DE102014202948B4

DE102014202948B4 - Wälzgenietete Radlageranordnung mit gestuftem Innenring

Info

Publication number: DE102014202948B4
Application number: DE102014202948.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser; Tobias Bauer; Frank EICHELMANN; Roland Langer; Jonas Lang; Ralf Heiss; Markus Reuter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: US20170008339A1; WO2015124125A1; CN106029398B; CN106029398A; KR20160122149A; US9868320B2; DE102014202948A1

Abstract

Radlageranordnung einer Fahrzeugachse mit einem wenigstens zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager (22) zur Lagerung einer durch ein Antriebselement antreibbaren oder einer nicht angetriebenen Radnabe (3), wobei die Wälzkörper (23) des Radlagers (22) in Laufbahnen (24,26) eines ortsfesten Außenrings (25) und der rotierenden Radnabe (30) sowie einem der Radnabe (30) zugeordneten separaten Innenring (27) geführt sind und das Antriebselement über eine Verzahnung mit der Radnabe (30) in einer Wirkverbindung steht, und der Innenring (27) mit einer radial gestuften, zwei zueinander abweichende Innendurchmesser (D1,D2) aufweisenden Innenkontur (28), die in eine komplementär gestaltete Aufnahme (29) der Radnabe (30) eingepasst ist und weiterhin stirnseitig von einem Wälznietbund (31) der Radnabe (30) lagefixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial ausgerichtete Wandung (33) des Innenrings (27) bis auf einen Ringspalt (34) an eine Innenkontur (28) des Außenrings (25) geführt ist und dem Innenring (27) ein Encoder (36) zugeordnet ist, der mit einem ortsfest positionieren Sensor (37) zusammenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlageranordnung einer Fahrzeugachse mit einem wenigstens zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager zur Lagerung einer durch ein Antriebselement antreibbaren oder einer nicht angetriebenen Radnabe, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Radlageranordnungen für Fahrzeugräder umfassen eine rotierende Radnabe, die das Radlager mit dem Fahrzeugrad und der Bremsscheibe sowie bei angetriebenen Rädern zusätzlich mit einem beispielsweise als Gelenkglocke ausgeführten Antriebselement verbindet. Über den ortsfest positionierten Außenring ist das Radlager weiterhin mit einem Radträger des Fahrwerks verbunden. Eine Fixierung des Radlagers an der Radnabe erfolgt insbesondere mittels eines endseitigen Wälznietbundes der Radnabenaufnahme.
Die Radnabe und deren Anbindung an den Radträger sind den über das Fahrzeugrad eingeleiteten Belastungen im Fahrbetrieb unmittelbar ausgesetzt. Daher ist es erforderlich, dass die Radnabe und deren Radlager zuverlässig ausgelegt und mit einer hohen Qualität gefertigt wird.
Der Wälznietbund zur dauerfesten Fixierung des Radlagerinnenrings ermöglicht es, Radlageranordnungen anzubieten, die bereits im Herstellerwerk vorgespannt werden und bei dem Fahrzugkunden direkt an dem Radträger montierbar sind. Damit wird eine fehlerträchtige Montage des Radlagers vermieden, bei der beispielsweise die Vorspannung nicht korrekt eingestellt ist. Da die Vorspannung eines Radlagers für die Lebensdauer entscheidend ist, kann der Wälzlagerhersteller durch den Wälznietbund bzw. die Vernietung die Vorspannung kontrollieren und optimal einstellen und folglich eine weitreichende Garantie für das Produkt geben.
Aus der DE 10 2005 019 731 A1 ist eine Radlageranordnung bekannt, die als Schrägkugellager ausgeführt und mit einem Wälznietbund vorgespannt ist, wobei stirnseitig eine axiale Verzahnung in den Wälznietbund eingebracht ist. Aus der DE 36 36 243 A1 ist eine Radlageranordnung bekannt, bei der die Radnabe und eine Gelenkglocke des Antriebselements mittels einer Paarung von miteinander korrespondierenden Stirnverzahnungen formschlüssig ineinandergreifen, um ein Antriebsmoment zu übertragen. Alternativ zu einer Stirnverzahnung sind Lösungen bekannt, bei denen die Radnabe über eine Radial- oder eine Innenverzahnung mit dem Antriebselement verbunden ist. Die US 2012/0076450 A1 offenbart in 6 eine Radlageranordnung für nicht angetriebene Räder mit einem als zweireihiges Kegelrollenlager ausgeführten Radlager. Ein separater Innenring ist dabei über einen Wälznietbund der Radnabe fixiert.
