ist die aufwendige Montage bzw. Demontage. Denn um die Gelenkwelle montieren bzw. demontieren zu können, muss die Gelenkwelle axial um mindestens Zapfenlänge frei sein. Dies bedeutet, dass bei montiertem Radträger eine Gelenkwelle mit getriebeseitigem Flansch eingesetzt werden muss. Falls dies nicht gewünscht oder möglich ist, also die Gelenkwelle zunächst am Getriebe angebracht wird, muss der Radträger ausgeschwenkt werden, um den nötigen axialen Montageweg herzustellen.
Eine derartige Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges ist aus der DE 42 10 461 C2 bekannt. Bei dieser Anordnung wird die drehfeste Verbindung von Radnabe und Drehgelenk durch einen Gewindezapfen ermöglicht, welcher eine Wellenverzahnung aufweist, die in eine entsprechend ausgestaltete Innenverzahnung im Achsstumpf der Radnabe eingreift. Die Gegenfläche des Gelenkkörpers der Gelenkwelle wirkt gleich zweifach auf den über den Achsstumpf der Radnabe überstehenden Lagerinnenring ein, nämlich einmal dadurch, dass eine Stirnseite der Gegenfläche auf eine Stirnseite des Lagerinnenrings presst, und zum zweiten dadurch, dass eine Axialfläche der Gegenfläche den überstehenden Teil des Lagerinnenrings stützt. Ziel dieser Anordnung ist die Verhinderung von Verformungseffekten, insbesondere von solchen Verformungseffekten, welche infolge von Biegemomenten auf den Lagerinnenring einwirken.
Vorteilhaft an einer derartigen Anordnung ist ein relativ kompakter und kurzer Aufbau der Radnaben-Drehgelenk-Einheit, da der Gelenkkörper zumindest ein kleines Stück weit in die Radnabe hinein verlagert angeordnet ist. Daher findet eine erwünschte Verschiebung des Gelenkwellenmittelpunktes vom äußeren Kugelgelenk möglichst weit in Richtung Fahrzeugaußenseite statt.
Als nachteilig muss aber die Ausgestaltung der Verzahnung als Wellenverzahnung beurteilt werden, da mit einer derartigen, sich im Wesentlichen axial erstreckenden Verzahnung die Einstellung des korrekten Abstandes der Bauteile zueinander schwierig ist. Ferner macht die auf die Stirnseite des Lagerinnenrings einwirkende Gegenfläche des Gelenkkörpers eine genaue Einstellung der nötigen Vorspannung des Lagerinnenrings schwierig, da sich beim Verspannen der Radlagereinheit mit der Gelenkwelle das Problem der Überbestimmung für die gewünschte axiale Spielfreiheit von Verzahnung und Radlagerluft durch zwei axiale bzw. radiale Anlagestellen im Bereich der Gelenkwellenanlage am Lagerinnenring ergibt.
Diese Nachteile lassen sich durch den Einsatz einer Stirnverzahnung zwischen Gelenkglocke und Radlager, gegebenenfalls auch zwischen Gelenkwelle und Getriebeausgangswelle beseitigen, denn zum einen ist die Stirnverzahnung spielfrei montierbar, wodurch Knackgeräusche zuverlässig verhindert werden, zum anderen entspricht der axial notwendige Montageweg der Verzahnungstiefe der Stirnverzahnung von wenigen Millimetern und wird vom ohnehin vorhandenen Längenausgleich der Gelenkwelle bereitgestellt.
Es sind bereits Lageranordnungen einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges mit Stirnverzahnungen bekannt geworden, welche die oben geschilderten Probleme nicht aufweisen, dafür aber in anderer Hinsicht verbesserungsfähig sind.
