-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Radlageranordnung an einem Kraftfahrzeug.
-
Radlageranordnungen
von Kraftfahrzeugen umfassen in der Regel einen fahrzeugseitig abgestützten
Radträger, an dem ein Radflansch unter Zwischenschaltung
eines Radlagers drehbar gelagert ist. Das Radlager sitzt hierbei
auf einem Achszapfen, der entweder am Radträger oder am
Radflansch stationär angeordnet ist.
-
Aus
der
DE 103 36 797
A1 ist bekannt, den Achszapfen integral mit dem Radträger
auszubilden. Weiterhin ist aus der
DE 103 31 051 A1 bekannt, einen Achszapfen
mit einem Radträger zu verpressen.
-
Da
im Betrieb eines Kraftfahrzeugs an dem Achszapfen hohe Kräfte
angreifen und unter anderem deswegen das Radlager mit dem Achszapfen
mit entsprechend hohen Axialkräften verspannt werden muss,
kommt es am Achszapfen zu komplexen dreidimensionalen Spannungszuständen.
An den Achszapfen und dessen Anbindung werden daher hohe Festigkeitsanforderungen
gestellt.
-
Wie
in der
DE 103 36 797
A1 beschrieben, kann aus diesen Gründen ein integral
mit dem Radträger ausgeführter Achszapfen z. B.
nicht ohne weiteres aus Leichtmetall hergestellt werden. Um dies dennoch
zu ermöglichen, sind besondere Maßnahmen erforderlich.
Hierzu wird in der
DE
103 36 797 A1 vorgeschlagen, den Innenring des Radlagers,
der aus einem Wälzlagerstahl besteht, in Richtung des aus
Leichtmetall gefertigten Radträgers zu verlängern
und in einer dort ausgebildeten Ringnut aufzunehmen.
-
Weiterhin
wird in der
DE 103
36 797 A1 ausgeführt, dass ein integral mit dem
Radträger ausgebildeter Achszapfen aus Stahl hergestellt
werden kann. Diese bis dato übliche Bauweise besitzt jedoch den
Nachteil einer aufwändigen und bearbeitungsintensiven Fertigung.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radlageranordnung für
ein Kraftfahrzeug im Hinblick auf eine beanspruchungsgerechte und
auf die Fertigung weniger aufwändige und bearbeitungsintensive
Gestaltung zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Radlageranordnung gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Die erfindungsgemäße Radlageranordnung
zeichnet sich durch einen aus einer Sphärogußlegierung
hergestellten Achszapfen aus, wobei die Gusslegierung eine 0,2%-Dehngrenze ≥ 440
MPa, eine Zugfestigkeit ≥ 700 MPa und eine A5-Bruchdehnung ≥ 6%
aufweist.
-
In
Vergleich zu Stahl ergeben sich hierdurch eine günstigere
Bearbeitbarkeit sowie geringere Materialkosten. Durch die Verwendung
einer solchen Sphärogußlegierung kann gleichwohl
eine beanspruchungsgerechte Gestaltung am Achszapfen gewährleistet
werden.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
angegeben.
-
Der
Achszapfen kann beispielsweise mit einem Radflansch oder einem Radträger
verpresst werden.
-
Weiterhin
ist es möglich, den Achszapfen integral mit einem Radflansch
oder einem Radträger auszubilden, wodurch der Einpressprozess
entfällt und eine zusätzliche Fertigungserleichterung
erzielt wird. In Bezug auf das betreffende Bauteil wird durch die
Verwendung der oben genannten Sphärogußlegierung
zudem eine größere gestalterische Freiheit ermöglicht.
-
Unter
einem Radträger wird vorliegend eine Struktur verstanden,
welche eine aufbauseitige Abstützung für das Radlager
bietet. Hierunter sind insbesondere ein Radträger im engeren
Sinn, ein Längslenker sowie an solche befestigten Zwischenplatten
zu verstehen.