Die 3 veranschaulicht den Aufbau einer aus der DE 10 2005 009 935 A1 bekannten Radlageranordnung 1, die ein Radlager mit zwei Wälzkörperreihen 5,6 einschließt. Die Wälzkörper sind außenseitig in einem einstückig mit einem Radträger verbundenen Flansch 2 geführt, der die Funktion eines Lagerrings ausübt. Innenseitig ist die erste Wälzkörperreihe 5 an der Radnabe 3 und die weitere Wälzkörperreihe 6 an einem Innenring 4 geführt, der in der Radnabe 3 eingepasst ist. Eine Lagesicherung des Innenrings 4 erfolgt mittels eines Wälznietbundes 9 der Radnabe 3, der sich an der Stirnseite 11 des Innenrings 4 abstützt. Im Einbauzustand steht die Radlageranordnung 1 mit einem Antriebselement (nicht gezeigt) in Wirkverbindung. Dazu ist in dem Wälznietbund 9 der Radnabe 3 stirnseitig eine Verzahnung eingebracht, die beispielsweise formschlüssig in eine Verzahnung einer Gelenkglocke des Antriebselements eingreift.
Die DE 10 2009 051 930 A1 zeigt einen gattungsbildenden Stand der Technik, der eine weitere Radlageranordnung mit einem zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager umfasst. Die Wälzkörper des Radlagers sind außenseitig in Laufbahnen eines ortsfesten Außenrings und innenseitig in Laufbahnen der rotierenden Radnabe sowie einem der Radnabe zugeordneten separaten Innenring geführt. Dabei ist der Innenring mit einer radial gestuften, zwei zueinander abweichende Innendurchmesser aufweisenden Innenkontur in eine komplementär gestaltete Aufnahme der Radnabe eingepasst und stirnseitig von einem Wälznietbund der Radnabe lagefixiert. Das Antriebselement steht über eine Verzahnung mit der Radnabe in einer Wirkverbindung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Konzept für eine flexible, bauraumoptimierte Gestaltung einer einfach zu fertigenden Radlageranordnung zu schaffen, mit dem weiterhin eine verbesserte Bauteilsteifigkeit und optimierte Abdichtung realisierbar ist.
Diese Problemstellung wird durch eine Radlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt, die auf den Anspruch 1 rückbezogen sind.
Gemäß der Erfindung ist eine radial ausgerichtete Wandung des Innenrings bis auf einen Ringspalt an eine Innenkontur des Außenrings geführt. Weiterhin ist dem Innenring ein Encoder zugeordnet, der mit einem ortsfest positionierten Sensor zusammenwirkt, die gemeinsam Teil einer Einrichtung zur Messung von Drehbewegungen des Radlagers sind.
Der Innenring der Radlageranordnung ist radial gestuft ausgeführt, der dabei zwei zueinander abweichende Innendurchmesser aufweist. Im eingebauten Zustand ist der Innenring mit einer komplementär zur Innenkontur des Innenrings gestalteten Aufnahme der Radnabe eingepasst und stirnseitig von einem Wälznietbund der Radnabe lagefixiert.
Die Gestaltung des Innenrings mit einer lokalen innenseitigen Verdickung bewirkt eine vorteilhafte, deutliche Versteifung des Innenrings, der damit einen wirksamen Schutz gegen ein nachteiliges Aufweiten bei der Wälznietung bietet.
Durch den verkürzten Innenring reduziert sich gleichzeitig der erforderliche Bauraum in axialer Richtung der Radnabe. Folglich ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept eine flexible, bauraumoptimierte Gestaltung der Radlageranordnung selbst bei einem vorgegebenen Wälznietdurchmesser oder Verzahnungsdurchmesser einer stirnseitigen Verzahnung der Radnabe. Durch die radiale Versteifung des Innenrings im Bereich des kleinsten Bohrungsdurchmessers kann im Bereich des Außendurchmessers vom Innenring Material entfallen. Der damit geschaffene zusätzliche Bauraum kann genutzt werden, um die Umgebungskonstruktion, beispielsweise die Abdichtung des Radlagers, zu optimieren.
