DE102007018803A1 - Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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 ein äußerer Gelenkkörper (7) des mit einer Antriebswelle verbundenen Drehgelenks (5) drehfest miteinander verbunden sind, welche Radnabe eine radial innere Mantelfläche (18) aufweist, welche eine sich zum Gelenk (5) hin erweiternde, glockenförmige Öffnung (19) umschließt, in die der äußere Gelenkkörper (7) des Gelenks (5) wenigstens zu einem Teil seiner axialen Länge eingesetzt ist, wobei die Außenkontur des äußeren Gelenkkörpers (7) im Wesentlichen der Innenkontur der Radnabe entspricht und wobei der äußere Gelenkkörper (7) zumindest teilweise radial unterhalb des Wälzlagers (9) angeordnet ist. Um eine lösbare Verbindung von Radnabe mit Drehgelenk zu ermöglichen und um eine kompakte Bauweise der Lageranordnung zu erreichen, ist vorgesehen, dass wenigstens eine Stirnfläche der Radnabe (2) eine Stirnverzahnung (3, 3') aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung (4, 4') des äußeren Gelenkkörpers (7) des Drehgelenks (5) drehfest verbindbar ist.

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 ein äußerer Gelenkkörper des mit einer Antriebswelle verbundenen Drehgelenks drehfest miteinander verbunden sind, und mit einem an der Radnabe angeordneten zweireihigen Wälzlager.
• Die Radnabe, insbesondere ein Zapfen der Radnabe, weist eine radial innere Mantelfläche auf, welche eine sich zum Gelenk hin erweiternde, glockenförmige Öffnung umschließt, in die der äußere Gelenkkörper des Gelenks wenigstens zu einem Teil seiner axialen Länge eingesetzt ist, wobei die Außenkontur des äußeren Gelenkkörpers im Wesentlichen der Innenkontur der inneren Mantelfläche der Radnabe, insbesondere des Zapfens der Radnabe, entspricht, und wobei der äußere Gelenkkörper zumindest teilweise radial unterhalb des Wälzlagers angeordnet ist.
• Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lageranordnung.
• Hintergrund der Erfindung
• Der Antrieb von Kraftfahrzeugrädern erfolgt bei Einzelradaufhängung bekanntermaßen über Gelenkwellen zwischen einem Getriebe bzw. einem Verteilergetriebe und dem jeweiligen Radlager. Die Gelenkwellen weisen an beiden Enden Gleichlaufgelenke auf, die während der Beugung der Welle, beispielsweise beim Einfedern und/oder beim Lenken, eine gleichzeitige Drehmomentübertragung ermöglichen. Das Radlager ist dabei in der Radnabe integriert bzw. mit dieser verbunden. Das Gleichlaufgelenk – im Folgenden kurz als Drehgelenk oder auch nur als Gelenk bezeichnet – ist drehfest mit der Radnabe gekoppelt.
• Bei frontangetriebenen Kraftfahrzeugen kommen beide Betriebszustände, nämlich Lenken und Einfedern, derart zusammen, dass sich an dem mit der Radnabe unmittelbar verbundenen äußeren Gelenkkörper oder Gelenkglocke des Gelenks ein vergleichsweise großer Beugewinkel, beispielsweise größer 50°, einstellt. Um die Handhabung des Fahrzeugs beim Bewegen auf engem Raum zu erleichtern, wird von den Herstellern ein möglichst großer Radeinschlagwinkel angestrebt.
• Der maximal mögliche Radeinschlagwinkel wird zum einen durch die Konstruktion des Gleichlaufgelenks, zum anderen aber durch den sich einstellenden Beugewinkel beeinflusst. Hierbei hängt der Beugewinkel wesentlich von der Länge der Gelenkwelle ab. Eine Verlagerung des Knickpunktes der Gelenkwelle zum Rad hin kann den maximal realisierbaren Radeinschlagwinkel positiv beeinflussen und es bestehen auch bereits Vorschläge, das Gelenk möglichst weit zur Radnabe hin zu verlagern und sogar in die Radnabe zu integrieren, so dass die axiale Baulänge der aus Radnabe und Drehgelenk bestehenden Lageranordnung auf ein Minimum reduziert werden kann.
• Es sind beispielsweise Lösungsvorschläge bekannt, bei denen das Gleichlaufgelenk mit dem Radlager unlösbar verbunden wird. Konstruktionen dieser Art werden als Radlager der 4. Generation bezeichnet und werden beispielsweise in der DE 101 29 709 A1 beschrieben, bei welcher das Außenteil des Gleichlaufgelenkes axial verlängert ist. In dieser Verlängerung sind Konturen für radial nach außen gerichtete Vorsprünge bzw. Verzahnung eingebracht bzw. ausgebildet. Diese Vorsprünge des Außenteils werden bei der Montage in dazu korrespondierende Vertiefungen im Innenringflansch axial eingeschoben und über diese Vertiefungen formschlüssig zentriert. Da der durch die Kugeln des Gleichlaufgelenkes belastete Bereich der Laufrillen dem Innenringflansch mit Abstand gegenüber steht, sollen keine Zwangskräfte im Außenteil zwischen den Laufrillen des Gleichlaufgelenkes entstehen, da die Fertigungstoleranzen im Außenteil elastisch im Betrieb ausgeglichen werden können. Bremsscheibe und Felge werden über den Innenringflansch zentriert und laufen weitgehend schlagfrei. Als weiterer Vorteil der radialen Vorsprünge im axial verlängerten Bereich des Außenteiles des Gleichlaufgelenkes wird genannt, dass das Antriebs- und Abtriebsmoment in den Innenringflansch an derjenigen Stelle eingeleitet wird, an der der Flansch radial nach außen gerichtet ist.
