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Die
Erfindung betrifft eine Radbaugruppe für ein Kraftfahrzeug,
nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
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Der
Aufbau eines konventionellen Rades und dessen Lagerung besteht aus
den Bauteilen Radlager, Radnabe mit Radmontageflansch und Felge
mit Reifen. Die Felge wird mit Radschrauben am Radmontageflansch
befestigt, wobei die Bremsscheibe zwischen Felge und Radmontageflansch
geklemmt wird. Eine solche Radlageranordnung beschreibt die
DE 101 32 429 A1 .
Der maximale Bremsscheiben-Reibradius wird hier von der Maßkette,
innerer Felgenradius – Höhe der Bremssattelbrücke – halbe
Belaghöhe, bestimmt. Bei leistungsstarken Fahrzeugen ist
es daher oft erforderlich eine größere Felge einzusetzen
um die notwendige Bremsscheibengröße unterzubringen.
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Bei
der Dimensionierung der Bremsscheibe sollte ein möglichst
großer Reibradius angestrebt werden, da dies die Zuspannkraft
des Bremssattels und somit dessen Gewicht reduziert. Die Bremssattelbrücke
kann kleiner dimensioniert werden und der Hydraulikkolben entsprechend
kleiner sein. Mit dem Bremsscheibendurchmesser wächst allerdings
im Gegenzug das Gewicht der Bremsscheibe.
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Ein
großer Reibradius lässt sich aber auch dadurch
erreichen, dass der Bremssattel die Bremsscheibe von innen umfasst,
also die Höhe der Bremssattelbrücke aus der Maßkette
genommen wird. Dies bedingt, dass die Bremsscheibe an der Felge
befestigt ist oder dass der Radmontageflansch bzw. die Radscheibe
annähernd so groß wie der Felgen-Innendurchmesser
ausgeführt sein muss und daran die innen umfasste Bremsscheibe
befestigt wird.
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Eine
solche Ausführung beschreibt die
EP 018 37 48 A1 als Radbaugruppe
mit Scheibenbremse für Fahrzeuge, bestehend aus einem topfförmigen Scheibenträger
mit einem Basisteil, das an einer Radnabe befestigt ist, sowie einem
Trommelteil, das sich in geringem radialem Abstand von einer Radfelge
axial nach innen erstreckt und mit dem radial äußeren
Rand einer Bremsscheibe fest verbunden ist. Ferner bestehend aus
einem Bremssattel, der an einem feststehenden Radlagergehäuse
abgestützt ist, den radial inneren Rand der Bremsscheibe
umgreift, beiderseits der Bremsscheibe angeordnete Bremsbacken abstützt
und mindestens auf einer Seite der Bremsscheibe eine Betätigungsvorrichtung
aufweist. Radial innerhalb der Radfelge sind Lüftungskanäle vorhanden.
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Eine
innen umfasste felgenfeste Bremsscheibe wurde bisher nur bei Motorrädern
bekannt. Hintergrund ist, dass hier, im Gegensatz zum Automobil,
keine nennenswerten Seitenkräfte entstehen. Die Radlager
sitzen direkt im Rad, dadurch kann die Bremsscheibenaufnahme in
enger Toleranz zu den Lagersitzen gefertigt werden. Dagegen führen
bei einseitigen Radführungen Fertigungstoleranzen und die
Verformung der Felge unter Seitenkraft dazu, dass der Planlauf einer
felgenfesten Bremsscheibe nicht gegeben ist. Die Bremsbeläge
werden zurückgeschoben, so dass beim Betätigen
der Bremse ein nicht akzeptabler Leerweg entsteht, bis die Bremsbeläge
wieder anliegen. Zudem entstehen Lenkraddrehschwingungen. Der Seitenschlag
wird dadurch beherrscht, dass Radnabenflansch und Bremsscheibe sehr
exakt gefertigt werden. Es wirkt nur die Verformung zwischen Radträger
und Radnabenflansch auf den Planlauf. Würde man eine innen
umfasste Bremsscheibe an einer konventionellen Felge einer solchen
einseitigen Radführung befestigen, würde allein
der Verzug der Felge durch ungleichmäßiges Anziehen
der Radschrauben die zulässigen Toleranzen überschreiten.
