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Beschrieben wird eine Lageranordnung zur Lagerung einer Radnabe. Beschrieben wird des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Lageranordnung.
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Entsprechende Lageranordnungen sind bekannt. Radlager von angetriebenen Fahrzeugachsen bestehen üblicherweise aus Radträger, Nabe, Lager und einem äußeren Stummel einer Antriebswelle mit einer Glocke. Radträger bzw. Achsschenkel, Nabe, Lager und äußerer Stummel sind im Allgemeinen als separate Teile ausgebildet, die durch Schraubverbindungen, Pressverbindungen oder Fließpressverbindungen oder Kombinationen davon zusammengefügt werden. Dies bedingt eine große Anzahl von Passflächen, die mit geringen Toleranzen hergestellt werden müssen. Die große Anzahl an Bauteilen, die notwendige Präzision sowie die aufwendige Montage und Demontage treiben die Kosten allgemein bekannter Radlagereinheiten in die Höhe.
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Zusätzlich muss, bedingt durch technisch notwendige minimale Wandstärken von benachbarten Komponenten und durch die vielen Überlappungsbereiche, die beim Montieren vieler Bauteile aneinander zwingend vorhanden sein müssen, ein größerer Materialeinsatz in Kauf genommen werden, was das Fahrzeuggewicht und insbesondere die beim Federn bewegte Masse erhöht.
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Aus der
DE 10 2007 016 427 A1 ist eine Lageranordnung einer über ein Drehgelenk antreibbaren Radnabe eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der die mit einem Radflansch verbundene Radnabe und das mit einer Antriebswelle verbundene Drehgelenk mittels einer Verzahnung drehfest und durch einen in einen zentralen Zapfen des Drehgelenks eingreifenden Schraubbolzen axial miteinander verbunden sind. Desweiteren ist ein Wälzlager mit einem Innenring mit zumindest einem separaten Lagerinnenring vorgesehen, wobei eine Stirnfläche des Achsstumpfs der Radnabe eine Stirnverzahnung aufweist, welche mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung des Gelenkkörpers des Drehgelenks drehfest verbindbar ist. Dadurch solle eine kurz bauende Einheit aus Radnabe, Lageranordnung und Drehgelenk geschaffen werden, die leicht zu montieren und zu demontieren ist. Der Aufbau erfordert dennoch eine Vielzahl von Bauteilen und zudem eine stirnseitige Verzahnung eines Achsstumpfs der Radnabe mit einem Gelenkkörper des Drehgelenks. Derartige Verbindungen neigen zu relativ hohem Verschleiß und zu Spiel im Antriebsstrang.
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Somit stellt sich die Aufgabe, Lageranordnungen der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine geringe Anzahl von Bauteilen zur Bereitstellung einer entsprechenden Lageranordnung benötigt wird, und dass darüber hinaus eine einfache Montierbarkeit mit möglichst wenigen Passflächen gegeben ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lageranordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einer Lageranordnung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 14. Weitere Ausgestaltungen der Lageranordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine Lageranordnung zur Lagerung einer Radnabe an einem Achsschenkel eines Kraftfahrzeugs sieht vor, dass die Radnabe mit einer Antriebsachse über ein Gleichlaufgelenk verbindbar ist. Mit Hilfe eines solchen Gleichlaufgelenks ist es möglich, dass die Radnabe relativ zur Antriebsachse verschwenkbar ist, was zur Bereitstellung einer Federung notwendig ist. An der Radnabe ist ein Zapfen angeordnet, wobei das Gleichlaufgelenk eine Aufnahme aufweist, in die der Zapfen eingreift. Ein solcher Zapfen kann einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser eines Radträgers, in welchem die Radnabe geführt ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Radnabe an dem Achsschenkel zu montieren, ohne dass aufwendige mehrteilige Lösungen bereitgehalten werden müssen. Die Anzahl der notwendigen Bauteile lässt sich gegenüber dem Stand der Technik mit Hilfe der Lageranordnung reduzieren. Das Gewicht einer entsprechenden Lageranordnung sinkt darüber hinaus ebenfalls gegenüber herkömmlichen Lageranordnungen.