• Vorteilhaft an diesen Konstruktionen ist die oben beschriebene Verbesserung des Radeinschlagwinkels, nachteilig ist der große radiale Bauraumbedarf und, als Folge der unlösbaren Verbindung, der notwendige Austausch der gesamten Lageranordnung im Schadensfall.
• In der DE 29 03 229 A1 ist ein Radlager mit integriertem Gleichlaufgelenk gezeigt. Das Antriebsdrehmoment wird dabei über eine axiale Verlängerung des Außenteils des Gleichlaufgelenkes reibschlüssig auf den Innenringflansch übertragen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass über diese keine genaue schlagfreie Führung der Bremsscheibe und der Felge möglich ist, da beide Teile über die axiale Verlängerung des Außenteils zentriert werden. Auch hierbei ist ein großer radialer Bauraumbedarf unvermeidbar, da die Radlagerung sich über die gesamte Gelenkglocke erstreckt.
• Schließlich ist aus der DE 30 17 757 C2 eine gattungsbildende Lageranordnung bekannt, bei welcher vorgesehen ist, dass der äußere Gelenkkörper des Gelenkes auf seiner dem Lager zugewandten Seite mit einer Außenfläche versehen ist, deren Querschnitt vom Kreisquerschnitt abweicht, und dass der Innenring auf seiner dem Gelenk zugewandten Seite mit einer vom Kreisquerschnitt abweichenden Innenfläche versehen ist, wobei der Freiraum zwischen Innenring und der Außenfläche des äußeren Gelenkkörpers mit einem Füllstoff zur formschlüssigen Verbindung ausgefüllt ist.
• Vorteilhaft soll bei dieser Ausführung sein, dass der teuere Wälzlagerwerkstoff nicht als Gelenkwerkstoff zur Anwendung kommt. Außerdem könne ein Rohr oder Blechmaterial als Ausgangsmaterial für das Gelenkaußenteil verwendet werden, indem dieses Rohr aufgeweitet und zur Aufnahme der das Drehmoment übertragenden Kugeln verwendet wird. Hierbei wird die bei der Fertigung sich ergebende Außenkontur des Gelenkes zur Drehmomentübertragung herangezogen. Dieses in der Herstellung einfache Gelenkaußenteil wird in der Öffnung des inneren Lagerringes aufgenommen, wobei der verbleibende Freiraum zwischen Gelenk und innerem Lagerring mit einem Füllstoff ausgegossen wird, so dass eine formschlüssige Verbindung beider Elemente entsteht. Bei dieser Herstellungsart lassen sich spanabhebende Bearbeitungsvorgänge auf ein Minimum begrenzen bzw. die unbedingt notwendigen spanabhebenden Bearbeitungsvorgänge brauchen in ihren Toleranzen nicht einer großen Genauigkeit unterworfen werden. Allerdings ist an dieser Lösung nachteilig, dass die Klebeverbindung von Radnabe mit Drehgelenk nicht oder nur schwer zu lösen ist, so dass auch bei dieser Lageranordnung ein Austausch einzelner Komponenten, nämlich von Radnabe oder Drehgelenk, nicht ohne weiteres möglich ist.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine kurzbauende Einheit aus Radnabe, Lageranordnung und Drehgelenk zu schaffen, bei welcher der einem bestimmten Radeinschlagwinkel zugeordnete Beugewinkel eines Gleichlaufgelenks durch Verlagerung des Gelenkwellenknickpunktes zum Rad hin verringert ist. Gleichzeitig soll die Lageranordnung wartungsfreundlich und möglichst einfach zu montieren und zu demontieren sein.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass die drehfeste Verbindung von Radnabe und dem zumindest teilweise in die Radnabe eingezogenen äußeren Gelenkkörper des Drehgelenks durch eine Stirnverzahnung erfolgt, welche in zueinander korrespondierenden und miteinander in Verbindung stehenden Flächen von Radnabe und Drehgelenk eingearbeitet ist.
• Die Erfindung geht daher aus von einer Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeuges, bei der die mit einem Radflansch verbundene Radnabe und ein äußerer Gelenkkörper des mit einer Antriebswelle verbundenen Drehgelenks drehfest miteinander verbunden sind, und mit einem an der Radnabe angeordneten zweireihigen Wälzlager. Dabei kann das zweireihige Wälzlager bzw. Komponenten desselben, insbesondere ein Innenring bzw. eine Innenlaufbahn, einstückig mit der Radnabe ausgebildet oder auch als separates Teil bzw. separate Teile mit der Radnabe verbunden sein.
• Die Radnabe, insbesondere ein Zapfen der Radnabe, weist eine radial innere Mantelfläche auf, welche eine sich zum Gelenk hin erweiternde, glockenförmige Öffnung umschließt, in die der äußere Gelenkkörper des Gelenks wenigstens zu einem Teil seiner axialen Länge eingesetzt ist, wobei die Außenkontur des äußeren Gelenkkörpers im Wesentlichen der Innenkontur der inneren Mantelfläche der Radnabe, insbesondere des Zapfens der Radnabe, entspricht, und wobei der äußere Gelenkkörper zumindest teilweise radial unterhalb des Wälzlagers angeordnet ist.