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Der
Radwechsel mit einer an der Felge befestigten Bremsscheibe ist deutlich
erschwert, da die Scheibe bei der Demontage bzw. Montage aus dem Bremssattel
ausgefädelt bzw. eingefädelt werden muss. Die
Gefahr der Fehlbedienung bei der Montage oder zum Beispiel die des
Betätigens der Bremse bei ausgebauter Bremsscheibe ist
hoch.
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Um
bei einer Radbaugruppe nach dem Stand der Technik im Zusammenbau
den notwendigen Planlauf zu erreichen, wird der Radnabenflansch radaußenseitig
gemeinsam mit dem Radlager radinnenseitig überdreht. Hier
addieren sich dann die Bremsscheibentoleranzen mit denen der Felge
und den Toleranzen die durch die Handhabung entstehen, zum Beispiel
durch ungleichmäßiges Anziehen der Radschrauben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radbaugruppe für
ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die oben genannte Nachteile vermeidet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach
der Erfindung ist eine Radbaugruppe zur einseitigen Aufhängung
eines Kraftfahrzeugrades, mit einer, in radialer Richtung gesehen,
an ihrem Außenumfang nahe einer Radfelge an einer Radscheibe
festgelegten Bremsscheibe einer Scheibenbremse, deren Bremssattel
die Bremsscheibe über ihren Innenumfang umgreift und an
einem Radträger festgelegt ist, der einen stehenden Ring
eines Radlagers abstützt, dessen rotierender Ring eine
Radnabe trägt, die wiederum mit der Radscheibe verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe an der Radscheibe
in radialer Richtung elastisch nachgiebig befestigt ist. Dies kann
zum Beispiel über einen in radialer Richtung elastisch
nachgiebigen Haltering erreicht werden, der an der Radscheibe festgelegt
ist. Ein solcher Bremsscheibenhalter kann aufgrund des niedrigen
Kraftniveaus der weit außen angreifenden Bremskraft einfach
elastisch gestaltet werden, was vorteilhafterweise der Bremsscheibe eine
ungehinderte Ausdehnung erlaubt. Dadurch wird eine so genannte Schüsselung
der Bremsscheibe vermieden und es werden örtliche axiale
Verformungen der Radscheibe unter Seitenkraft nicht auf die Bremsscheibe übertragen.
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Wenn
das Rad so in zwei funktionale Einheiten getrennt wird, dass die
Radschrauben die Radfelge mit der Radscheibe verbinden, verbleibt
beim Demontieren des Rads ein im Durchmesser deutlich vergrößerter
Radnabenflansch am Fahrzeug, der auch die innen umfasste Bremsscheibe
trägt. Beim Reifenwechsel wird dann die Radfelge, als Reifenträger,
von der Radscheibe abgeschraubt.
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Die
Bremsscheibe kommt ohne fest verbundenen Topf aus und kann somit
vorteilhafterweise aus einer Platine gestanzt werden, was Gewichts- und
Kostenvorteile bringt. Die aufgrund des größeren Reibradius
geringere notwendige Zuspannkraft reduziert das Bremssattelgewicht,
wogegen ein großer möglicher Bauraum für
die Bremssattelbrücke hohe Steifigkeit bei vermindertem
Gewicht erlaubt. Ein verbessertes Übersetzungsverhältnis
ermöglicht außerdem einen kleineren Bremskraftverstärker.