Aus der DE 31 16 720 C1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei welcher der gesamte Innenring einstückig mit der Radnabe verbunden ist, so dass dort das Einstellen der Vorspannung und das Fixieren eines separaten Lagerinnenrings keine Rolle spielen. In die zum Gelenkkörper gerichtete Stirnseite des Achsstumpfs der Radnabe ist eine Stirnverzahnung eingeformt, welche mit einer Stirnverzahnung des Gelenkkörpers korrespondiert, so dass hierdurch eine einfache lösbare Befestigung dieser Bauteile gewährleistet ist. Für Lageranordnungen mit mehrteiligen Innenringen eignet sich eine derartige Anordnung nicht. Zwar soll sich durch diese bekannte Konstruktion eine geringe axiale Baulänge erreichen lassen, jedoch ist diese für immer kompakter werdende Fahrzeuge bei zunehmend geringerem zur Verfügung stehendem Bauraum für heutige Anforderungen immer noch zu groß.
Eine ähnliche Radlager-Gleichlaufgelenk-Einheit ist aus der DE 36 04 630 C2 bekannt, bei welcher die axial endständigen Stirnverzahnungen von Radnabe und Drehgelenk taumelgepresst sind. Auch diese Anordnung nimmt relativ viel Bauraum ein.
Aus der DE 36 36 243 C2 ist eine Radlager-Gleichlaufgelenk-Einheit mit einem zweireihigen Lager bekannt, das zumindest einen von der Radnabe getrennt ausgebildeten Lagerinnenring aufweist, der durch einen an der Radnabe ausgebildeten umgeformten Bund axial gehalten und/oder verspannt ist. Der Bund kann dabei unmittelbar oder mittelbar über ein Zwischenteil zur Halterung des Lagerinnenringes vorgesehen sein. Als Umformungsverfahren kommt insbesondere eine Kaltumformung in Betracht. Bei einer Ausführungsform ist dort vorgesehen, dass eine Stirn- oder Schrägverzahnung in den Lagerinnenring radial nach außen übergreifenden umge formten Bund der Radnabe eingeformt ist, wobei die Stirn- oder Schrägverzahnung mit einem Gelenkbauteil, insbesondere dem Gelenkaußenteil, unmittelbar drehfest verbindbar ist. Durch eine derartige Ausgestaltung soll es möglich sein, eine großflächige, radial orientierte Stirnverzahnung oder leicht konische Schrägverzahnung unabhängig von der Art der Lagergestaltung darzustellen, wobei nach einem entsprechenden Verfahren die Schräg- oder Stirnverzahnung zugleich beim Herstellen des Bundes in das Material eingeprägt wird.
Eine andere aus der DE 36 36 243 C2 bekannte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Schräg- oder Stirnverzahnung an einem den Lagerinnenring radial nach außen vergrößernden Ringansatz ausgebildet ist, wobei die Stirn- oder Schrägverzahnung mit einem Gelenkbauteil, insbesondere dem Gelenkaußenteil, unmittelbar drehfest verbindbar ist, wobei der Lagerinnenring vorgebildete Eingriffsmittel aufweist, in die der umgeformte Bund formschlüssig eingreift. Hiernach nimmt der separate Lagerinnenring, der mit einer vergrößerten Stirnfläche versehen sein kann, an der Drehmomentübertragung von der Nabe auf das Drehgelenk teil.
Bei dieser Lösung wird auf einen Wälznietbund durch Materialumformung eine Axialverzahnung aufgebracht. Durch diesen Wälznietbund mit Verzahnung wird in axialer Richtung zusätzlicher Bauraum benötigt. Dies bewirkt eine Beugewinkelvergrößerung der Gelenkwelle und hat somit negativen Einfluss auf die Gelenkwellenlebensdauer und den Lenkeinschlag des Fahrzeuges.
Aus der DE 10 2005 009 935 A1 ist eine ähnliche technische Lösung bekannt, bei welcher die Stirnverzahnung an einem auch mit dem Begriff Wälznietbund bezeichneten Bund der Radnabe ausgebildet ist. Gemäß dieser Lösung ist vorgesehen, dass zumindest an der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung ein Verhältnis von Durchmesser eines Verzahnungsteilkreises VTK zu einer Zähnezahl Z der Stirnverzahnung mindestens 0,7 ist.
