-
Die Erfindung befasst sich mit einem Wälzlager sowie dessen Herstellung. Sie betrifft ferner eine Radlagerung einer Fahrzeugachse, bei der ein solches Wälzlager zum Einsatz kommt.
-
Das Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 besteht aus einem inneren Lagerring, einem äußeren Lagerring sowie in zwei Reihen angeordneten, auf Wälzkörperbahnen auf der Außenseite des inneren Lagerrings und der Innenseite des äußeren Lagerrings ablaufenden Wälzkörpern, vorzugsweise Kegelrollen, wobei sich einer der Lagerringe aus in Längsrichtung hintereinander angeordneten Ringabschnitten zusammensetzt, von denen an einem ersten Ringabschnitt und an einem weiteren Ringabschnitt jeweils eine Wälzkörperbahn ausgebildet ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
-
Schließlich betrifft die Erfindung eine Radlagerung mit einer auf dem Achsschenkel einer Fahrzeugachse mittels eines Wälzlagers drehbar angeordneten Radnabe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
-
Die in Radlagerungen von Fahrzeugachsen verwendeten Wälzlager sind zumeist zweireihige Kegelrollenlager mit einem auf dem Achsschenkel der Achse aufsitzenden Innenring und einem in der Radnabe, die neben dem Fahrzeugrad auch die Bremsscheibe oder die Bremstrommel trägt, sitzenden Außenring. Einer der beiden. Ringe, zumeist der Innenring, ist aus Gründen der Montage und zum Zwecke der Justierung des Wälzlagers zweiteilig gestaltet und setzt sich aus zwei in Längsrichtung hintereinander angeordneten Ringabschnitten zusammen, an denen jeweils eine Wälzkörperbahn ausgebildet ist. Derartige Wälzlager bzw. Radlagerungen sind z. B. aus der
DE 199 54 542 A1 , der
EP 0 098 817 A1 und der
GB 2 112 500 A bekannt.
-
Bei der Montage derartiger Radlagerungen werden die beiden gemeinsam den inneren Lagerring bildenden Ringabschnitte in Längsrichtung auf Block verspannt, und hierdurch die korrekte Lagereinstellung bestimmt. Damit die einmal erreichte Lagereinstellung beibehalten wird, werden die den inneren Lagerring bildenden Ringabschnitte im nicht montierten Zustand der Radlagerung zusätzlich mit einem Haltering ausgestattet. Von grundsätzlichem Nachteil ist, dass, da bei der Lagermontage axial auf Block verspannt wird, die Qualität der Lagereinstellung von den Toleranzen der Einzelteile abhängt. Diese Problematik ist bekannt und führt in der Praxis der Wälzlagerhersteller dazu, dass vor der Endmontage des Wälzlagers die optimale Teilepaarung bestimmt wird. Es werden also die Teile für den äußeren Lagerring sowie den zweiteiligen inneren Lagerring separat gefertigt, und anschließend jeweils exakt vermessen. Zusammengestellt werden die Teile dann nur in solchen Paarungen, die für das fertige Lager das bestmögliche Toleranzverhalten erwarten lassen. Diese Art der Herstellung ist mit erhöhtem Aufwand und damit erhöhten Kosten verbunden, da aufgrund der fertigungstechnisch bedingten Toleranzen nicht alle Teile uneingeschränkt miteinander kombinierbar sind, vielmehr nach strengen Maßkriterien eine aufwendige Auswahl getroffen werden muss.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für den Einsatz vorzugsweise bei Fahrzeug-Radlagerungen ein unter Berücksichtigung auch der Endmontage herstellungstechnisch verbessertes Wälzlager zu schaffen, sowie ferner ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines solchen Wälzlagers zu entwickeln.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wälzlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung des Wälzlagers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, und schließlich eine Radlagerung unter Verwendung eines solchen Wälzlagers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 vorgeschlagen.