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Zusätzlich
kann ein nicht angetriebenes Rad gezielt auf Seitenkraft ausgelegt
werden, da keine Antriebs- und Bremsmomente über die Radscheibe geleitet
werden, was ebenfalls Gewichtsvorteile mit sich bringt.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Radnabe
auf der radinneren Seite des Radlagers mit einer Antriebswelle über eine
Plan-Kerbverzahnung, insbesondere eine Voith-Hirth-Verzahnung, verbunden
ist. Deren axiale Vorspannung kann dann vorteilhafterweise durch eine an
der radäußeren Seite der Radnabe zugängliche,
durch diese sich in axialer Richtung erstreckende Durchsteckschraube
erzielt werden. Für ein angetriebenes Rad kann dadurch
die Radnabe bzw. bei Einstückigkeit von Radnabe und Radscheibe,
letztere durch Lösen der Durchsteckschraube und der Radlagerschrauben
leicht demontiert werden. Dies vereinfacht Wartungsarbeiten, zum
Beispiel an der Bremse, erheblich.
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Des
Weiteren ist vorteilhaft, wenn die Radfelge aus einem Hohlkammer-Strangpressprofil
besteht. Dabei kann sie und/oder die Radscheibe in einer besonders
vorteilhaften Ausführung der Erfindung aus Aluminium oder
Magnesium oder aus Kunststoff, insbesondere verstärkt durch
Carbon- oder Glasfasern, bestehen. Radnabe und Radscheibe können
dabei auch einstückig sein oder aus verschiedenen Werkstoffen
zusammengesetzt sein. Durch den zumindest vorzugsweise einteiligen
Aufbau von Radnabe und Radscheibe ergeben sich vielfältige
Gestaltungsmöglichkeiten, was die Bauart und die Werkstoffe
angeht, ohne die Einschränkungen, die eine Radverschraubung
nach dem Stand der Technik mit sich bringt. Alle Kräfte
und Momente müssen hier vom Radnabenflansch über
die Verschraubung auf die Felge übertragen werden. Ein einteiliges
Bauteil besitzt vorteilhafterweise eine größere
Steifigkeit bei besserem Kraftschluss. Das Felgenbett kann aus gebogenem
Strangpreßprofil hergestellt werden, wodurch sich auch
eine höhere Steifigkeit des Felgenbetts gegenüber
einer konventionellen Felge ergibt, weil sich der größte
Anteil des Werkstoffs nahe der neutralen Faser befindet. Kostengünstige
Zweitfelgen, zum Beispiel für Winterreifen, sind möglich
oder bei Ersatz aufgrund von Beschädigungen, da nur das
Felgenband getauscht werden muss.
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Radeinheit
und Bremssattel können so gestaltet werden, dass diese,
im Gegensatz zu einem Rad oder einer Bremse nach dem Stand der Technik, leicht
getauscht werden können. Somit kann eine Lösung
nach der Erfindung beispielsweise nur für leistungsstarke
Fahrzeuge eingesetzt werden, während leistungsschwächere
Varianten parallel dazu mit einem Rad/Bremsensystem nach dem Stand
der Technik bestückt werden können. Dies bietet
sich insbesondere für teure Radausführungen an,
wie zum Beispiel ausgeführt in Kohlefaser. Ebenso sind
damit Nachrüstungen im Zubehör-Geschäft
denkbar.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Radlager radinnenseitig über
seinen Innenring mittels einer Überwurfmutter auf der Radnabe
gesichert wird. Alternativ dazu kann das Radlager radinnenseitig
auch über seinen Innenring mittels einer Vergrößerung
des Außendurchmessers der Radnabe, insbesondere durch Bördelung,
auf der Radnabe gesichert werden. Dabei kann die Vergrößerung
des Außendurchmessers der Radnabe zur Sicherung des Radlagers
im Rahmen der Herstellung der Plan-Kerbverzahnung an der Radnabe
erreicht werden. Insbesondere kann dies innerhalb eines Spannvorgangs
für die Radnabe und insbesondere in einem Arbeitsgang erfolgen.