• Zudem ist bei dieser Lageranordnung vorgesehen, dass wenigstens eine Stirnfläche der Radnabe, insbesondere des Zapfens der Radnaben, eine Stirnverzahnung aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung des äußeren Gelenkkörpers des Drehgelenks drehfest verbindbar ist.
• Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die Gelenkglocke nicht nur zumindest teilweise innerhalb die Radnabe verlagert angeordnet ist, sondern auch die Verbindung zwischen der Radnabe und der Gelenkglocke auf einfachste Weise aufgehoben werden kann.
• Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber bisherigen Lageranordnungen ist vor allem die einfache Demontierbarkeit der Gelenkglocke. Diese wird durch den Einsatz der Stirnverzahnung zwischen Gelenkglocke und Radnabe erreicht. Die Verbindung wird dabei bevorzugt durch eine Axialschraube vorgespannt und gesichert.
• Positiv wirkt in diesem Zusammenhang die Entkopplung der Lastzonen von Gelenkglocke und Wälzlager. Sie verhindert die Weiterleitung von Verformungen und trennt die genannten Einheiten auch thermisch voneinander. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Steifigkeit der Lageranordnung, da zum einen der Teilkreis und damit die Stützbasis der Lagerung sehr groß ist, zum anderen erfolgt die Krafteinleitung vom Flansch zu den Kugelreihen so direkt wie möglich. Die eingesetzten Gelenkglocken können spanend oder durch Umformung hergestellt werden.
• Es wird also auf überraschend einfache Art und Weise eine Lageranordnung aus zum Teil für sich bekannten Einzelkomponenten geschaffen, die schmal bzw. kurz baut und bei der zudem in völlig neuartiger Weise eine einfache und exakte Montierbarkeit und Demontierbarkeit ermöglicht ist.
• In Weiterbildungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Stirnverzahnung der Radnabe, insbesondere des Zapfens der Radnabe, in einem axial äußeren und radial nach außen gerichteten Bord, beispielsweise einem Wälznietbund, eingebracht ist.
• Auch kann vorgesehen sein, dass ein gelenkseitig axial in die Radnabe ausgebildeter schmaler Ring vorhanden ist zur Ausbildung bzw. zur Aufnahme der Stirnverzahnung in diesem. Die Stirnverzahnung kann beispielsweise nach Umlegen des Ringes durch Wälznieten nach radial außen zu einem Bund in den entstehenden Bund eingeformt werden.
• Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein gelenkseitig axial in die Radnabe ausgebildeter umlaufender Wulst (Materialverdickung) vorhanden ist, in welchen die Stirnverzahnung einformbar bzw. eingeformt ist.
• Diese Ausgestaltungen lassen sich noch dadurch ergänzen, dass ein separater Lagerinnenring durch den Bord in seiner Lage gesichert und vorgespannt ist. Die Verspannung des separaten Innenrings kann auch über eine entsprechende Formgestaltung des Gelenkkörpers realisiert werden.
• Vorzugsweise ist bei diesen Ausgestaltungen vorgesehen, dass ein weiterer, in diesem Fall nicht separater Innenring ein integraler Bestandteil der Radnabe ist, d. h. durch die einstückige Verbindung von diesem Innenring mit der Radnabe ist eine Laufbahn einer Wälzkörperreihe des Wälzlagers in die Radnabe eingearbeitet.
• In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass ein sich gegen die Radnabe abstützender Schraubbolzen in eine zentrale Gewindebohrung des äußeren Gelenkkörpers eingeschraubt ist und den äußeren Gelenkkörper axial an der Radnabe festlegt.
• Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass sich ein koaxial am Schraubbolzen gelagerter Spannteller mit seinem radial äußeren Rand gegen einen radial nach innen kragenden Bord des Radflansches abstützt.
• Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Schraubbolzen eine Hohlschraube ist, welche in eine mit einem Innengewinde versehene zentrale Öffnung des äußeren Gelenkkörpers eingeschraubt ist. Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass die Hohlschraube eine direktere Krafteinleitung von der Hohlschraube zur Stirnverzahnung ermöglicht.
• Die Hohlschraube kann als Blechumformteil hergestellt sein, wodurch sie zur Gewichtseinsparung beiträgt.
• Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Hohlschraube mit einem axial äußeren Rand an einem nach radial innen kragenden Bord oder an einer Schulter der Radnabe anliegt.
• Als besonders vorteilhaft wird es beurteilt, wenn vorgesehen ist, dass die Stirnverzahnung in einen radseitigen Endbereich des äußeren Gelenkkörpers und in einen radial inneren Bund der Radnabe eingeformt ist. In diesem Fall ist die Stirnverzahnung in das Innere der Lageranordnung und in das Innere der Radnabe verlegt. Dies kann vorteilhaft sein, insbesondere in Hinblick auf eine Abdichtung der Stirnverzahnungen.