-
Gemeinsam ist den Vorschlägen, dass sich zumindest zwei der Ringabschnitte, welche Bestandteil des einen der beiden Lagerringe des Wälzlagers sind, auf einem ihnen gemeinsamen Längsabschnitt überdecken, und sie außerdem auf dem gemeinsamen Längsabschnitt in Längsrichtung formschlüssig verbunden sind.
-
Bei der Herstellung des Wälzlagers wird dies erreicht, indem die Ringabschnitte, an denen die Wälzkörperbahnen ausgebildet sind, aufeinander zu bewegt werden, bis es längs eines für zwei der Ringabschnitte gemeinsamen Längsabschnitts zu einer Überdeckung und in dem gemeinsamen Längsabschnitt zu einer in Längsrichtung formschlüssigen Verbindung kommt. Die hierzu erforderliche Kraft bzw. das hierzu erforderliche Moment ist mit relativ einfachen technischen Mitteln exakt einstellbar und gewährleistet die ideale, nämlich korrekte Lagereinstellung. Zugleich werden alle etwaigen Toleranzen der das Wälzlager bildenden Einzelteile, wie Rollen und Lagerringe, ausgeglichen.
-
Zur Erzielung der formschlüssigen Verbindung in Längsrichtung des Wälzlagers wird eine Gewindeverbindung bevorzugt. Von Vorteil ist eine selbsthemmende Gewindeverbindung, welche sich nicht durch axiale Kräfte lösen kann.
-
Zur Erzielung der Gewindeverbindung ist der eine der zu verbindenden Ringabschnitte mit einem Innengewinde, und der andere der zu verbindenden Ringabschnitte mit einem korrespondierenden Außengewinde versehen. Durch relatives Verdrehen, d. h. Verschrauben, dieser beiden Ringabschnitte bewegen sich diese in Längsrichtung aufeinander zu, wobei zugleich ihre gegenseitige Überdeckung zunimmt. Sobald die Toleranzen der Lagerbauteile überwunden sind, zu denen auch die schwankenden Maße der Wälzkörper und der Wälzkörperbahnen beitragen, erhöht sich der Widerstand beim Verschrauben, so dass bei Erreichen eines vorgegebenen, maximalen Drehmomentwertes die optimale Justierung des Wälzlagers erreicht ist, und das weitere Verschrauben gestoppt wird. Die so erzielte relative Drehlage der beiden Ringabschnitte sollte vorzugsweise gesichert werden. Ergänzend oder alternativ zu der selbsthemmenden Ausführung der Gewinde kann hierfür die Einlagerung eines Klebstoffs innerhalb des den beiden Ringabschnitten gemeinsamen Längsabschnitts von besonderem Vorteil sein. Vorzugsweise wird der Klebstoff zwischen dem Innen- und dem Außengewinde eingelagert.
-
Mit einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Klebstoff ein mit der formschlüssigen Verbindung der zu verbindenden Ringabschnitte frei werdender, mikroverkapselter Klebstoff ist. Infolge des bei zunehmender Überdeckung dieser beiden Ringabschnitte auf die Mikrokapseln ausgeübten Drucks platzen diese auf, wodurch der Klebstoff frei wird und sich zwischen die Verbindungsflächen der beiden Ringabschnitte legt, also vorzugsweise zwischen das Innengewinde und das Außengewinde.
-
Alternativ zu der Verklebung ist allerdings auch eine mechanische Sicherung möglich, bei der z. B. eine quer angeordnete Madenschraube die Ringabschnitte in deren Überdeckungsabschnitt quer durchdringt.