Aus der US 6,146,022 schließlich ist eine Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges bekannt, welche im Hinblick auf eine geringe Baulänge sehr vorteilhaft ist. Der Achsstumpf der Radnabe und eine Stirnseite des Gelenkkörpers weisen zueinander korrespondierende Stirnverzahnungen auf, wobei sich die Stirnverzahnungen etwa mittig unterhalb der Laufbahnen der Lageranordnung befinden. Hierbei sind eine innere Laufbahn der Lageranordnung in der Radnabe und die andere innere Laufbahn der Lageranordnung im Mantel des Gelenkkörpers eingeformt. Durch die Integration der Wälzkörperlaufbahn in die Außenmantelfläche des Gelenkaußenteils des Drehgelenks wird der axial benötigte Bauraum der Radlager-Drehgelenk-Einheit insgesamt reduziert. Der Mittelpunkt des Gelenkkörpers bzw. Gelenkaußenteils ist daher weiter in Richtung zur Fahrzeugaußenseite verlagert angeordnet. Allerdings ist bei einer derartigen Konstruktion die Einstellung der notwendigen Vorspannung der Wälzkörper der Lageranordnung schwierig.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kurz bauende Einheit aus Radnabe, Lageranordnung und Drehgelenk zu schaffen, welche leicht zu montieren bzw. zu demontieren ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass der Zapfen des äußeren Gelenkkörpers ausgebildet konisch ist, und zwar derart, dass der zur Radnabe gerichtete Durchmesser des Zapfens kleiner ist als der Durchmesser des Zapfens im Übergangsbereich zu einer in den äußeren Gelenkkörper eingebrachten Stirnverzahnung, welche mit einer Stirnverzahnung korrespondiert, die in den Achsstumpf der Radnabe eingebracht ist. Dabei ist die Stirnverzahnung bzw. das Stirnverzahnungspaar axial und radial wenigstens teilweise unterhalb des Wälzlagers angeordnet.
Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs daher aus von einer Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges, bei der die mit einem Radflansch verbundene Radnabe und das mit einer Antriebswelle verbundene Drehgelenk mittels einer Verzahnung drehfest und durch einen in einen zentralen Zapfen des Drehgelenks eingreifenden Schraubbolzen axial miteinander verbunden sind.
Auf der Radnabe ist ein zweireihiges Wälzlager mit einem Innenring mit zumindest einem separaten Lagerinnenring aufgezogen.
Eine Stirnfläche eines Achsstumpfs der Radnabe weist eine Stirnverzahnung auf, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung des Gelenkkörpers des Drehgelenks drehfest verbindbar ist.
Zudem ist vorgesehen, dass der separate Lagerinnenring mit einer Stirnfläche axial über das Ende des Achsstumpfs der Radnabe hinausragt. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Stirnverzahnungen zumindest teilweise radial und axial unterhalb des Wälzlagers angeordnet sind.
Der Zapfen des äußeren Gelenkkörpers ist konisch ausgestaltet, wobei ein Durchmesser D2 des Zapfens im Bereich seines radseitigen, vorderen Endbereichs kleiner ist als sein gelenkseitiger Durchmesser D1, so dass für diese Durchmesser gilt: D1 > D2.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass sich der Gewindetraganteil des Bolzens erhöhen lässt. Darüber hinaus erleichtert der konische Zapfen des äußeren Gelenkkörpers die Montage mit der Radnabe. Der Zapfen lässt sich nunmehr leicht in die Radnabe einführen und wirkt beim Einführen in die Radnabe durch die Durchmesservergrößerung selbstzentrierend. Darüber hinaus lässt sich hierdurch Gewicht einsparen.
Es wird also auf überraschend einfache Art und Weise eine Lageranordnung aus zum Teil für sich bekannten Einzelkomponenten geschaffen, die nicht nur schmal bzw. kurz baut, sondern bei der zudem in völlig neuartiger Weise eine einfache und exakte Montage von Radnabe und Drehgelenk ermöglicht ist.
Das System wird ebenfalls über einen Bolzen in Form einer Dehnschraube verspannt. Durch den Wegfall des sonst notwendigen Gelenkwellenzapfens wird zusätzlich Gewicht eingespart. Dadurch, dass sich die Stirnverzahnung wenigstens teilweise radial innerhalb des Wälzlagers befindet, kann die erfindungsgemäße Lageranordnung besonders kurzbauend gestaltet werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung kleiner oder gleich zum Bohrungsdurchmesser DIR des Innenringes ist, so dass für diese Durchmesser gilt: D_VER ≤ D_IR.