• Es ist ferner möglich, eine innere Stirnverzahnung mit einer äußeren Stirnverzahnung zu kombinieren, also die Stirnverzahnungen an zwei axial und radial voneinander beabstandeten Bereichen der Lageranordnung anzubringen.
• In einer anderen praktischen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der äußere Gelenkkörper mit einem Faltenbalg verbunden ist, welcher wenigstens am genannten Bund der Radnabe axial anliegt.
• Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Stirnverzahnung eine Hirth-Verzahnung, insbesondere mit radial verlaufenden Zähnen mit einer Anzahl von 20 bis 100, im Speziellen von 40 bis 60, ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Strinverzahnung derart ausgestaltet ist, dass die Zähne nur partiell, d. h. auf einem oder mehreren Bereichen, am Wirkumfang eingeformt sind. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zähne der Stirnverzahnung gegen eine Ebene senkrecht zur Lagerachse geneigt sind.
• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung.
• Bei diesem Verfahren wird in einer Ausbildung ein gelenkseitig axial in der Radnabe ausgebildeter schmaler Ring durch Wälznieten nach radial außen unter Bildung eines Bundes umgebogen. In diesen Bund wird anschließend eine Stirnverzahnung eingeformt.
• Alternativ dazu kann in einen gelenkseitig axial in der Radnabe ausgebildeten umlaufenden Wulst die Stirnverzahnung eingeformt werden.
• Bei diesem Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Wälzlager auf die Radnabe montiert wird. Dazu kann beispielsweise ein separater Lagerinnenring auf die Radnabe aufgeschoben werden und ein Bund zur Axial sicherung und Vorspannung des separaten Lagerinnenrings durch Wälznieten oder einem anderen Umformverfahren angeformt werden. Die Montage des Wälzlager kann vor Einformung der Stirnverzahnung in den Ring bzw. in den Wulst bzw. Herstellung des schmalen Rings bzw. Wulstes bzw. Umlegen des Schmalen Rings, aber auch danach erfolgen.
• So kann beispielsweise in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen sein, dass zuerst das Wälzlager auf die Radnabe montiert wird, dass dann der separate Lagerinnenring auf die Radnabe aufgeschoben und der Bund zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lagerinnenrings durch Wälznieten angeformt wird, und dass dann gelenkseitig axial aus der Radnabe ein Freistich unter Verbleib eines schmalen Rings herausgearbeitet wird, welcher anschließend durch Wälznieten oder einem anderen Umformverfahren nach radial außen unter Bildung eines Bundes umgebogen wird, in welchen abschließend die Stirnverzahnung eingeformt wird.
• Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung bei einem weiteren Herstellungsverfahren für die Lageranordnung vorzusehen, dass zuerst das Wälzlager auf die Radnabe montiert wird, dass dann der separate Lagerinnenring auf die Radnabe aufgeschoben und der Bund zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lagerinnenrings durch Wälznieten oder ein anderes Umformverfahren angeformt wird, und dass gelenkseitig axial an der Radnabe ein balliger Wulst angeformt wird, in welchen abschließend die Stirnverzahnung eingeformt wird.
• In einer weiteren Ausbildung kann vorgesehen sein, dass das Wälzlager (9) auf die Radnabe (2) montiert wird, wobei der separate Lagerinnenring (15) auf die Radnabe (2) aufgeschoben und ein Bund (17) zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lager-innenrings (15) durch Wälznieten angeformt wird. Anschließend kann in den Bund die Stirnverzahnung (3, 4) eingeformt werden.
• Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Stirnverzahnung mittels eines Döppers in den Bund, der Bord oder den Wulst eingeformt wird.
• Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zur drehfesten Verbindung des Drehgelenks mit der Radnabe der äußere Gelenkkörper axial in die Öffnung eingeschoben wird, bis die Stirnverzahnungen von Radnabe und Gelenkkörper ineinander greifen.
• Weiterhin kann vorgesehen sein, dass anschließend ein Schraubbolzen in eine zentrale Gewindebohrung des äußeren Gelenkkörpers eingeschraubt wird.
• Bevorzugt kann sich dabei ein koaxial am Schraubbolzen gelagerter Spannteller mit seinem axial und radial äußeren Rand gegen einen radial nach innen kragenden Bord des Radflansches abstützen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
• 1 eine Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gemäß der Erfindung,
• 2 eine Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gemäß der Erfindung,
• 3 eine Schnittansicht durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gemäß der Erfindung,
• 4 eine Schnittansicht durch eine Radnabe gemäß 3 im halbfertigen Zustand,
• 5 eine Schnittansicht durch die Radnabe gemäß 3 im fertigen Zustand,
• 6 eine alternative Schnittansicht durch die Radnabe gemäß 3 im halbfertigen Zustand, und