-
Der Vorteil der Erfindung liegt in der Kostenreduzierung in der Montage. Die bei der Einzelteilfertigung unvermeidlichen Fertigungstoleranzen werden in der Montage wieder ausgeglichen, da der Toleranzausgleich sowie die Lagereinstellung automatisch mit der Montage erreicht wird.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen
-
1 in einem Längsschnitt eine Radlagerung mit einer auf dem Achsschenkel einer Fahrzeugachse mittels eines Wälzlagers drehbar angeordneten Radnabe;
-
2 die Einzelteile des Wälzlagers vor dessen Montage;
-
3 dasselbe Wälzlager nach abgeschlossener Montage;
-
4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers nach abgeschlossener Montage;
-
5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers nach abgeschlossener Montage und
-
6 der Bereich X nach 5 im Falle einer vierten und einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers.
-
1 zeigt in einem Längsschnitt die Lagerung eines Fahrzeugrades, hier bei einer nicht angetriebenen Achse eines Nutzfahrzeuganhängers. Der Achskörper der Fahrzeugachse endet jeweils in einem Achsschenkel 1, auf dem mittels eines Wälzlagers 2 die Radnabe 3 drehbar angeordnet ist. An der Radnabe 3 sind über entsprechende Flansche das eigentliche Fahrzeugrad sowie ggf. die Bremsscheibe einer Scheibenbremse oder die Bremstrommel einer Trommelbremse befestigt. Eine zentrale Verschraubung 4, hier in Form einer in den Achsschenkel 1 eingreifenden Zentralschraube, stützt sich von außen her gegen den inneren Lagerring 10 des Wälzlagers 2. In Längsrichtung nach fahrzeuginnen ist der innere Lagerring 10 gegenüber einer Schulter 7 des Achsschenkels 1 abgestützt. Der äußere Lagerring 13 des Wälzlagers 2 sitzt in einer entsprechenden Bohrung der Radnabe 3.
-
Nach fahrzeuginnen ist zwischen Achsschenkel 1 und Radnabe 3 eine Dichtung 5 angeordnet. Auch nach fahrzeugaußen ist das Innere der Radnabe 3 abgedichtet, wobei Einzelheiten dieser Abdichtung in 1 nicht näher dargestellt sind.
-
Das Wälzlager 2 ist von zweireihiger Bauart und als sogenanntes Kompaktlager gestaltet. Es besteht aus dem hier einteilig gestalteten äußeren Lagerring 20, dem hier zweiteilig gestalteten inneren Lagerring 10 sowie einer fahrzeugäußeren Reihe von Wälzkörpern 25 und einer fahrzeuginneren Reihe von Wälzkörpern 25. Die in Wälzkörperkäfigen 27 zusammengefassten Wälzkörper 25 sind hier jeweils, wie bei Fahrzeugachsen für Schwerlastfahrzeuge üblich, als Kegelrollen gestaltet, welche lageraußenseitig den größeren, und lagerinnenseitig den kleineren Kegeldurchmesser aufweisen. Zum Abwälzen der Wälzkörper 25 sind der innere Lagerring 10 und der äußere Lagerring 20 jeweils mit entsprechenden Wälzkörperbahnen 26 versehen. Vor allem die fertigungstechnisch unvermeidbaren Toleranzen dieser Wälzkörperbahnen 26, aber auch die Toleranzen der weiteren Maße der beteiligten Einzelteile, führen im Rahmen der Lagermontage zu jenen technischen Problemen, die mit der Erfindung, wie in den Patentansprüchen gekennzeichnet, gelöst werden.
-
Aus Gründen der Montage und zum Zwecke der Justierung des Wälzlagers 2 ist einer der beiden Lagerringe 10, 20 mehrteilig gestaltet. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dies, wie in der Praxis auch üblich, der innere Lagerring 10. Dieser setzt sich bei der Ausführungsform 1–3 aus zwei in Längsrichtung hintereinander angeordneten Ringabschnitten 11, 12 zusammen, an denen jeweils eine Wälzkörperbahn 26 ausgebildet ist.