-
Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Verbesserung
der Kraftaufnahme vorgesehen, den Radflansch oder Radträger
in Richtung des freistehenden Achszapfens mit einem vorspringenden
Sockel auszubilden, der eine größere Wanddicke
als der Achszapfen sowie eine weich gekrümmte Außenkontur
aufweist.
-
Zudem
kann für den Fall, dass der Achszapfen mit einer Durchgangsöffnung
ausgebildet wird, diese im Bereich des Übergangs von dem
Achszapfen zu dem Radflansch bzw. Radträger einen Abschnitt
mit einem verjüngten Innendurchmessers aufweisen.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine
Schnittansicht eines in einen Radträger integrierten Achszapfens
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
-
2 eine
Schnittansicht eines mit einem Radträger verpressten Achszapfens
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
3 eine
Ansicht eines mit einem Achszapfen verpressbaren Längslenkers
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
-
4 Schnittansicht
eines in eine Zwischenplatte integrierten Achszapfens gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in
-
5 Schnittansicht
eines in eine Zwischenplatte integrierten Achszapfens gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das
in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel
zeigt eine Radlageranordnung mit einem Radträger 1,
einem Achszapfen 2 und einem an dem Achszapfen 2 angeordneten
Radlager 3.
-
Der
Radträger 1 ist über mehrere, nicht näher
dargestellte Radführungslenker am Fahrzeugaufbau abgestützt.
Entsprechende Anbindungspunkte sind in 1 mit den
Bezugszeichen 4, 5 und 6 gekennzeichnet.
-
Der
Achszapfen 2 ist integral mit dem Radträger 1 ausgeführt
und besteht aus einer Sphärogußlegierung, die
sich durch eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit
auszeichnet. Insbesondere weist die Gusslegierung eine 0,2%-Dehngrenze ≥ 400
MPa, eine Zugfestigkeit ≥ 700 MPa und eine A5-Bruchdehnung ≥ 6%
auf.
-
Vorzugsweise
enthält die Sphärogußlegierung neben
Eisen und üblichen Verunreinigungen folgende Legierungskomponenten,
nämlich 3,0 bis 3,7 Gewichts% C, 2,6 bis 3,4 Gewichts%
Si, 0,02 bis 0,05 Gewichts% P, 0,025 bis 0,045 Gewichts% Mg, 0,01
bis 0,03 Gewichts% Cr, 0,003 bis 0,17 Gewichts% Al, 0,1 bis 1,5
Gewichts% Cu, 0,1 bis 1,5 Gewichts% Mn sowie Spuren von S bis zu
0,009 Gewichts% und von B bis zu 0,002 Gewichts%.
-
Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Achszapfen 2 mit
einer Durchgangsöffnung 7 ausgebildet und steht
von einem massiven Sockel 8 des Radträgers 1 ab.
Zwischen dem Achszapfen 2 und dem Sockel 8 ist
eine Anlageschulter 9 gebildet, an der sich ein Innenring 10 des
Radlagers 3, das hier beispielhaft als doppelreihiges Kugellager
ausgeführt ist, axial abstützt.
-
Der
Sockel 8 weist eine größere Wanddicke als
der Achszapfen 2 auf. Zudem ist der Übergang des
Sockels 8 in den Radträger 1 mit einer
weichen Krümmung 11 ausgeführt. Die Krümmungsradien sind
hierbei > 10 mm, vorzugsweise > 15 mm.
-
Im
Bereich des Sockels 8 kann zudem die Durchgangsöffnung 7 mit
einem Abschnitt 12 mit verjüngtem Innendurchmessers
ausgebildet werden.
-
Das
zweite Ausführungsbeispiel nach 2 zeigt
einen Achszapfen 2' aus einer Sphärogußlegierung
mit den oben genannten Festigkeits- und Zähigkeitskennwerten,
der mit einem Radträger 1' verpresst ist. Der
Radträger 1' kann dabei aus einem anderen Material
als der Achszapfen 2', beispielsweise Leichtmetall, hergestellt
sein. Es ist jedoch auch möglich, diesen ebenfalls aus
einer Sphärogußlegierung herzustellen, die jedoch
nicht notwendigerweise die oben genannten Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte
einhalten muss.