In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass der Innendurchmesser D_IVER der Stirnverzahnung wenigstens um den Faktor 0,95 kleiner ist als der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung, so dass für diese Durchmesser gilt: D_IVER < 0,95 × D_VER. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Reihenabstand R_AB der Lagerkugeln kleiner ist als der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung so dass für das Verhältnis von R_AB zu D_VER die folgende Beziehung gilt: R_AB < D_VER.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Teilkreisdurchmesser V_TK der Stirnverzahnung kleiner ist als der Teilkreisdurchmesser GTK der Gelenkkugeln des Drehgelenks, so dass für diese Durchmesser gilt: V_TK < GTK.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenring-Querschnitthöhe IQ an der tiefsten Stelle der Kugellaufbahn mindestens dem 0,2fachen des Durchmessers (D_W) der Lagerkugeln beträgt,, so dass für das Verhältnis von IQ zu D_W die folgende Beziehung gilt: IQ ≥ 0,2 × D_W.
Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass der Abstand LZ der Radnabe bezogen auf die Mittellinie der getriebeseitigen Kugelreihe zum Kopfkreis der Stirnverzahnung positiv ist.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung größer ist als der doppelte Durchmesser D_W der Lagerkugeln, so dass für diese Durchmesser gilt: D_VER > 2 × D_W.
Andere praktische Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass der Lagerinnenring mit einem Mittel zum axialen Toleranzausgleich zwischen dem Lagerinnenring und der Gegenfläche des Gelenkkörpers in Verbindung steht. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da dadurch ein gegebenenfalls bestehendes Toleranzproblem, verursacht durch eine Doppelpassung Stirnverzahnung/Anlage Gelenkglocke-separater Lagerinnenring, behoben wird.
Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass das Mittel zum axialen Toleranzausgleich zwischen dem Lagerinnenring und der Gegenfläche des Gelenkkörpers ein axialer Freistich in Form einer Ringnut in der Stirnfläche des Gelenkkörpers ist.
Ebenso praktisch ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher vorgesehen ist, dass der Verzahnungswinkel β positiv oder negativ zur Rotationsebene der Lageranordnung angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel β von ±30°. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass der Verzahnungswinkel β zum äußeren Gelenkkörper geneigt ist.
Die Kombination der Zahnschräge der Stirnverzahnung im Verhältnis zur Vorspannung der Dehnschraube bzw. der Radnabe ergibt einen Überlastschutz. Denn übersteigt das angelegte Drehmoment das Auslegungsmaximum, so rutschen die Zähne der Stirnverzahnung gegen den Widerstand der Dehnschraube an den Lastflanken axial auseinander und die Zähne rasten im nächsten Zwischenraum ein.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Stirnverzahnung eine Hirth-Verzahnung, insbesondere mit radial verlaufenden Zähnen mit einer Anzahl von 12 bis 60, ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gemäß der Erfindung, und
2 eine andere Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In den 1 und 2 ist jeweils eine Lageranordnung 1 im Längsschnitt dargestellt, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugsziffern genutzt werden.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung 1 im Längsschnitt dargestellt. Die Lageranordnung 1 weist eine Radnabe 2 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges auf. Die Radnabe 2 ist über eine Stirnverzahnung 3, 4 mit einem an sich bekannten Drehgelenk 5 verbunden. Die Radnabe 2 weist an einem axialen Ende einen Radflansch 6 zur Aufnahme einer Felge eines nicht dargestellten Fahrzeugrades auf.
Das Drehgelenk 5 weist einen äußeren, glockenförmigen Gelenkkörper 7 auf, der an seiner Innenmantelfläche mit Laufbahnen 8 versehen ist, die zur Aufnahme von nicht dargestellten Gelenkkugeln dienen, wobei letztere in bekannter Weise in Fenstern eines ebenfalls nicht dargestellten Käfigs geführt sind. Die Gelenkkugeln dienen zur Drehmomentübertragung von einem ebenfalls nicht gezeigten inneren Gelenkkörper auf den äußeren Gelenkkörper 7, wobei der innere Gelenkkörper mit einem Wellenabschnitt einer Antriebswelle verbunden ist.