-
Die zwei Ringabschnitte 11, 12 sind in Lagerlängsrichtung sowohl formschlüssig, wie auch durch Verkleben stoffschlüssig miteinander verbunden. Der hier fahrzeugaußen angeordnete Ringabschnitt 11 weist zu dem weiteren, mehr fahrzeuginnen angeordneten Ringabschnitt 12 hin einen Verbindungsabschnitt 11A mit geringerer Wanddicke auf, an dem ein Innengewinde ausgeformt ist. Umgekehrt weist der weitere Ringabschnitt 12 einen Verbindungsabschnitt 12A mit verringerter Wanddicke auf, an dem ein Außengewinde ausgeformt ist. Nach der Montage kommt es zu einer teilweisen Überdeckung der Ringabschnitte 11, 12, nämlich auf einem gemeinsamen Längsabschnitt L, auf dem das an dem Verbindungsabschnitt 11A ausgebildete Innengewinde in das an dem Verbindungsabschnitt 12A ausgebildete Außengewinde eingreift, und es so zu einer einstellbaren Verbindung A unter Erzielung eines Formschlusses in Lagerlängsrichtung kommt.
-
Außerdem sind die den inneren Lagerring 10 bildenden Ringabschnitte 11, 12 auf ihrem gemeinsamen Längsabschnitt L miteinander verklebt, wodurch die Verbindung A, nachdem sie einmal eingestellt wurde, gegen Verdrehen und damit gegen Verstellen gesichert ist Anhand der 2 und 3 werden im Folgenden Einzelheiten in der konstruktiven Ausführung sowie der Montage des Wälzlagers beschrieben.
-
2 zeigt die Einzelteile vor der abschließenden Montage des Wälzlagers. Die Wälzkörper 25 sind an zumindest einem der Lagerringe vorplatziert, hier an den Ringabschnitten 11, 12, welche später zusammen den inneren Lagerring 10 bilden. Alternativ ist es möglich, die Wälzkörper 25 vor der Lagermontage im Bereich der Wälzkörperbahnen des äußeren Lagerrings 20 zu platzieren. Der Wälzkörperkäfig 27 nimmt hierbei die Wälzkörper 25 untereinander beabstandet auf.
-
Gemäß 2, welche den Beginn der Montage wiedergibt, werden zunächst die beiden noch getrennten Ringabschnitte 11, 12 des inneren Lagerrings in zueinander und zu dem anderen, nämlich äußeren Lagerring 20 fluchtender Ausrichtung angesetzt.
-
Sodann werden, unter Aufrechterhaltung der Fluchtung, die Ringabschnitte 11, 12 aufeinander zu bewegt. Dies erfolgt unter gegenläufigem Verdrehen, so dass die an den Verbindungsabschnitten 11A, 12A angeformten Gewinde miteinander verschrauben. Zugleich kommt es längs des gemeinsamen Längsabschnitts L (3) zu einer zunehmenden Überdeckung der beiden Ringabschnitte 11, 12. Nach Ausgleich aller inneren Axialtoleranzen wird der in 3 wiedergegebene Montagezustand erreicht. Die Verschraubung der Ringabschnitte 11, 12 ist vorangeschritten, und nach Ausgleich der axialen Toleranzen erhöht sich das Anzugsmoment bei der gegenseitigen Verschraubung bis zu einem vorgegebenen Maximalwert. Ist dieser Wert erreicht, wird die weitere Verschraubung gestoppt. Die optimale Lagereinstellung ist erreicht, und durch die ineinandergreifenden Gewinde ist in Längsrichtung ein Formschluss der Verbindung A erreicht. Da der Formschluss allenfalls durch ein Zurückschrauben beeinträchtigt werden könnte, sind Maßnahmen zur Sicherung der einmal erzielten Drehlage vorgesehen, die nachfolgend beschrieben werden.
-
Spätestens in dem in 2 wiedergegebenen Zustand wird in dem Bereich der späteren Verbindungsflächen der Verbindung A ein Klebstoff angeordnet. Vorzugsweise wird der Klebstoff entweder an dem Innengewinde des Verbindungsabschnitts 11A oder dem Außengewinde des Verbindungsabschnitts 12A eingelagert. Alternativ kann an beiden genannten Stellen der Klebstoff eingelagert werden oder, über den Umfang der Gewinde verteilt, teilweise im Bereich des Außengewindes, und teilweise im Bereich des Innengewindes.
