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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit in Schrägkugellagerausführung, mit wenigstens zwei ersten Reihen Kugeln, mit zwei parallel zu den ersten Reihen angeordneten zweiten Reihen Kugeln, mit einem gemeinsam alle Kugeln radial außen umgreifenden Außenring, wobei jeweils eine aus einer der ersten Reihen und aus einer der zweiten Reihen gebildete erste Paarung gegen eine aus einer der ersten Reihen und aus einer zweiten Reihen gebildete zweite Paarung angestellt ist und dabei der Außenring axial beidseitig eines radial nach innen stehenden Mittelbordes jeweils eine erste Innenlaufbahn für eine der ersten Reihen und eine sich der ersten Innenlaufbahn anschließende zweite Innenlaufbahn für eine der zweiten Reihen aufweist.
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Stand der Technik
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
DE 103 31 936 A1 ist eine Radlagereinheit in Schrägkugellagerausführung bekannt, die vierreihig ausgelegt ist und als Baueinheit ausgeführt ist.
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Trotz allgemeiner Bemühungen Reibungsverluste in Radlagern zu minimieren, gab es bislang, gerade bei Lastwagen oder größeren Luxuslimousinen keine Alternative zu Kegelrollenlagern. Nach den sog. Twin-Tandem Radlagern wurde erkannt, dass für schwerere Lastfahrzeuge eine dynamische axiale Lastaufnahme zwar willkommen ist, jedoch eine gewisse Tragfähigkeit fehlte.
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Aufgabenstellung
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Radlagereinheit anzugeben, die sowohl für Fahrzeuge mit hohen Lasten geeignet ist, als auch eine hohe axiale Aufnahme dynamischer Kräfte erlaubt ohne eine große Reibung zu verursachen.
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Die Aufgabe wird durch eine Radlagereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Mittelbord eine mittlere Innenlaufbahn aufweist, wobei in der mittleren Innenlaufbahn Zylinderollen lasttragend abrollen. Aufgrund der in einem Schrägkugellager herrschenden Vorspannung ist bisher der Einsatz einer Zylinderrollenreihe nicht thematisiert worden, jedoch ist eine Anordnung dieser Zylinderrollenreihe parallel und zwischen den Paarungen vorteilhaft, weil an die einfach zu fertigenden Zylinderollen kaum Anforderungen gestellt werden. Dennoch können diese einen großen Teil der Last tragen.
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Die Radlagereinheit weist einen beide Paarungen der Reihen aus Kugeln gemeinsam außen umgreifenden Außenring auf. Der Außenring ist mit einem radial nach innen stehenden Mittelbord und den Laufbahnen für die Paarungen versehen. In dem Außenring sind die Laufbahnen für jede Reihe der Kugeln eingebracht. Weiterhin weist die Radlagereinheit wahlweise einen Innenring oder mehrere Innenringe auf.
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Vorteilhafterweise ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung auch, dass die Radlagereinheit eine zumindest die Kugeln, den Außenring und den Innenring in sich selbst zusammenhaltende Baueinheit ist. Diese Baueinheit kann durch den Wälzlagerhersteller komplett vormontiert und zu dem Fahrzeughersteller geliefert werden, ohne dass Einzelteile verloren gehen. Der Fahrzeughersteller kann die Radlagereinheit unmittelbar an der Achskonstruktion des Fahrzeuges befestigen und das entsprechende Fahrzeugrad anbringen.
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Die einzelnen Reihen Kugeln der Radlagerungen weisen in Richtung der Lagerachse (Rotationsachse) gegeneinander versetzt angeordnete Innen- und Außenlaufbahnen auf. Jeweils eine Paarung aus einer ersten und aus einer zweiten Reihe nimmt nur Axialkräfte in eine Richtung auf. Bei Radialbelastungen des Radlagers entsteht im Radlager eine in axiale Richtung wirkende Kraft, die durch eine Gegenkraft ausgeglichen werden muss. Deshalb ist jeweils eine Paarung gegen eine weitere Paarung angestellt und axial gesichert. Der oder die Innenringe sind dazu stirnseitig außen mit einem Bord versehen, an dem vorteilhaft zumindest teilweise die Laufbahnen der zweiten Reihe ausgebildet sind und der ein gegeneinander Anstellen, d. h. Verspannen, der Paarungen ermöglicht. Des weiteren können die Stirnseiten der Innenringe beider Paarungen zur axialen Führung der Zylinderrollen in Umfangsrichtung eingesetzt werden, womit die mittlere Innenlaufbahn oder Außenlaufbahn der Zylinderrollenreihe denkbar einfach (ohne Seitenbord) ausführbar ist.