Auf der Radnabe 2 ist ein zweireihiges Wälzlager 11 in Form eines Schrägkugellagers in O-Anordnung angeordnet. Das Wälzlager 11 weist einen Außenring 12, an den ein Befestigungsflansch 13 für einen Radträger angeformt ist, sowie einen Innenring 14 auf. Zwischen Außenring 12 und Innenring 14 sind als Wälzkörper dienende Lagerkugeln 15 angeordnet.
Der Innenring 14 besteht aus zwei Lagerinnenringen 16 und 17, wobei ein in Bezug zur Längserstreckung der Radnabe 2 axial innerer Lagerinnenring 16 einstückig an die Radnabe 2 angeformt ist, während ein axial äußerer Lagerinnenring 17 ein separates Bauteil ist, welches auf einen Achsstumpf 18 der Radnabe 2 aufgeschoben ist.
An einer axial äußeren Stirnseite 19 des äußeren Gelenkkörpers 7 ist die Stirnverzahnung 4 vorgesehen, die mit der entsprechenden Stirnverzahnung 3 des Achsstumpfs 18 in Eingriff steht. Diese Stirnverzahnung 3, 4 dient der Übertragung eines Drehmoments vom Drehgelenk 5 auf die Radnabe 2. Die Stirnverzahnung 3, 4 befindet sich radial und axial unterhalb des Wälzlagers 11, und zwar etwa mittig unterhalb des separaten Lagerinnenrings 17. Im Zentrum der Stirnseite 19 des äußeren Gelenkkörpers 7 ist ein Zapfen 20 ausgebildet, der eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung besitzt. In diese Bohrung ist ein von einer zentralen Bohrung 21 der Radnabe 2 her zugänglicher Bolzen 22 eingeschraubt. Diese zentrale Bohrung 21 ist durch eine nicht dargestellte Mittelbohrung der Fahrzeugfelge zugänglich, so dass ein Lösen bzw. Montieren der nicht dargestellten Profilwelle mit dem Drehgelenk 5 von der Fahrzeugaußenseite her möglich ist.
Der axial äußere, separate Lagerinnenring 17 weist eine axial innere Stirnseite 23 und eine axial äußere Stirnseite 24 auf, wobei letztere zu einer radialen Gegen bzw. Stirnfläche 25 des Gelenkkörpers 7 gerichtet ist und an dieser anliegt. Beim Anziehen des Bolzens 22 werden die Radnabe 2 und der äußere Gelenkkörper 7 axial gegeneinander bewegt, bis die Stirnverzahnungen 3, 4 in Eingriff miteinander sind. Gleichzeitig drückt die Gegen fläche 25 des Gelenkkörpers 7 gegen die axial äußere Stirnseite 24 des separaten Lager-innenrings 17 und drückt diesen Lagerinnenring 17 gegen eine Anlagefläche 26 des axial inneren Lagerinnenrings 16.
Da sich die Stirnverzahnungen 3, 4 radial relativ weit unterhalb des Wälzlagers 11 befindet, ergibt sich beim Verspannen der Radnabe 2 mit dem Drehgelenk 5 das Problem der Überbestimmung für die gewünschte axiale Spielfreiheit von Verzahnung und Radlagerluft durch zwei axiale Anlagestellen im Bereich der Stirnverzahnung 3, 4 und der Anlage der Gegenfläche 25 an der Stirnkante 24 des Lagerinnenrings 17.