• 7 eine alternative Schnittansicht durch die Radnabe gemäß 3 im fertigen Zustand,
• 8 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
• Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
• In den 1 bis 9 ist jeweils eine Lageranordnung 1 im Längsschnitt dargestellt, wobei für gleiche Bauteile nachfolgend dieselben Bezugsziffern verwendet werden.
• In 1 ist ein erstes 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 Drehgelenk 5, beispielsweise einem Gleichlaufdrehgelenk, verbunden. Die Radnabe 2 weist an einem axialen Ende einen radial abgestellten Radflansch 6 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Radfelge auf.
• Das Drehgelenk 5 weist in an sich bekannter Weise einen nur teilweise dargestellten äußeren Gelenkkörper 7 auf, der an seiner inneren Mantelfläche nur angedeutete Laufbahnen 8 zur Aufnahme von Gelenkkugeln aufweist. Der äußere Gelenkkörper 7 wird aufgrund seiner äußeren Form auch als Gelenkglocke bezeichnet. Zu dem Drehgelenk 5 gehört bekanntermaßen noch ein nicht gezeigtes Gelenkinnenteil, welches an seiner äußeren Mantelfläche ebenfalls Laufbahnen zur Aufnahme der Gelenkkugeln aufweist und mit einem rohförmigen Abschnitt einer Gelenkwelle verbunden ist.
• Auf der Radnabe 2 ist ein zweireihiges Wälzlager 9 in Form eines Schrägkugellagers in O-Anordnung angeordnet. Das Wälzlager 9 weist einen Außenring 10 auf, an den ein Befestigungsflansch 11 für eine Bremsscheibe angeformt ist, sowie einen zweiteiligen Innenring 12. Zwischen dem Außenring 10 und dem Innenring 12 sind als Wälzkörper dienende Lagerkugeln 13 angeordnet.
• Der Innenring 12 besteht aus zwei Lagerinnenringen 14 und 15, wobei ein axial innerer Lagerinnenring 14 einstückig an die Radnabe 2 angeformt ist, während ein axial äußerer Lagerinnenring 15 ein separates Bauteil ist, welches auf einen Achsstumpf 16 der Radnabe 2 aufgeschoben ist. Nach dem Aufschieben des Lagerinnenrings 15 auf den Achsstumpf 16 ist eine axiale Stirnseite des Achsstumpfs 16 in an sich bekannter Weise zu einem radial nach außen erweiternden Bord 17 umgeformt worden. Der Bord 17 sichert den Lagerinnenring 15 in seiner Lage und spannt das Wälzlager 9 mit einer vorbestimmten Kraft vor. In eine axiale Stirnseite des Bordes 17 ist die Stirnverzahnung 3 eingeformt, welche mit der Stirnverzahnung 4 des äußeren Gelenkkörpers 7 des Gelenks 5 korrespondiert.
• Der Achszapfen 16 weist eine innere Mantelfläche 18 auf, welche eine sich zum Gelenk 5 erweiternde, glockenförmige Öffnung 19 begrenzt. In diese Öffnung 19 ist der äußere Gelenkkörper 7 des Gelenks 5 eingesetzt, und zwar so, dass fast der gesamte Gelenkkörper 7 axial innerhalb und radial unterhalb des Achszapfens 16 bzw. radial unterhalb des Wälzlagers 9 angeordnet ist. Dazu ist eine äußere Mantelfläche 20 des äußeren Gelenkkörpers 7 der Kontur der Mantelfläche 18 bzw. der Öffnung 19 angepasst.
• Der in 1 zu erkennende Freiraum in der Öffnung 19 kann mit einem Dichtmittel oder einem leicht zu lösenden Klebstoff gefüllt bzw. ausgefüllt werden.
• Zur drehfesten Verbindung des Gelenks 5 mit der Radnabe 2 wird der äußere Gelenkkörper 7 axial in die Öffnung 19 eingeschoben, bis die Stirnverzahnungen 3, 4 von Radnabe 2 und Gelenkkörper 7 ineinander greifen. Anschließend wird ein Schraubbolzen 21 in eine zentrale Gewindebohrung 22 des äußeren Gelenkkörpers 7 eingeschraubt. Dabei stützt sich ein koaxial am Schraubbolzen 21 gelagerter Spannteller 23 mit seinem axial und radial äußeren Rand gegen einen radial nach innen kragenden Bord 24 des Radflansches 2 ab. Beim Anziehen des Schraubbolzens 21 presst sich der aus Blech bestehende Spannteller 23 gegen den Bord 24, wodurch der äußere Gelenkkörper 7 axial in den Radflansch 2 eingezogen wird, und zwar so lange, bis die Stirnverzahnungen 3, 4 unter Vorspannung ineinander greifen. Gleichzeitig verleiht der relativ flexible Spannteller 23 der Verbindung von Radflansch 2 mit dem Gelenk 5 ein gewisses Maß an Flexibilität und dient zur Vorspannreserve der Schraubverbindung.
• Der besondere Vorteil einer derartigen Ausgestaltung der Verbindung von Radlager 2 mit Gelenk 5 ist darin zu sehen, dass durch das zumindest teilweise Einschieben des Gelenks 5 in das Radlager 2 die axiale Baulänge der Lageranordnung 1 gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verkürzt ist, wobei die einfache und schnelle Demontierbarkeit erhalten bleibt. Die Stirnverzahnung 3, 4 gewährleistet dabei eine sichere und präzise drehfeste Verbindung von Gelenk 5 mit Radnabe 2.
• In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 dargestellt, die weitgehend der in 1 gezeigten Lageranordnung entspricht. Von der Ausführungsform gemäß 1 unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß 2 neben einer etwas anderen Form der Öffnung 19 vor allem durch eine andere Art der Festlegung des Gelenks 5 an der Radnabe 2.