-
Die Konfektionierung des Klebstoffs erfolgt durch entsprechende Platzierung klebstoffgefüllter Mikrokapseln. Diese platzen durch den bei zunehmender Überdeckung der einstellbaren Verbindung A auf sie ausgeübten Druck auf, wodurch der eigentliche Haftstoff frei wird und in den Gewindeflanken zu einem Verkleben führt, welches ein späteres Losdrehen und damit Lösen der Ringabschnitte 11, 12 sicher verhindert.
-
Der Kleber in den Mikrokapseln beginnt erst nach dem Aufplatzen auszuhärten. Das Aushärten ist bedingt entweder durch den Kontakt des Klebers mit der Umgebungsluft, oder durch verschiedene Komponenten des Klebers, welche mit dem Platzen der Mikrokapseln untereinander in Verbindung treten.
-
Die in 4 wiedergegebene zweite, sowie die in 5 wiedergegebene dritte Ausführungsform unterscheiden sich von der ersten Ausführungsform sowohl hinsichtlich des äußeren Lagerrings 20, wie auch hinsichtlich des inneren Lagerrings 10. Der äußere Lagerring 20 besteht hier aus zwei Ringabschnitten 21, 22, an denen jeweils eine der Wälzkörperbahnen 26 ausgebildet sind, wobei die beiden Ringabschnitte 21, 22 nicht miteinander in Verbindung stehen und einen Abstand zueinander aufweisen.
-
Ferner ist bei den Ausführungsformen nach 4 und 5 der innere Lagerring 10 insgesamt dreiteilig ausgeführt. Er besteht neben dem fahrzeugaußen angeordneten Ringabschnitt 11 und dem fahrzeuginnen angeordneten Ringabschnitt 12, an denen jeweils Wälzkörperbahnen 26 ausgebildet sind, aus einem zusätzlichen Ringabschnitt 13, an dem keine Wälzkörperbahn ausgebildet ist. Bei dem Ringabschnitt 13 handelt es sich um einen Zwischenring, der mittels einer Auf-Block-Verbindung B mit dem Ringabschnitt 11, und mittels der einstellbaren Verbindung A mit dem Ringabschnitt 12 verschraubt ist bzw. verschraubbar ist. Der Vorteil dieser Bauweise besteht in einer Verlängerung des Ringabschnitts 11 um die zusätzliche Länge des Ringabschnitts 13, der hierzu mit dem Ringabschnitt 11 auf Block verschraubt ist. Zu diesem Zweck ist der Zwischenring 13 mit einem ein Außengewinde aufweisenden Verbindungsabschnitt 13B versehen, der in den entsprechenden, ein Innengewinde tragenden Verbindungsabschnitt 11B des Ringabschnitts 11 eingreift.
-
Die Einstellung der wirksamen Länge des Wälzlagers erfolgt nicht in der Verbindung B, sondern ausschließlich in der einstellbaren Verbindung A. Diese wird erzielt durch einen an dem Zwischenring 13 ausgebildeten Verbindungsabschnitt 13A mit Innengewinde, der in das entsprechende Außengewinde des Verbindungsabschnitts 12A des Ringabschnitts 12 einschraubbar ist.