Zur Behebung dieses Problems steht der Lagerinnenring 17 mit einem Mittel 27 zum axialen Toleranzausgleich zwischen dem Lagerinnenring 17 und der Gegenfläche 25 des Gelenkkörpers 7 in Verbindung. Dieses Mittel 27 zum axialen Toleranzausgleich ist bei der Ausführungsform gemäß 1 ein axialer Freistich in Form einer Ringnut 28 in der Gegenfläche 25 der Stirnfläche 19 des Gelenkkörpers 7. Durch den Freistich 28 wird eine elastische Verformbarkeit im Bereich der Gegenfläche 25 erreicht, so dass es bei der Montage zuerst im Bereich der Stirnflächen 24, 25 und dann im Bereich der Stirnverzahnung 3, 4 zu einer spielfreien Anlage von Achsstumpf 18 am Gelenkkörper 7 kommt. Der erforderliche Toleranzausgleich zur sicheren Verspannung des separaten Lagerinnenrings 17 im Wälzlager 11 wird durch die elastische Verformbarkeit im Bereich der Gelenkkörperanlage am separaten Lagerinnenring 17 sichergestellt.
Zur Erhöhung des Gewindetraganteils des Bolzens 22 ist der Zapfen 20 konisch ausgeführt, so dass der Durchmesser eines vorderen Endbereichs 29 des Zapfens 20 kleiner ist als der Durchmesser des Zapfens 20 im Bereich des Übergangs zur Verzahnung 4.
In 2 ist die Lageranordnung 1 der 1 in einer leicht abweichenden Ansicht dargestellt, bei welcher der Bolzen 22 nicht dargestellt ist, dafür aber Gelenkkugeln 30 im äußeren Gelenkkörper 7 des Drehgelenks 5. Zur Verdeutlichung der erfindungswesentlichen Parameter wurde bei der Darstellung gemäß 2 auf die Verwendung von Bezugsziffern weitgehend verzichtet, dafür sind die erfindungswesentlichen Durchmesser und Breiten durch Bemaßungslinien und Kennbuchstaben verdeutlicht.
Diese Kennbuchstaben sind:

D_VER:: Außendurchmesser der Stirnverzahnung 3, 4
D_IR:: Bohrungsdurchmesser des separaten Innenringes 14
D_IVER:: Innendurchmesser der Stirnverzahnung 3, 4
R_AB:: Reihenabstand der Lagerkugeln 15
I_RB:: Breite des separaten Lagerinnenrings 17
V_TK:: Teilkreisdurchmesser der Stirnverzahnung 3, 4
GTK:: Teilkreisdurchmesser der Gelenkkugeln 30
LZ:: Abstand der Radnabe 2 bezogen auf die Mittellinie der getriebeseitigen Kugelreihe zu dem Kopfkreis der Stirnverzahnung 4
D_W:: Durchmesser der Lagerkugel 15
IQ:: Querschnitthöhe der tiefsten Stelle der Kugellaufbahn des separaten Lagerinnenrings 17
D1:: Durchmesser des Zapfens 20 im Bereich des Übergangs zum Innendurchmesser D_IVER der Stirnverzahnung 3, 4
D2:: Durchmesser des Zapfens 20 im Bereich seines vorderen, radseitigen Endbereichs 29
β:: Verzahnungswinkel der Stirnverzahnung 3, 4

Für diese Maße gelten folgende Beziehungen:
Der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung 3, 4 ist kleiner oder gleich zum Bohrungsdurchmesser DIR des separaten Innenringes 14, also D_VER ≤ D_IR.
Der Innendurchmesser D_IVER der Stirnverzahnung 3, 4 ist mindestens um den Faktor 0,95 kleiner als der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung 3, 4, also D_IVER < 0,95 × D_VER.
Der Reihenabstand R_AB der Lagerkugeln 15 ist kleiner als der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung 3, 4, also R_AB < D_VER.
Der Teilkreisdurchmesser V_TK der Stirnverzahnung 3, 4 ist kleiner als der Teilkreisdurchmesser GTK der Gelenkkugeln 30, also V_TK < GTK.
Der Abstand LZ der Radnabe 2 bezogen auf die Mittellinie der getriebeseitigen Kugelreihe zum Kopfkreis der Stirnverzahnung 4 ist positiv.
Der Außendurchmesser D_VER der Stirnverzahnung 3, 4 ist größer als der doppelte Durchmesser D_W der Lagerkugeln 15, also D_VER > 2 × D_W.