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Die Paarungen der erfindungsgemäßen Radlagereinheit sind axial über die konzentrisch auf einem zylindrischen Abschnitt eines Flanschkörpers sitzenden Innenringe bzw. über eine Innenlaufbahn an dem Flanschkörper und über einen Innenring axial zueinander verspannt. Der Flanschkörper ist in der Regel um die Rotationsachse der Radlagerung rotationssymmetrisch ausgebildet.
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Die äußeren Innenringe weisen jeweils zwei Laufbahnen für zwei der parallelen Kugelreihen auf, wobei es sich um jeweils eine erste sowie um eine zweite Reihe Kugeln in einer Paarung handelt. Die zweiten Reihen Kugeln liegen im Lager axial außen und nehmen die zueinander benachbarten ersten Reihe Kugeln und die Zylinderollen zwischen sich. Bei der Verwendung nur eines Innenringes auf dem Flanschkörper liegt der Innenring axial an einem Stützbord an dem Flanschkörper an, wobei sich axial an den Innenring zwei direkt in den Flanschkörper eingebrachte Laufbahnen für die weitere der Paarungen anschließen. Bei der Montage der Radlagereinheit werden die Paarungen mittels eines radial nach außen weisenden sowie dem Stützbord axial gegenüberliegenden Bördelbordes axial verspannt und gehalten. Dazu wird ein axialer und hohlzylindrischer Endabschnitt an dem Flanschkörper plastisch radial so nach außen geformt, dass dieser an der axial außen liegenden Stirnseite eines der Innenringe anlegt.
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Alternativ ist der Innenring mehrteilig ausgeführt, wobei ein mittlerer Innenring eine Außenlaufbahn für die lasttragenden Zylinderollen aufweist oder ausbildet. Dieser mittlere Innenring ist zwischen zwei äußeren Innenringen angeordnet und im installierten Zustand mit diesen verspannt.
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Vorteilhafterweise werden die Zylinderollen von wenigstens einer axialen Stirnseite der Innenringe oder von wenigstens einer axialen Stirnseite eines Ringteils des mehrteilig ausgeführten Außenringes in Umfangsrichtung um die Rotationsachse axial geführt. Somit sind der mittlere Innenring und/oder der mittlere Ringteil eines mehrteiligen Außenringes sehr einfach (ohne Seitenborde) auszuführen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Radlagereinheit mit wenigstens einem Befestigungselement zum fahrzeugseitigen Befestigen der Radlagerung und/oder wenigstens einem weiteren Befestigungselement zum Befestigen eines Rades an der Radlagerung versehen. Diese Befestigungselemente sind zum Beispiel Flansche an dem Innen- und/oder Außenring oder mehrere am Umfang der Ringe verteilte sowie radial hervorstehende Ansätze. Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Flanschkörper eines der Befestigungselemente auf. Dabei ist das Befestigungselement z. B. ein von dem Flanschkörper radial abgehender Flansch o. ä. zum Befestigen eines Rades, einer Bremsscheibe oder zur fahrzeugsseitigen Befestigung der Radlagereinheit. Weiter ist vorgesehen, dass der Außenring wenigstens eines der Befestigungselemente aufweist. Das Befestigungselement ist einteilig mit dem Außenring ausgebildet und ist mindestens ein radialer Ansatz. Vorzugsweise ist der radiale Ansatz zu einem umlaufenden Flansch ausgebildet. Es ist auch denkbar, an dem Außenring zwei der Flansche auszubilden. Der/die Flansche ist/sind wahlweise zur Befestigung einer Bremsscheibe bzw. eines Fahrzeugrades und bei einem Flansch wahlweise auch zur Befestigung der Radlagereinheit über den Außenring am Fahrzeug vorgesehen.