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Nach einem weiterführenden Aspekt der Lageranordnung kann vorgesehen sein, dass das Gleichlaufgelenk eine an der Antriebsachse festgelegte Gelenkglocke aufweist, in der ein Gelenkaußenring und eine demgegenüber verschwenkbarer Gelenkinnenring vorgesehen sind, wobei der Zapfen in den Gelenkinnenring eingreift. Durch Anordnen eines Gleichlaufgelenks derart, dass eine außenliegende Gelenkglocke an der Antriebsachse festgelegt wird, kann die Gelenkglocke unabhängig von der Radnabe an der Antriebsachse montiert werden, sodass die Radnabe keine Gelenkglocke aufweist.
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Stattdessen kann die Radnabe mit dem Zapfen in den Gelenkinnenring geschoben werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann die Radnabe mittels eines Wälzlagers an einem Radträger festgelegt sein. Der Radträger stellt eine Verbindung eines an der Radnabe festzulegenden Rades mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges her und stützt das Rad gegenüber der Karosserie ab. An dem Radträger können Fahrwerkskomponenten wie Federung und/oder Dämpfung angreifen. Desweiteren können weitere Vorrichtungen wie Bremssättel an dem Radträger angeordnet sein.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Lageranordnung kann vorgesehen sein, dass die Radnabe einen Radflansch zur Anordnung eines Rades an der Radnabe aufweist, wobei der Radflansch einen Innenring des Wälzlagers zum Radträger hin bildet. Auf diese Weise kann auf die Ausbildung eines separaten Innenrings zur Bereitstellung eines Wälzlagers verzichtet werden, was die Anzahl an benötigten Bauteilen, die Anzahl an benötigten Passflächen und die Anzahl an Montageschritten verringert. Eine entsprechende Radnabe ist somit günstiger und mit geringerem Gewicht herstellbar.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Lageranordnung kann vorgesehen sein, dass der Radträger einen Außenring des Wälzlagers bildet. Hierdurch lässt sich ein weiteres Bauteil einsparen, sodass die bewegte Masse des federnd gelagerten Teils des Fahrwerks reduziert wird, was für den Fahrkomfort eines entsprechend ausgerüsteten Kraftfahrzeuges positiv ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der Lageranordnung kann vorgesehen sein, dass Radträger und Radnabe eine Montageeinheit bilden. Auf diese Weise lässt sich eine Erstmontage einer entsprechenden Lageranordnung leichter vornehmen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Lageranordnung kann der Zapfen in der Aufnahme des Gleichlaufgelenks axial gesichert sein. Eine solche axiale Sicherung kann beispielsweise durch eine in dem Zapfen vorgesehene Nut angegeben werden, in die ein im Gleichlaufgelenk angeordnetes Element formschlüssig eingreift. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Radnabe aus dem Gleichlaufgelenk rutscht und die Verbindung zum Gleichlaufgelenk verliert. Auf eine entsprechende Lageranordnung wirken im Fahrbetrieb, zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt, axiale Kräfte, die mit Hilfe einer entsprechenden Sicherung des Zapfens in dem Gleichlaufgelenk aufgefangen werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Lageranordnung kann vorgesehen sein, dass Radflansch und Zapfen einstückig ausgebildet sind. Eine solche Anordnung reduziert die Anzahl an notwendigen Bauteilen, was bei einer Lageranordnung gemäß dieser Ausgestaltung zu einem geringen Gewicht führt.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass Zapfen und restliche Radnabe mehrstückig ausgebildet sind und der Zapfen an der restlichen Radnabe festgelegt ist. Hierdurch steigt zwar die Anzahl an Bauteilen, was einen Einfluss auf Gewicht und Montage der Lageranordnung hat, auf der anderen Seite kann eine derartige Ausgestaltung der Lageranordnung jedoch sowohl für angetriebene als auch für nichtangetriebene Achsen eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Bei nichtangetriebenen Achsen kann der Zapfen demontiert bleiben, da er keine Verwendung hat. Die Anzahl an Gleichteilen im Kraftfahrzeug erhöht sich durch diese Ausgestaltung, was den Entwicklungsaufwand reduziert und die Ersatzteilversorgung vereinfacht.