Die Innenring-Querschnittshöhe IQ an der tiefsten Stelle der Kugellaufbahn beträgt mindestens dem 0,2fachen des Durchmessers D_W der Lagerkugeln 15, also IQ ≥ 0,2 × D_W.
Zur Erhöhung des Gewindetraganteils des Bolzens 22 ist zumindest der Bereich des Zapfens 20 des äußeren Gelenkkörpers 7, in dem sich das Gewinde für den Bolzen 22 befindet, konisch ausgeführt. Demnach gilt D1 > D2. Im vorderen Endbereich 29 des Zapfens 20, welcher zum Bolzen 22 gerichtet ist, ist der Durchmesser D2 also kleiner als der gelenkseitige Durchmesser D1 des Zapfens 20.
Die konische Ausgestaltung des Zapfens 20 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Hierdurch lässt sich der Gewindetraganteil des Bolzens 22 erhöhen und darüber hinaus erleichtert der konische Zapfen 20 des äußeren Gelenkkörpers 7 die Montage mit der Radnabe 2. Der Zapfen lässt sich nunmehr leicht in die Radnabe 2 einführen und wirkt beim Einführen in die Radnabe 2 durch die Durchmesservergrößerung selbstzentrierend. Darüber hinaus lässt sich durch die konische Geometrie des Zapfens 20 Gewicht einsparen.
Der Verzahnungswinkel β kann positiv oder negativ zur Rotationsebene der Lageranordnung 1 angeordnet sein, vorzugsweise beträgt er ±30°. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verzahnungswinkel β zum äußeren Gelenkkörper 7 geneigt ist, da hierdurch eine bessere Innenringabstützung und größere Verzahnungsbreite zur Drehmomentübertragung ermöglicht wird.
Die Stirnverzahnung 3, 4 von Radnabe 2 und Drehgelenk 5 ist jeweils als Hirth-Verzahnung mit radial verlaufenden Zähnen ausgeführt, wobei die Anzahl der Zähne zwischen 12 und 60 beträgt.

1: Lageranordnung
2: Radnabe
3: Stirnverzahnung
4: Stirnverzahnung
5: Drehgelenk
6: Radflansch
7: Äußerer Gelenkkörper
8: Laufbahn
11: Wälzlager
12: Außenring
13: Befestigungsflansch
14: Innenring
15: Lagerkugel
16: Lagerinnenring
17: Lagerinnenring
18: Achsstumpf
19: Stirnseite
20: Zapfen
21: Bohrung
22: Bolzen
23: Stirnseite
24: Stirnseite
25: Stirn-/Gegenfläche
26: Anlagefläche
27: Mittel, Freistich
28: Ringnut
29: Vorderer Endbereich des Zapfens 20
30: Gelenkkugel
D_VER:: Außendurchmesser der Stirnverzahnung 3, 4
D_IR:: Bohrungsdurchmesser des Innenrings 14
D_IVER:: Innendurchmesser der Stirnverzahnung 3, 4
R_AB:: Reihenabstand der Lagerkugeln 15
I_RB:: Breite des Lagerinnenrings 17
V_TK:: Teilkreisdurchmesser der Stirnverzahnung 3, 4
GTK:: Teilkreisdurchmesser der Gelenkkugeln 30
LZ:: Abstand der Radnabe 2 bezogen auf die Mittellinie der getriebe-seitigen Kugelreihe zum Kopfkreis der Stirnverzahnung 4
D_W:: Durchmesser der Lagerkugel 15
IQ:: Querschnittshöhe des Lagerinnenrings 17
D1:: Durchmesser des Zapfens 20 im Bereich des Übergangs zu D_IVER
D2:: Durchmesser des Zapfens 20 im Bereich seines vorderen, rad-seitigen Endbereichs 29
β:: Verzahnungswinkel der Stirnverzahnung 3, 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4210461 C2 [0004]
- DE 3116720 C1 [0009]
- DE 3604630 C2 [0010]
- DE 3636243 C2 [0011, 0012]
- DE 102005009935 A1 [0014]
- US 6146022 [0015]

Claims