Eine zumindest im Servicefall nicht lösbare Verbindung
ist deshalb von Vorteil, weil die Aufnahme für die Bremsscheibe
und die Aufnahme für das Felgenbett im Zusammenbau mit dem
Radlager überdreht werden können und somit ein
Höchstmass an Planlauf erreicht wird. Dies gilt insbesondere,
wenn der Bremsscheibenhalter und die Radscheibe einteilig gestaltet
sind. Des Weiteren ermöglicht der Entfall des konventionellen
Radnabenflansches eine größere Radlagerbreite
bei kleinerem Radlagerdurchmesser, was weniger Lager- und Dichtungsreibung
ergibt oder eine größere Radscheibentiefe für
hohe Steifigkeit erlaubt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele
weiter erläutert. Erfindungswesentlich können
sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. Es
zeigen:
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1:
eine erfindungsgemäße Radbaugruppe mit einer Radscheibe
in Gussausführung,
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2:
eine Radscheibe für eine erfindungsgemäße
Radbaugruppe in Blechschalenausführung,
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3:
eine Radscheibe für eine erfindungsgemäße
Radbaugruppe mit gegossenen Speichen als nicht angetriebenes Rad,
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4:
eine Radscheibe für eine erfindungsgemäße
Radbaugruppe mit gegossenen Speichen als angetriebenes Rad, und
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5:
eine Radscheibe für eine erfindungsgemäße
Radbaugruppe mit Sandwichaufbau.
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Die
in 1 dargestellte Radbaugruppe ist einem Radträger 1 zugeordnet,
der einen Außenring eines nur angedeutet gezeichneten Radlagers 2 festlegt.
Der Innenring des Radlagers 2 lagert eine Radnabe 3 drehantreibbar
um eine gestrichelt gezeichnete Achse 4. Dabei ist das
Radlager 2 radinnenseitig über seinen Innenring
mittels eines durch Bördeln vergrößerten
Außendurchmessers 3' der Radnabe 3 auf
dieser gesichert, der im Rahmen der Herstellung einer Plan-Kerbverzahnung 5 zur
Verbindung mit einer nicht gezeichneten Antriebswelle gefertigt
wird. Dies erfolgt vorzugsweise innerhalb eines Spannvorgangs für
die Radnabe 3, bevorzugt in einem Arbeitsgang.
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Die
Radnabe 3 ist auf der radinneren Seite des Radlagers 2 über
die Plan-Kerbverzahnung 5, insbesondere ausgebildet als
Voith-Hirth-Verzahnung, mit einem nicht gezeichneten Wellenzapfen der
Antriebswelle verbunden. Die axiale Vorspannung der Plan-Kerbverzahnung 5 wird
durch eine an der radäußeren Seite der Radnabe 3 zugängliche, durch
diese sich in einer Bohrung 4' in axialer Richtung erstreckende,
nicht gezeichnete Durchsteckschraube erzielt.
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Eine
doppelwandige Radscheibe 6, einstückig mit der
Radnabe 3 aus Aluminium oder Magnesium ausgebildet, erstreckt
sich auf der radäußeren Seite in radialer Richtung
bis zu einer aus einem Hohlkammer-Strangpressprofil bestehenden
Radfelge 7 mit einem nach innen ragenden Verschraubungsbund 8,
der nicht gezeichnete Bohrungen besitzt, über die die Radfelge 7 mittels
nicht gezeichneter Radschrauben durch korrespondierende nicht gezeichnete
Bohrungen am Außenumfang der Radscheibe 6 mit
einem Felgenträgerring 9 eines Bremsscheibenhalters 20 verbunden
ist. Der Bremsscheibenhalter 20 ist in radialer Richtung
elastisch nachgiebig ausgebildet und trägt an seiner nach
innen gerichteten Bremsscheibenaufnahme 10 eine Bremsscheibe 11 einer
Scheibenbremse, deren Bremssattel 12 die Bremsscheibe 11 über
ihren Innenumfang umgreift und am Radträger 1 festgelegt
ist. Die in radialer Richtung elastisch nachgiebige Ausbildung des
Bremsscheibenhalters 20 ist verwirklicht durch in Umfangsrichtung
beabstandete Verbindungselemente 21 zwischen Felgenträgerring 9 und
Bremsscheibenaufnahme 10 des Bremsscheibenhalters 20 mit einem
U-Schlag mit für die erforderliche Elastizität genügend
geringer Wandstärke. Der Bremsscheibenhalter 20 besteht
so aus Felgenträgerring 9, in radialer Richtung
elastischen Verbindungselementen 21 und Bremsscheibenaufnahme 10.