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Gemäß einer Ausgestaltung, bei der der Zapfen eingesetzt ist, weist die Antriebsachse eine Antriebswelle auf, wobei das Gleichlaufgelenk an der Antriebswelle angeordnet ist. Auf diese Weise kann Drehmoment von der Antriebswelle auf die Radnabe übertragen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorgenannten Ausführung können Gelenkinnenring des Gleichlaufgelenks und der Zapfen drehfest miteinander verbunden sein, sodass das Drehmoment direkt über den Zapfen auf die Radnabe übertragen wird. Dies erspart das Vorsehen von anderen drehmomentübertragenden Verbindungen und Bauteilen.
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Eine drehfeste Verbindung zwischen Gelenkinnenring und Zapfen kann gemäß einer Ausgestaltung durch eine Verzahnung an dem Zapfen gelöst sein, die in eine Verzahnung des Gelenkinnenrings eingreift. Eine solche Verzahnung kann insbesondere radial vorgesehen sein, wodurch sich die Kontaktfläche bei gegebener Baugröße von Zapfen und Gelenkinnenring maximieren lässt. Somit lassen sich höhere Drehmomente übertragen bzw. der Einsatz besonders hochfester Materialien, die teuer und schwierig zu bearbeiten sind, kann vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der beschriebenen Lageranordnung ist vorgesehen, dass ein Drehpunkt des Radträgers im Wesentlichen mit einem zur Fahrzeugmitte gerichteten Ende des Zapfens zusammenfällt. Dies minimiert mögliche Längenänderungen des Achssystems beim Einfedern oder Ausfedern, sodass ein im Falle von Längenänderungen notwendiger Längenausgleich in dem Gleichlaufgelenk so kompakt wie möglich ausfallen kann.
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Ein erster unabhängiger Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Lageranordnung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Ein entsprechendes Kraftfahrzeug weist Lageranordnungen auf, die eine geringere Komplexität, ein geringeres Gewicht und einen geringeren Montageaufwand als bekannte Lageranordnungen miteinander verbindet. Je nach konkreter Ausgestaltung kann für angetriebene wie für nichtangetriebene Achsen des Kraftfahrzeugs eine im Wesentlichen gleich aufgebaute Lageranordnung vorgesehen werden.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen schematisch:
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1 einen Querschnitt durch eine Lageranordnung in montiertem Zustand;
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2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Lageranordnung im Querschnitt sowie
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3 eine Montage einer entsprechenden Lageranordnung.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine Lageranordnung 2. Die Lageranordnung 2 dient zum Lagern einer Radnabe 4 zur Halterung eines Rades an einer Antriebswelle 6 eines Kraftfahrzeuges.
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Die Radnabe 4 ist an einem Achsschenkel 8 angeordnet. Der Achsschenkel 8 erfüllt verschiedene Funktionen. Einerseits führt er die Radnabe 4 am Kraftfahrzeug, andererseits trägt er verschiedene Fahrwerkskomponenten und ist direkt und/oder indirekt mittels Feder und Dämpfer an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs abgestützt.
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Der Achsschenkel 8 kann Teil einer komplexeren Radaufhängung sein, die mehrere Lenker aufweist, deren Zusammenwirken die Radposition und -kinematik beim Ein- und Ausfedern bestimmen.
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Die Radnabe 4 weist einen Radflansch 10 auf, an dem mittels mehrerer an dem Radflansch 10 angeordneter Stehbolzen 12 ein Rad bzw. eine Felge des Rades festlegbar sind. Das Rad wird mittels eines Zentrierrings 14 an der Radnabe 4 zentriert.
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Die Radnabe 4 weist des Weiteren einen Nabentopf 16 auf, der axial nach innen geführt ist. An einer Außenfläche 18 des Nabentopfes 16 sind Laufflächen 20, 22 eines Wälzlagers 24 eingebracht.