Lageranordnung (1) einer über ein Drehgelenk (5) antreibbaren Radnabe (2) eines Kraftfahrzeuges, bei der die mit einem Radflansch (6) verbundene Radnabe (2) und das mit einer Antriebswelle verbundene Drehgelenk (5) mittels einer Verzahnung (3, 4) drehfest und durch einen in einen zentralen Zapfen (20) des Drehgelenks (5) eingreifenden Schraubbolzen (22) axial miteinander verbunden sind, und mit einem auf der Radnabe (2) aufgezogenen zweireihigen Wälzlager (11) mit einem Innenring (14) mit zumindest einem separaten Lagerinnenring (17), wobei eine Stirnfläche eines Achsstumpfs (18) der Radnabe (2) eine Stirnverzahnung (3) aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung (4) des Gelenkkörpers (7) des Drehgelenks (5) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Lagerinnenring (17) mit einer Stirnfläche (24) axial über das Ende des Achsstumpfs (18) der Radnabe (2) hinausragt und dass die Stirnverzahnungen (3, 4) zumindest teilweise radial und axial unterhalb des Wälzlagers (11) angeordnet sind und dass der Zapfen (20) des äußeren Gelenkkörpers (7) konisch ausgestaltet ist, wobei ein Durchmesser (D2) des Zapfens (20) im Bereich seines radseitigen, vorderen Endbereichs (29) kleiner ist als sein gelenkseitiger Durchmesser (D1), so dass für diese Durchmesser gilt: D1 > D2.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D_VER) der Stirnverzahnung (3, 4) kleiner oder gleich zum Bohrungsdurchmesser (D_IR) des Innenringes (14) ist, so dass für diese Durchmesser gilt: D_VER ≤ D_IR.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D_IVER) der Stirnverzahnung (3, 4) wenigstens um den Faktor 0,95 kleiner ist als der Außendurchmesser (D_VER) der Stirnverzahnung (3, 4), so dass für diese Durchmesser gilt: D_IVER < 0,95 × D_VER.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reihenabstand (R_AB) der Lagerkugeln (15) kleiner ist als der Außendurchmesser (D_VER) der Stirnverzahnung (3, 4), so dass für das Verhältnis von R_AB zu D_VER die folgende Beziehung gilt: R_AB < D_VER.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreisdurchmesser (V_TK) der Stirnverzahnung (3, 4) kleiner ist als der Teilkreisdurchmesser (GTK) von Gelenkkugeln (30) des Drehgelenks (5), so dass für diese Durchmesser gilt: V_TK < GTK.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenring-Querschnitthöhe (IQ) an der tiefsten Stelle der Kugellaufbahn mindestens dem 0,2fachen des Durchmessers (D_W) der Lagerkugeln 15 beträgt, so dass für das Verhältnis von 10 zu D_W die folgende Beziehung gilt: IQ ≥ 0,2 × D_W.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (LZ) der Radnabe (2) bezogen auf die Mittellinie der getriebeseitigen Kugelreihe zum Kopfkreis der Stirnverzahnung (4) positiv ist.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D_VER) der Stirnverzahnung (3, 4) größer ist als der doppelte Durchmesser (D_W) der Lagerkugeln (15), so dass für diese Durchmesser gilt: D_VER > 2 × D_W.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Lagerinnenring (17) mit einem Mittel (27) zum axialen Toleranzausgleich zwischen dem separaten Lagerinnenring (17) und der Gegenfläche (25) des äußeren Gelenkkörpers (7) in Verbindung steht.
Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (27) zum axialen Toleranzausgleich zwischen dem Lagerinnenring (17) und der Gegenfläche (25) des Gelenkkörpers (7) ein axialer Freistich in Form einer Ringnut (28) in der Stirnseite (19) des äußeren Gelenkkörpers (7) ist.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungswinkel (β) positiv oder negativ zur Rotationsebene der Lageranordnung (1) angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel (β) von ±30°.
Lageranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungswinkel (β) der Stirnverzahnung (3, 4) zum äußeren Gelenkkörper (7) geneigt ist.
Lageranordnung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (3, 4) eine Hirth-Verzahnung, insbesondere mit radial verlaufenden Zähnen mit einer Anzahl von 12 bis 60, ist.