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Geringe Lagerverkippung und Auswanderung des Außenringes sind wesentliche Voraussetzungen für ein exaktes Funktionieren elektronischer Messsysteme am Fahrzeugrad, die z. B. Bestandteile von ABS-Systemen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Außenring mehrteilig ausgeführt, wobei mehrere Ringteile gebildet werden und diese Ringteile wenigstens eine Innenlaufbahn für die Zylinderollen oder die Kugeln ausbilden. Idealerweise bildet ein äußeres Ringteil wenigstens zwei Laufbahnen für eine Paarung aus. Optional kann auch die Laufbahn für die Kegelrollen in der Mitte des Lagers ausgebildet werden. Alternativ wird die Laufbahn der Kegelrollen jedoch auf einem mittleren, separaten Ringteil vorgesehen.
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Die Vorteile gegenüber Kegelrollenlagereinheiten sind:
- – Die Lagerverkippung wird mit allen vorher beschriebenen Vorteilen um bis zu 40% verringert.
- – Die Verlustleistung infolge hoher Bordreibung der Kegelrollen an den Borden der Lagerringe entfällt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges aus und reduziert auch die Wärmeentwicklung in der Radlagereinheit.
- – Geringere Axialverschiebung unter Belastung mit all den vorher beschriebenen Vorteilen.
- – Die vierreihige Schrägkugellagerausführung gemäß Erfindung ist bei gleichem Bauraum gegen eine Kegelrollenlagereinheit austauschbar.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Radlagereinheit erster Generation ohne Befestigungsflansche in Twin-Tandem Anordnung mit mittig angeordneter Kegelrollenreihe, und
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2 eine Radlagereinheit in Twin-Tandem Anordnung mit mittig angeordneter Kegelrollenreihe mit Flansch 17
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Ausführungsbeispiel
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Radlagereinheit erster Generation ohne Flansche in Twin-Tandem Anordnung mit mittig angeordneter Kegelrollenreihe 16. Sowohl der Innenring 3a, 3b, 3c als auch der Außenring 2a, 2b, 2c sind mehrteilig ausgeführt, wobei jeweils die Paarungen einen gemeinsamen Innen- 3a, 3b und gemeinsamen Außenring 2a, 2b aufweisen. Die Kegelrollenreihe 16 bildet mit dem mittleren Innenring 3c und dem mittleren Außenring 2c ein einfach ausgeführtes Zylinderrollenlager.
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Daran ist vorteilhaft, dass das Zylinderrollenlager austauschbar ist und mittels Serienteilen gebaut werden kann. Damit kann das Kegelrollenlager speziell für die jeweilige Last ausgewählt und eingesetzt werden.
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Daran ist vorteilhaft, dass die Zylinderrollen durch die axialen Stirnseiten der Ringe 2a, 2b oder auch 3a, 3b geführt werden können, sodass sowohl die Bestückung der Zylinderollen leicht zu bewerkstelligen ist, aber auch die Bauteilanzahl gering gehalten werden kann.
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Aufgrund von sogenannten Bordsteinremplern haben sich mittlerweise größere Teilkreise auf der Radseite bewährt. Deshalb ist es vorteilhaft folgende Beziehung zu verwirklichen: Tk1 > Tk2 > Tk4 > Tk3 > Tkk
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Damit liegt das Kegelrollenlager außerhalb des Hauptspannungsbereiches der O-Anordnung und es kann Bordsteinremplern Paroli geboten werden, da die radseitige Paarung einer größeren Belastung standhält.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Radlagereinheit 21, die zu einer um die Rotationsachse R drehbaren Radlagerkonstruktion angeordnet ist. Die Radlagereinheit 21 weist einen Außenring 2, drei Innenringe 3a, 3b, 3c zwei erste Reihen 12, 13 von Kugeln sowie zwei zweite Reihen 11, 14 von Kugeln auf. Beidseitig der Radialebene M des Lagers ist jeweils eine Paarung aus einer ersten Reihe 12, 13 und aus einer zweiten Reihe 11, 14 angeordnet. Die Radlagereinheit 21 weist weiter einen Flanschkörper auf, der mit einem Befestigungsflansch 17 oder alternativ einen Radflansch 17 ausgebildet ist. Dies hängt davon ab, ob es ich um einen drehenden oder feststehenden Außenring 2 handelt.