-
Auch
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Achszapfen 2' einen
kreiszylindrischen Außenumfang auf und bildet mit einem
massiven Sockel 8' des Radträgers 1' eine
Anlageschulter 9', an der sich das hier nicht näher
dargestellte Radlager axial abgestützt. Der Sockel 8' an
dem Radträger 1' steht in Richtung des freistehenden
Achszapfens 2' vor und bildet eine weich gekrümmte
Außenkontur 11' aus, die sich in Richtung des
Achszapfens 2' verjüngt. Durch Krümmungsradien
in der oben genannten Größenordnung wird die Kerbwirkung
auf ein Minimum reduziert. Die Wanddicke des Sockels 8' ist dabei
selbst an der schwächste Stelle größer
als die Wanddicke des Achszapfens 2'. Letzterer kann wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Durchgangsöffnung 7' versehen
sein, die im Bereich des Sockels 8' einen Abschnitt 12' mit
verjüngtem Innendurchmessers aufweist.
-
Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Achszapfen 2' von einer radabgewandten Seite in den
Radträger 1' eingepresst. Zur Lagefestlegung kann
an dem Achszapfen 2' ein außenseitiger Bund 13' ausbildet
werden, der im Einbauzustand axial an dem Radträger 1' anliegt.
Der Achszapfen 2' kann jedoch auch in anderer Art und Weise
mit dem Radträger 1', beispielsweise auch von der
Radseite her, verpresst werden.
-
Bei
den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen
ist der Achszapfen 2 bzw. 2' jeweils stationär
am Radträger 1 bzw. 1' angeordnet. Ein
Fahrzeugrad wird in diesem Fall über einen nicht näher
dargestellten Radflansch angekoppelt, der an dem Außenring
des Radlagers 3 festgelegt ist. In kinematischer Umkehrung
ist es auch möglich, den Achszapfen integral mit dem Radflansch
auszubilden oder stationär an diesem zu befestigen.
-
Bei
dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel
ist der Radträger 1'' als Längslenker ausgebildet,
der sich im Einbauzustand im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
erstreckt und mit einem Endabschnitt 14'' am Fahrzeugaufbau
gelenkig angekoppelt ist. Wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist hier ein Achszapfen 2'' aus einer Sphärogußlegierung
mit den oben genannten Festigkeits- und Zähigkeitskennwerten
mit dem Längslenker bzw. Radträger 1'' verpresst,
so dass der Längslenker aus einem anderen Material hergestellt
werden kann. Es ist jedoch auch möglich, den Längslenker
einstückig mit dem Achszapfen 2'' auszubilden.
Alternativ kann der Achszapfen 2'' an einer Zwischenplatte
ausgebildet werden, die ihrerseits an dem Längslenker befestigt,
beispielsweise angeschraubt oder angeschweißt wird.
-
Zur
Festlegung eines hier nicht näher dargestellten Radlagers
an dem Achszapfen 2'' kann am freien Ende desselben ein
Außengewindeabschnitt 16'' vorgesehen werden.
Das Radlager wird dann beispielsweise mit einer Mutter 15'' axial
auf dem Achszapfen 2'' verspannt. Es ist jedoch auch möglich,
innerhalb einer sich durch den Achszapfen 2'' erstreckenden
Durchgangsöffnung ein Innengewinde auszubilden und das
Radlager mittels eines Spannbolzens festzulegen, wie dies im Zusammenhang
mit dem vierten Ausführungsbeispiel erläutert
wird.
-
4 zeigt
das vierte Ausführungsbeispiel, bei dem ein Achszapfen 22 integral
mit einer Zwischenplatte 21 ausgebildet ist. Die Zwischenplatte 21 ist
ihrerseits an einem Radträger 24 im engeren Sinn oder
an einem Längslenker befestigt, beispielsweise angeschraubt
oder angeschweißt. Dabei besteht der Achszapfen 22 aus
einer Sphärogußlegierung mit den oben genannten
Festigkeits- und Zähigkeitskennwerten.