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Das Wälzlager 24 weist in zwei Spuren laufende Wälzkörper 26 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel Kugeln sind. Die Außenseite des Wälzlagers 24 wird durch eine Innenfläche 28 des Achsschenkels 8 gebildet. Dort sind Laufflächen 30, 32 für die Wälzkörper 26 angeordnet.
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Die Laufflächen 20, 22, 30, 32, die an der Radnabe 4 und an dem Achsschenkel 8 unmittelbar ausgebildet sind, sparen die Vorsehung eines separaten Wälzlagers mit eigenen Außenflächen und Innenflächen. Das in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Wälzlager 24 ist durch geeignete Maßnahmen abgedichtet.
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An der Antriebswelle 6 einer Antriebsachse 36 ist ein Gleichlaufgelenk 38 vorgesehen. Das Gleichlaufgelenk weist eine Gelenkglocke 40 auf, die an der Antriebswelle 6 festgelegt ist und sich zusammen mit der Antriebswelle 6 dreht. An der Gelenkglocke 40 ist ein Gelenkaußenring 42 angeordnet, der Laufflächen 44 aufweist, auf denen als Kugeln ausgestaltete Wälzkörper 46 laufen. Die Wälzkörper 46 sind auf der Innenseite an einem Gelenkinnenring 48 geführt. Der Gelenkinnenring 48 weist hierzu Laufflächen 50 auf. Die Laufflächen 44 und 50 beschreiben im Wesentlichen konzentrische Kugelabschnitte, sodass ein Verschwenken der Radnabe 4 relativ zu der Antriebswelle 6 durch Verschwenken von Gelenkaußenring 42 und Gelenkinnenring 48 möglich wird. Der Gelenkinnenring 48 weist eine Verzahnung 52 auf.
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An dem Nabentopf 16 ist ein Zapfen 54 koaxial angeordnet. Der Zapfen 54 weist eine Außenverzahnung 56 auf. Des Weiteren ist eine umlaufende Nut 58 an dem Zapfen 54 vorgesehen. Die Innenverzahnung 52 des Gelenkinnenrings 48 und die Außenverzahnung 56 des Zapfens 54 sind passgenau zueinander ausgeführt, um den Zapfen 54 in den Gelenkinnenring 48 einführen zu können. Mittels der umlaufenden Nut 58 kann der Zapfen 54 im Gleichlaufgelenk 38 fixiert werden.
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In einer Ausgestaltung ist es möglich, den Zentrierring 14 und den Nabentopf 16 einstückig auszubilden. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, den Zapfen 54 einstückig mit dem Nabentopf 16 auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform können Radflansch 10, Nabentopf 16 sowie Zapfen 54 einstückig ausgebildet sein. In alternativen Ausführungsformen kann der Zapfen 54 separat ausgeführt und an dem Nabentopf 16 festgelegt sein, sodass dieselbe Nabentopfgestaltung für angetriebene sowie für nichtangetriebene Achsen des Kraftfahrzeugs verwendbar ist.
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Das Gleichlaufgelenk 38 ist durch einen Faltenbalg 60 vor Verschmutzung geschützt.
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Der Nabentopf 16 weist eine Bohrung 62 auf. Die Bohrung 62 dient einerseits zur Gewichtsreduktion, andererseits kann sie bei Ausgestaltungen, bei denen der Zapfen 54 separat ausgebildet ist, eine Montage des Zapfens 54 an dem Nabentopf 16 ermöglichen.
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An einem dem Nabentopf 16 abgewandten Ende des Zapfens 54 befindet sich ein Drehpunkt 64, um den herum der Radflansch 4 geschwenkt wird.
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2 zeigt eine Lageranordnung 102 aus dem Stand der Technik.
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Bei der bekannten Lageranordnung ist eine Radnabe 104 mit einer Antriebswelle 106 verbunden. Die Radnabe 104 ist an einem Achsschenkel 106 festgelegt. Zwischen Radnabe 104 und Achsschenkel 106 ist dazu ein Wälzlager 108 vorgesehen.