• Dazu ist eine Hohlschraube 25 in eine mit Innengewinde versehene zentrale Öffnung 26 des äußeren Gelenkkörpers 7 eingeschraubt. Die Hohlschraube 25 liegt mit einem axial äußeren Rand 27 an einem nach radial innen kragenden Bord 28 der Radnabe 2 an. Beim Anziehen der aus Blech bestehenden Hohlschraube 25 wird der äußere Gelenkkörper 7 nach axial innen in die Öffnung 19 der Radnabe 2 bzw. des Achszapfen 16 hinein gezogen und gegen die Radnabe 2 verspannt. Dabei greifen die Stirnverzahnungen 3, 4 ineinander und stellen eine drehfeste Verbindung von Gelenk 5 mit der Radnabe 2 her.
• Der Vorteil dieser Variante ist darin zu sehen, dass eine direktere Krafteinleitung von der Hohlschraube 25 zur Stirnverzahnung 3, 4 ermöglicht wird. Ferner lässt sich durch die Ausgestaltung der Hohlschraube 25 als Blechumformteil eine Gewichtsersparnis ermöglichen.
• In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 dargestellt, die weitgehend der in 2 dargestellten Variante entspricht. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Hohlschraube 25 zur Verbindung von Gelenk 5 mit der Radnabe 2 vorgesehen, die sich hier mit ihrem radial äußeren Rand 27 an einer Schulter 29 in der Radnabe 2 abstützt. Im Gegensatz zu den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Stirnverzahnung 3', 4' nicht im gelenkseitigen Bord 17 der Radnabe 2 bzw. im korrespondierenden Bereich des äußeren Gelenkkörpers 7 ausgebildet, sondern am radseitigen axialen Endbereich des äußeren Gelenkkörpers 7 und in einen radial inneren Bund 30 der Radnabe 2 eingeformt. Das getriebe- bzw. gelenkseitige Ende des äußeren Gelenkkörpers 7 ist frei, also nicht mit der Radnabe 2 bzw. dem Bund 17 der Radnabe 2 verbunden. In diesem Bereich ist der äußeren Gelenkkörper 7 mit einem Faltenbalg 31 verbunden, welcher unter anderem eine Abdichtung zwischen Gelenk 5 und Radnabe 2 gewährleistet. Der Faltenbalg 31 liegt dazu stirnseitig an dem Bund 17 der Radnabe 2 an.
• In Abweichung von den dargestellten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, die Stirnverzahnungen 3, 4 entsprechend der in den 1 und 2 gezeigten Ausgestaltungen mit den in 3 dargestellten Stirnverzahnungen 3', 4' zu kombinieren, also beide Arten der Stirnverzahnung axial außen und axial innen vorzusehen.
• In den 4 und 5 ist die Radnabe 2 aus 3 in zwei unterschiedlichen Herstellungsstadien dargestellt. Bei der Radnabe 2 gemäß 4 ist bereits das Wälzlager 9 fertig montiert, der separate Lagerinnenring 15 aufgeschoben und der Bund 17 zur Vorspannung des Wälzlagers 9 durch Wälznieten angeformt worden. Ein gelenkseitig axial in die Radnabe 2 eingebrachter, radial innerer Freistich 32 ist so ausgeführt, dass ein schmaler Ring 33 verbleibt. Es ist auch möglich, den Ring 33 beim Gesenkschmieden des Grundkörpers der Radnabe 2 an diese anzuformen und gegebenenfalls nachzuspanen.
• In 5 ist der nächste Herstellungsschritt dargestellt, bei welchem der Ring 33 durch Wälznieten umgelegt, also nach radial außen umgebogen wird. Hierdurch entsteht der Bund 30, in welchen abschließend oder gleichzeitig mit dem Umbiegen die Stirnverzahnung 3' eingeformt wird.
• In den 6 und 7 ist die Radnabe 2 aus 3 in zwei Herstellungsstadien eines dazu alternativen Herstellungsverfahrens dargestellt. Bei der Radnabe 2 gemäß 6 ist ebenfalls bereits das Wälzlager 9 fertig montiert, der separate Lagerinnenring 15 aufgeschoben und der Bund 17 durch Wälz nieten angeformt worden. Gelenkseitig ist axial in die Radnabe 2 ein balliger, ringförmiger Wulst 34 angeformt worden, und zwar entweder beim Gesenkschmieden des Grundkörpers der Radnabe 2 oder durch ein anschließendes Verformungsverfahren.
• In 7 ist der nächste Herstellungsschritt dargestellt, bei welchem in den Wulst 34 mittels eines nicht dargestellten Döppers die Stirnverzahnung 3' eingebracht worden ist. Nunmehr ist die Radnabe 2 fertig gestellt und kann mit dem äußeren Gelenkkörper 7 in beschriebener Weise verbunden werden.
• Die in den 8 und 9 dargestellten erfindungsgemäßen Lageranordnungen 1 unterscheiden sich jeweils von den vorbeschriebenen Ausführungen dadurch, dass der separate Lagerinnenring 15 anstatt durch einen Wälznietbund bzw. Bord 17 durch eine radiale Ausformung 35 des äußeren Gelenkkörpers 7 vorgespannt wird. Die Ausführungen nach den 8 und 9 unterscheiden sich lediglich in der Ausgestaltung der zur Vorspannung verwendeten radialen Ausformung 35 des äußeren Gelenkkörpers 7.
• Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Stirnverzahnung 3, 3', 4, 4' von Radnabe 2 und Drehgelenk 5 jeweils als Hirth-Verzahnung ausgeführt sein. Der äußere Gelenkkörper 7 kann aus einem Vollmaterial bestehen oder als Blechumformteil ausgebildet sein.