-
Auf
den Achszapfen 22 ist ein Radlager 23 aufgeschoben,
welches einen Radflansch 25 lagert, an dem wiederum ein
Fahrzeugrad befestigbar ist. Der Achszapfen 22 weist eine
sich auch durch die Zwischenplatte 21 erstreckende Durchgangsöffnung 27 auf,
in der ein Innengewindeabschnitt 26 vorgesehen ist. In
Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann
auch eine Sacklochöffnung vorgesehen werden, die lediglich
bis zu dem Innengewindeabschnitt reicht. Dies gilt analog auch für
die anderen Ausführungsbeispiele.
-
Weiterhin
ist im Übergangsbereich zwischen dem Achszapfen 22 und
der Zwischenplatte 21 ein verdickter Sockel 28 ausgebildet,
der eine Anlageschulter 29 für einen Innenring 30 des
Radlagers 23 bildet. Das Radlager 23 ist mittels
einer Spannschraube 31 gegen die Anlageschulter 29 axial
verspannt. Dabei stützt sich die Spannschraube am freien
Ende des Achszapfens 21 ab und ist mit dem Innengewindeabschnitt 26,
der vorzugsweise im Bereich des Sockels 28 angeordnet ist,
verschraubt. Anstelle über ein Innengewinde im Achszapfen 21 kann die
Spannschraube 31 auch über eine separate Mutter
gesichert werden.
-
Anstelle
einer einstückigen Ausbildung mit der Zwischenplatte 21 kann
der Sphäroguß-Achszapfen 22 auch mit
einer solchen verpresst sein, wobei das Einpressen sowohl von der
Radseite als auch von der radabgewandten Seite vorgenommen sein kann.
-
5 zeigt
eine Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels. In diesem
Fall ist am freien Ende des Achszapfens 22' ein Außengewindeabschnitt 32' ausgebildet,
auf den zum Verspannen des Radlagers 23' eine Mutter 33' aufgeschraubt
ist. Der Achszapfen 22' kann hierbei gegebenenfalls auch aus
Vollmaterial hergestellt sein. Neben einer integralen Ausformung
ist auch hier ein Verpressen mit der Zwischenplatte 21' möglich.
-
Die
vorstehend beispielhaft erläuterte Erfindung ermöglicht
erstmals den Einsatz einer Sphärogußlegierung
für die Herstellung eines Achszapfens einer Radlageranordnung
an einem Kraftfahrzeug. Im Falle der integralen Ausbildung mit dem
Radträger oder dem Radflansch entfällt der Einpressprozess.
In sämtlichen Fällen ergeben sich im Vergleich
zu Achszapfen aus Stahl eine günstigere Bearbeitbarkeit
sowie geringere Materialkosten.
-
- 1,
1', 1''
- Radträger
- 2,
2', 2''
- Achszapfen
- 3
- Radlager
- 4
- Lenkeranbindungspunkt
- 5
- Lenkeranbindungspunkt
- 6
- Lenkeranbindungspunkt
- 7,
7'
- Durchgangsöffnung
- 8,
8'
- Sockel
- 9,
9'
- Anlageschulter
- 10
- Radlager-Innenring
- 11,
11'
- Krümmung
- 12,
12'
- Abschnitt
mit verjüngtem Innendurchmesser
- 13'
- Bund
- 14''
- Endabschnitt
- 15''
- Mutter
- 16''
- Außengewindeabschnitt
- 21,
21'
- Radträger
- 22,
22'
- Achszapfen
- 23,
23'
- Radlager
- 24,
24'
- Radträger
im engeren Sinn
- 25,
25'
- Radflansch
- 26
- Innengewindeabschnitt
- 27
- Durchgangsöffnung
- 28,
28'
- Sockel
- 29,
29'
- Anlageschulter
- 30,
30'
- Radlager-Innenring
- 31
- Spannbolzen
- 32'
- Außengewindeabschnitt
- 33'
- Mutter
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10336797
A1 [0003, 0005, 0005, 0006]
- - DE 10331051 A1 [0003]