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Die Radnabe 104 weist einen Radflansch 110 zur Aufnahme des Rades, bzw. der Felge auf. Zur Übertragung der Antriebskraft besitzt die Radnabe 104 eine Innenverzahnung, in die eine entsprechende Außenverzahnung des Antriebswellenstummels 112 eingreift. Der Stummel 112 ist mittels einer Mutter gegen die äußere Gelenkglocke 114 axial vorgespannt und gesichert. Die Antriebswelle 116 ist mittels eines Gleichlaufgelenkes, das in der Glocke 114 untergebracht ist, drehfest, aber schwenkbar mit dem Antriebswellenstummel 112 verbunden. Das Gleichlaufgelenk ist durch einen Faltenbalg vor Verschmutzung geschützt.
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Die Lageranordnung 102 aus dem Stand der Technik weist eine große Anzahl von Passflächen für eine Vielzahl von Verbindungen auf: Radflansch 110 zu Wälzlager 108, Radflansch 110 zu Stummel 112, Gelenkglocke 114 zu dem Ende der Antriebswelle 116, Wälzlager 108 zu Achsschenkel 106 sowie einige weitere. Das Zusammenfügen der Bauteile erfolgt durch Schrauboperationen, Pressoperationen oder Fließpressoperationen bzw. Kombinationen hiervon. Dies ist aufwendig und erschwert im Falle eines Defekts die Reparatur.
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3 zeigt den Montageprozess der Radnabe 4 an der Antriebswelle 6.
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Die Radnabe 4 kann zusammen mit dem Achsschenkel 8 eine Montageeinheit bilden. Zum Montieren wird die Radnabe 4 auf die Antriebswelle 6 bzw. die Antriebswelle 6 auf die Radnabe 4 geschoben. Der Zapfen 54 mit seiner Außenverzahnung 56 greift in den Gelenkinnenring 48 des Gleichlaufgelenks 38 ein. Die Gelenkglocke 40 mit Gelenkaußenring 42 ist bereits auf der Antriebswelle 6 montiert.
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Nach dem Zusammenschieben wird der Zapfen 54 axial gegen Herausrutschen aus dem Gelenkinnenring 48 gesichert. Dies kann beispielsweise durch einen nicht dargestellten Bolzen oder Federring geschehen.
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Gleichzeitig wird der Faltenbalg 60 auf den Zapfen 54 aufgeschoben und an diesem festgelegt. Der Faltenbalg 60 dichtet idealerweise das Gleichlaufgelenk 38 vollständig vor Umweltverschmutzung ab.
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Das Gleichlaufgelenk 38 kann abhängig von der Fahrwerkskinematik neben einer reinen Drehfunktion auch eine axiale Verschiebefunktion aufweisen. Damit kann eine variierende Achslänge abhängig vom Federungszustand ausgeglichen werden.
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Obwohl der Gegenstand im Detail durch Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Lageranordnung
- 4
- Radnabe
- 6
- Antriebswelle
- 8
- Achsschenkel
- 10
- Radflansch
- 12
- Stehbolzen
- 14
- Zentrierring
- 16
- Nabentopf
- 18
- Außenfläche
- 20
- Lauffläche
- 22
- Lauffläche
- 24
- Wälzlager
- 26
- Wälzkörper
- 28
- Innenfläche
- 30
- Lauffläche
- 32
- Laufflläche
- 34
- Innenring
- 36
- Antriebsachse
- 38
- Gleichlaufgelenk
- 40
- Gelenkglocke
- 42
- Gelenkaußenring
- 44
- Lauffläche
- 46
- Wälzkörper
- 48
- Gelenkinnenring
- 50
- Lauffläche
- 52
- Innenverzahnung
- 54
- Zapfen
- 56
- Außenverzahnung
- 58
- Nut
- 60
- Faltenbalg
- 62
- Bohrung
- 64
- Drehpunkt
- 102
- Lageranordnung
- 104
- Radnabe
- 106
- Achsschenkel
- 108
- Wälzlager
- 110
- Radflansch
- 112
- Stummel
- 114
- Gelenkglocke
- 116
- Antriebswelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007016427 A1 [0004]