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Die 2 zeigt
eine Ausführung der Erfindung entsprechend 1,
mit den Unterschieden, dass die Radscheibe 6 nicht in Gussausführung,
sondern in Blechschalenausführung und somit nicht einstückig
mit der Radnabe 3 ausgeführt, sondern gebaut ist.
Eine radäußere 13 und eine radinnere 14 Blechschale
ist an ihrem Außen- bzw. Innenumfang jeweils fest mit der
Radfelge 7 und dem Felgenträgerring 9 bzw.
der Radnabe 3 zur Drehmomentübertragung verbunden.
Die Verbindung am Außenumfang mit der nicht gezeichneten
Felge über den Felgenträgerring 9 mit
dem Bremsscheibenhalter 20 entspricht der Verbindung, wie
sie zu 1 beschrieben ist. Zu 1 unterschiedlich
ist noch die Festlegung des eingebaut nicht sichtbaren Radlagers 2 mittels
einer Überwurfmutter 22 auf der Radnabe 3.
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Dieser
Unterschied zu 1 besteht auch in den 3 und 4.
Diese zeigen außerdem zusätzlich zu den 1 und 2 jeweils
eine Radscheibe 6 mit Radspeichen 15, verbunden
mit einer angetriebenen bzw. mitlaufenden Radnabe 3. Die
angetriebene Radnabe 3 besitzt die Plan-Kerbverzahnung 5.
Der Werkstoff für die Radscheiben 6, die gegossen
oder auch in Formen gesprizt sein können, kann sowohl Leichtmetall
als auch Kunststoff, insbesondere faserverstärkt, sein.
Der Bremsscheibenhalter 20 mit der Bremsscheibenaufnahme 10 ist
hier einstückig mit der Radscheibe 6 ausgeführt.
Die Bremsscheibe könnte aber auch entsprechend 1 über
einen Felgenträgerring 9 mit Bremsscheibenhalter 20 befestigt
werden. Bei der einstückigen Ausführung mit der
Radscheibe 6 wird die genügende Elastizität
in radialer Richtung über die je nach Werkstoff unterschiedliche
Wahl der Wandstärke der Bremsscheibenhalter 20 erreicht.
Hier dargestellt sind Radscheiben 6 aus Kunststoff.
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Die 5 zeigt
dagegen eine Ausführung der Erfindung in Kunststoff-Metallbauweise
mit einer Bremsscheibenaufnahme 10 entsprechend den 3 und 4,
mit dem Unterschied dazu, dass die Radscheibe 6 aus Kohlefaserlagen
in Sandwichbauweise aufgebaut ist. Die Radnabe 3 und ein
Trägerring 17 für Radfelge 7 und
Bremsscheibe 11 (beide in dieser Figur nicht gezeichnet)
sind einlaminiert in die Radscheibe 6 über deren
Kunststoffschalen 18 verstärkt durch Carbonfasern
und/oder -gewebe. Zwischen den Kunststoffschalen 18 befindet
sich sogenanntes Sandwich-Füllmaterial 16, zum
Beispiel aus geschäumtem Kunststoff, und eine duktile Stahlblecheinlage 19.
Der Trägerring 17 kann dabei zumindest radinnenseitig,
hin zur Bremsscheibenaufnahme 10, alternativ auch entsprechend
dem Felgenträ gerring 9 mit elastischen Verbindungselementen 21 aus 1 aufgebaut
sein. Ansonsten sind hier die sonst nirgendwo gezeichneten Bohrungen 23 für die
nicht gezeichneten Radschrauben sichtbar, mit denen die Radfelge 7 (1) über
ihren nach innen ragenden Verschraubungsbund 8 am Außenumfang der
Radscheibe 6 mit dem Trägerring 17 des
Bremsscheibenhalters 20 verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10132429
A1 [0002]
- - EP 0183748 A1 [0005]