-
Der äußere Lagerring ist zweigeteilt mit einem ersten Ringabschnitt 21 und einem hiervon axial getrennten zweiten Ringabschnitt 22. Bei Einsatz des Wälzlagers in einer Radlagerung greift zwischen die beiden Ringabschnitte 21, 22 ein innen an der Radnabe ausgebildeter Steg ein, damit ein Drehmoment zur Lagereinstellung erzielbar ist. In diesem Fall kann der an dem in 4 links angeordneten Ringabschnitt 21 ausgebildete, radial erweiterte Bund entfallen. Ein so abgewandeltes Wälzlager gibt 5 wieder. Bei dem Wälzlager nach 5 kann die an der Verbindung A ergänzte Verklebung im Falle der Anwendung eines ausreichend großen Lösemomentes wieder lösbar sein. Dies hat den Vorteil, dass das Wälzlager nach 5 im Reparaturfall nicht samt der Radnabe wegzuwerfen ist.
-
Bei der Ausführungsform nach 5 haben der innere Ringabschnitt 11 und der innere Ringabschnitt 12 jeweils Ausnehmungen 31 bzw. zusätzliche Formelemente im Übergang. zwischen Innenwandung und äußerer Stirnseite. Diese dienen dem formschlüssigen Eingriff eines geeigneten Werkzeuges von axial außen her, um so ein ausreichend großes Verdrehmoment auf den Ringabschnitt ausüben zu können.
-
Die Montage der Wälzlager nach 4 und 5 erfolgt wie oben anhand der 2 und 3 erläutert, nur wird in einem ersten Montageschritt der zusätzliche Ringabschnitt 13 auf Block gegen den Ringabschnitt 11 geschraubt, und so die Konstruktionslänge des Ringabschnitts 11 verlängert. Die dann weitere Einstellung des Lagerspiels und des Toleranzausgleichs erfolgt wie oben anhand der 2 und 3 beschrieben.
-
6 zeigt hinsichtlich der Gestaltung des mittleren Ringabschnitts 13 und dessen Verbindung zu dem Ringabschnitt 11 und dem Ringabschnitt 12 zwei alternative Ausgestaltungen.
-
Bei der in 6 oberen Ausführungsform ist der Zwischenring 13 an beiden axialen Enden einheitlich mit Außengewinden, oder alternativ einheitlich mit Innengewinden versehen, so dass beide dort verschraubbaren Ringabschnitte 11, 12 jeweils korrespondierende Innengewinde bzw. korrespondierende Außengewinde aufweisen.
-
Bei der in 6 unten dargestellten Ausführungsform ist der Ringabschnitt bzw. Zwischenring 13 an seiner Innenwandung mit einer Schulter versehen, so dass sich eine Stufe 32 mit einem Wechsel von einem größeren auf einen kleineren Durchmesser ergibt. Der so gestaltete Zwischenring 13 ermöglicht eine Bauweise des Wälzlagers, bei der der Innendurchmesser des einen Ringabschnitts 12 größer ist, als der Innendurchmesser des anderen Ringabschnitts 11, so dass sich insgesamt ein Wälzlager mit einem inneren Lagerring 10 ergibt, der eine Stufe aufweist. Eine solche Bauweise kann in Verbindung mit einem Achsschenkel 1 sinnvoll sein, dessen Lageraufnahme ebenfalls gestuft ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Achsschenkel
- 2
- Wälzlager
- 3
- Radnabe
- 4
- zentrale Verschraubung
- 5
- Dichtung
- 7
- Schulter
- 10
- innerer Lagerring
- 11
- Ringabschnitt
- 11A
- Verbindungsabschnitt
- 11B
- Verbindungsabschnitt
- 12
- Ringabschnitt
- 12A
- Verbindungsabschnitt
- 13
- Ringabschnitt, Zwischenring
- 13A
- Verbindungsabschnitt
- 13B
- Verbindungsabschnitt
- 20
- äußerer Lagerring
- 21
- Ringabschnitt
- 22
- Ringabschnitt
- 25
- Wälzkörper
- 26
- Wälzkörperbahn
- 27
- Wälzkörperkäfig
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Stufe
- A
- einstellbare Verbindung
- B
- Auf-Block-Verbindung
- L
- Längsabschnitt
-
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 19954542 A1 [0005]
- EP 0098817 A1 [0005]
- GB 2112500 A [0005]