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Die Innenringe 3a, 3b sind zum Aufpressen auf einen nicht abgebildeten Achszapfen vorgesehen. Nach der axialen Sicherung der Innenringe stützen sich die Kugeln in Richtung der Kontaktlinien, an den Innenlaufbahnen und des jeweiligen Innenringes 3a, 3b und den Außenlaufbahnen des Außenringes ab. die Kontaktlinien werden dabei durch die Kontaktstellen der Kugeln mit ihren Laufbahnen gebildet und verlaufen auch durch den Kugelmittelpunkt.
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Die Kugeln der Reihen 11 und 14, sowie 12 und 13 weisen zueinander unterschiedliche Durchmesser auf. Die erste Reihe 12 und die zweite Reihe 11 in der radseitigen Paarung sind in Tandem-Anordnung zueinander angeordnet. Die Paarungen sind in einer sogenannten O-Anordnung gegeneinander angestellt. Dabei sind die Kugeln entlang der schräg zur Rotationsachse R verlaufenden Kontaktlinien, vorgespannt. Zwischen der Radialebene M der Radlagereinheit 21 und den Kontaktlinien ist jeweils der gleiche Druckwinkel ausgebildet.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Radlagereinheit in Schrägkugellagerausführung, mit wenigstens zwei ersten Reihen Kugeln, mit zwei parallel zu den ersten Reihen angeordneten zweiten Reihen Kugeln, mit einem gemeinsam alle Kugeln radial außen umgreifenden Außenring, wobei jeweils eine aus einer der ersten Reihen und aus einer der zweiten Reihen gebildete erste Paarung gegen eine aus einer der ersten Reihen und aus einer zweiten Reihen gebildete zweite Paarung angestellt ist und dabei der Außenring axial beidseitig eines radial nach innen stehenden Mittelbordes jeweils eine erste Innenlaufbahn für eine der ersten Reihen und eine sich der ersten Innenlaufbahn anschließende zweite Innenlaufbahn für eine der zweiten Reihen aufweist. Ziel ist es eine Radlagereinheit zu konstruieren, die alle Annehmlichkeiten einer modernen Radlagereinheit aufweist und zusätzlich auch hohe Lasten zulässt. Dazu wird in einem vorspannungsfreien Punkt in der Rotationsachse eine weitere Kegelrollenreihe vorgesehen, die mit einem geringen Aufwand einfügbar ist und trotz Lagervorspannung kaum Axialreibung verursacht.
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Bezugszeichenliste
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- M
- Rotationsachse
- R
- Rotationsachse
- Tkk
- Teilkreisdurchmesser des Mittenkreises der Zylinderollen
- Tk1
- Teilkreisdurchmesser des Mittenkreises der radseitigen zweiten Reihe
- Tk2
- Teilkreisdurchmesser des Mittenkreises der radseitigen ersten Reihe
- Tk3
- Teilkreisdurchmesser des Mittenkreises der fahrzeugseitigen ersten Reihe
- Tk4
- Teilkreisdurchmesser des Mittenkreises der fahrzeugseitigen zweiten Reihe
- 1
- Radlagereinheit
- 2
- Außenring
- 2a
- Ringteil des mehrteiligen Außenrings
- 2b
- Ringteil des mehrteiligen Außenrings
- 2c
- mittleres Ringteil des mehrteiligen Außenrings
- 3a
- Innenring
- 3b
- Innenring
- 3c
- mittlerer Innenring
- 9
- Außenlaufbahn
- 11
- zweite Reihe, fahrzeugseitig
- 12
- erste Reihe, fahrzeugseitig
- 13
- erste Reihe, radseitig
- 14
- zweite Reihe, radseitig
- 15
- Kassettendichtung
- 16
- Reihe der Zylinderrollen
- 17
- Befestigungsflansch
- 21
- Radlagereinheit
- 27
- Mittenbord
- 28
- mittlere Innenlaufbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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