1

Lageranordnung

2

Radnabe

3

Stirnverzahnung (3')

4

Stirnverzahnung (4')

5

Drehgelenk

6

Radflansch

7

Äußerer Gelenkkörper

8

Laufbahn des äußeren Gelenkkörpers

9

Wälzlager

10

Außenring

11

Befestigungsflansch

12

Innenring

13

Lagerkugel

14

Lagerinnenring

15

Lagerinnenring

16

Achszapfen, -stumpf

17

Bord

18

Innere Mantelfläche des Achszapfens 16

19

Öffnung

20

Äußere Mantelfläche des äußeren Gelenkkörpers 7

21

Schraubbolzen

22

Gewindebohrung

23

Spannteller

24

Bord

25

Hohlschraube

26

Zentrale Öffnung des äußeren Gelenkkörpers 7

27

Rand

28

Bord

29

Schulter

30

Bund

31

Faltenbalg

32

Freistich

33

Ring

34

Wulst

35

X

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 10129709 A1 [0007]
• - DE 2903229 A1 [0009]
• - DE 3017757 C2 [0010]

Claims (27)

1. Lageranordnung (1) einer über ein Drehgelenk (5) antreibbaren Radnabe (2) eines Kraftfahrzeuges, bei der die mit einem Radflansch (6) verbundene Radnabe (2) und ein äußerer Gelenkkörper (7) des mit einer Antriebswelle verbundenen Drehgelenks (5) drehfest miteinander verbunden sind, und mit einem auf der Radnabe (2) aufgezogenen zweireihigen Wälzlager (9), wobei die Radnabe (2) eine radial innere Mantelfläche (18) aufweist, welche eine sich zum Gelenk (5) hin erweiternde, glockenförmige Öffnung (19) umschließt, in die der äußere Gelenkkörper (7) des Gelenks (5) wenigstens zu einem Teil seiner axialen Länge eingesetzt ist, wobei die Außenkontur des äußeren Gelenkkörpers (7) im Wesentlichen der Innenkontur der inneren Mantelfläche (18) der Radnabe (2) entspricht, und wobei der äußere Gelenkkörper (7) zumindest teilweise radial unterhalb des Wälzlagers (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stirnfläche der Radnabe (2) eine Stirnverzahnung (3; 3') aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung (4, 4') des äußeren Gelenkkörpers (7) des Drehgelenks (5) drehfest verbindbar ist.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (2) einen Zapfen (16) aufweist, welcher die radial innere Mantelfläche aufweist.
3. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (9) oder Komponenten des Wälzlagers (9), insbesondere ein Innenring (14) oder eine Innenlaufbahn, einstückig mit der Radnabe (2) ausgebildet oder auch als separates Teil bzw. separate Teile (15) mit der Radnabe (2) verbunden ist bzw. sind.
4. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (3) der Radnabe (2) in einem axial äußeren und radial nach außen gerichteten Bord (17) eingebracht ist.
5. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Lagerinnenring (15) durch den Bord (17) in seiner Lage gesichert und vorgespannt ist oder dass der separate Innenring (15) durch den Gelenkkörper in seiner Lage gesichert und vorgespannt ist.
6. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht separater Innenring (12) des Wälzlagers (9) integraler Bestandteil der Radnabe (2) ist.
7. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich gegen die Radnabe (2) abstützender Schraubbolzen (21; 25) in eine zentrale Gewindebohrung (22; 26) des äußeren Gelenkkörpers (7) eingeschraubt ist und den äußeren Gelenkkörper (7) axial an der Radnabe (2) festlegt.
8. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein koaxial am Schraubbolzen (21) gelagerter Spannteller (23) mit seinem radial äußeren Rand gegen ein radial nach innen kragendes Bord (24) des Radflansches (2) abstützt.
9. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubbolzen (25) eine Hohlschraube (25) ist, welche in eine mit einem Innengewinde versehene zentrale Öffnung (26) des äußeren Gelenkkörpers (7) eingeschraubt ist.
10. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlschraube (25) mit einem axial äußeren Rand (27) an einem nach radial innen kragenden Bord (28) oder an einer Schulter (29) der Radnabe (2) anliegt.
11. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (3', 4') in einen radseitigen Endbereich des äußeren Gelenkkörpers (7) und in einen radial inneren Bund (30) der Radnabe (2) eingeformt ist.
12. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Gelenkkörper (7) mit einem Faltenbalg (31) verbunden ist, welcher wenigstens am Bund (17) axial anliegt.
13. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (3, 4) eine Hirth-Verzahnung, insbesondere mit radial verlaufenden Zähnen mit einer Anzahl von 20 bis 100, im Besonderen zwischen 40 und 60, oder dass die Stirnverzahnung (3, 4) nur partiell ausgebildet ist oder dass die Zähne der Stirnverzahnung (3, 4) gegen eine Ebene senkrecht zur Lagerachse geneigt sind.
14. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gelenkseitig axial in die Radnabe (2) ausgebildeter schmaler Ring vorhanden ist zur Ausbildung bzw. zur Aufnahme der Stirnverzahnung in diesem.
15. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gelenkseitig axial in die Radnabe (2) ausgebildeter Bund vorhanden ist, welcher insbesondere durch Umlegen eines gelenkseitig axial in die Radnabe (2) ausgebildeten schmalen Ringes formbar ist, in welchen Bund die Stirnverzahnung eingeformt ist.
16. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gelenkseitig axial in die Radnabe (2) ausgebildeter umlaufender Wulst ausgebildet ist, in welchen die Stirnverzahnung einformbar oder eingeformt ist.
17. Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stirnverzahnungen (3, 3', 4, 4') an zwei axial und radial voneinander beabstandeten Bereichen der Lageranordnung angeordnet sind.
18. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass gelenkseitig axial in die Radnabe (2) ein schmalen Ring (33) angeformt wird, welcher anschließend durch Wälznieten nach radial außen unter Bildung eines Bundes (30) umgebogen wird, in welchen abschließend die Stirnverzahnung (3') eingeformt wird.
19. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einen gelenkseitig axial in der Radnabe (2) ausgebildeten umlaufenden Wulst die Stirnverzahnung (3') eingeformt wird.
20. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (9) auf die Radnabe (2) montiert wird, wobei der separate Lagerinnenring (15) auf die Radnabe (2) aufgeschoben und ein Bund (17) zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lager-innenrings (15) durch Wälznieten angeformt wird.
21. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (9) auf die Radnabe (2) montiert wird, wobei der separate Lagerinnenring (15) auf die Radnabe (2) aufgeschoben und ein Bund (17) zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lager-innenrings (15) durch Wälznieten angeformt wird, und anschließend in den Bund die Stirnverzahnung (3, 4) eingeformt wird.
22. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (9) auf die Radnabe (2) montiert wird, dass dann der separate Lagerinnenring (15) auf die Radnabe (2) aufgeschoben und der Bund (17) zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lager-innenrings (15) durch Wälznieten angeformt wird, und dass dann gelenkseitig axial aus der Radnabe (2) ein Freistich (32) unter Verbleib eines schmalen Rings (33) herausgearbeitet wird, welcher anschließend durch Wälznieten nach radial außen unter Bildung eines Bundes (30) umgebogen wird, in welchen abschließend die Stirnverzahnung (3') eingeformt wird.
23. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (9) auf die Radnabe (2) montiert wird, dass dann der separate Lagerinnenring (15) auf die Radnabe (2) aufgeschoben und der Bund (17) zur Axialsicherung und Vorspannung des separaten Lagerinnenrings (15) durch Wälznieten angeformt wird, und dass gelenkseitig axial an der Radnabe (2) ein balliger Wulst (34) angeformt wird, in welchen abschließend die Stirnverzahnung (3') eingeformt wird.
24. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (3') mittels eines Döppers in den Bund, den Bord oder den Wulst (34) eingeformt wird.
25. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur drehfesten Verbindung des Drehgelenks mit der Radnabe der äußere Gelenkkörper axial in die Öffnung eingeschoben wird, bis die Stirnverzahnungen von Radnabe und Gelenkkörper ineinander greifen.
26. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der Radnabe und des Gelenkkörpers ein Schraubbolzen in eine zentrale Gewindebohrung des äußeren Gelenkkörpers eingeschraubt wird oder eine Hohlschraube in eine mit einem Innengewinde versehene zentrale Öffnung des äußeren Gelenkkörpers eingeschraubt wird.
27. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein koaxial am Schraubbolzen gelagerter Spannteller mit seinem axial und radial äußeren Rand gegen einen radial nach innen kragenden Bord des Radflansches abstützt.