Der verkürzte Innenring gemäß der Erfindung verbessert außerdem vorteilhaft die Bauteilfestigkeit der Radnabe, die gleichzeitig zu einer verbesserten Lagersteifigkeit des Radlagers führt. Die Lagersteifigkeit ist der Widerstand, den das Radlager gegen durch Belastungen hervorgerufene elastische Auslenkungen aufbringt. Die Belastungen während des Fahrzeugbetriebes sind die, die auf das Fahrzeugrad und die dazugehörige Radaufhängung wirken. Je geringer die Lagersteifigkeit, umso mehr führen Belastungen zu Verkippungen des Radsystems, die sich nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges, insbesondere bei Kurvenfahrt, auswirken. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht außerdem die Einbringung einer gewünschten Klemmkraft in den von dem Innenring und dem Wälznietbund der Radnabe gebildeten Verbund. Die in Richtung einer Radlagerinnenzone weisende schlanke und/oder sich verjüngende Spitze des Innenrings bewirkt weiterhin eine gewünschte verbesserte Federfähigkeit des Innenrings. Vorteilhaft ist der kompakte Innenring gemäß der Erfindung einfach zu fertigen und mittels kostengünstiger Maßnahmen sowohl mit einer angetriebenen als auch mit einer nicht angetriebenen bzw. geschleppten Radnabe kombiniert werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der radial verlängerten Wandung des Innenrings und dem Außenring im Bereich des Ringspaltes eine Dichtung eingebracht ist. Damit kann das Radlager wirksam vor einem Eindringen von groben Verunreinigungen geschützt werden. Diese Dichtung kann beispielsweise als ein Dichtungslabyrinth ausgebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Innenring im Einbauzustand mit dem kleinsten Innen- bzw. Bohrungsdurchmesser zu dem Wälznietbund ausgerichtet eingesetzt ist. Bei dieser Einbaulage kann der Innenring vorteilhaft mittels einer Wälznietung gesichert werden, deren Wälznietkopfgröße und Wälznietdurchmesser im Vergleich zu bisherigen Lösungen deutlich auf ein einfach zu fertigendes Maß reduziert werden. Durch den in Richtung des Wälznietbundes massiv und damit steifer ausgebildeten Innenring wird bei der mittels einer taumelnden Bewegung durchgeführten Wälznietung vorteilhaft eine nachteilige Aufweitung des Innenrings verringert. Weiterhin bietet diese Anordnung die Möglichkeit, den Wälznietdurchmesser bzw. den Durchmesser der Stirnverzahnung durch eine Anpassung des wälznietbundseitigen Innenringdurchmessers zu variieren oder auf ein Sollmaß anzupassen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließt die Erfindung zur Abdichtung des Radlagers ein an dem Außenring befestigtes, scheibenartig gestaltetes Abdeckelement ein. Das bevorzugt eng an dem Radlager verlaufende Abdeckelement erstreckt sich bevorzugt innenseitig bis zur Radnabe und übergreift dabei gleichzeitig den zur Fixierung des Innenrings bestimmten Wälznietbund der Radnabe.
Das ein Trägerelement bildende, auch als Deckel zu bezeichnende Abdeckelement kann weiterhin genutzt werden zur Aufnahme eines ortsfest positionierten Sensors, der mit einem Encoder in Wirkverbindung steht. Der Encoder ist bevorzugt an einer vertikal bzw. radial ausgerichteten Wandung des rotierenden Innenrings lagefixiert. Alternativ kann der Sensor separat von dem Abdeckelement angeordnet werden. Dazu eignet sich eine Anbindung am Radträger, wobei der Sensor beabstandet zu dem Abdeckelement mit dem Encoder in Wirkverbindung steht. Der Sensor und der Encoder sind Teil einer Einrichtung zur Messung der Drehbewegungen des Radlagers, die beispielsweise für Radachsen von Nutz- und Personenkraftfahrzeugen eingesetzt werden. Die Einrichtung erfasst oder überwacht beispielweise die Raddrehzahl, die Winkelgeschwindigkeit oder den Weg des Encoders an einem sich bewegenden Teil des Radlagers und folglich des Rades durch den stationär angeordneten Sensor. Die gewonnenen Daten können auf übergeordnete Fahrzeugsicherungs- und Regelsysteme, wie beispielsweise ein Antiblockiersystem (ABS) oder eine elektronische Schlupfregelung (ESR), übertragen werden.
Der erfindungsgemäß spanend oder mittels eines Umformverfahrens hergestellte Innenring kann vorteilhaft mit einer Radnabe kombiniert werden, die über eine Stirnverzahnung, eine radiale Außenverzahnung oder eine Innenverzahnung mit dem Antriebselement formschlüssig verbunden sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Die gezeigten Ausführungsformen zeigen Beispiele von erfindungsgemäßen Lösungen, die jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung darstellen. Dabei zeigt:

1 eine Radlageranordnung mit einem Innenring, der eine radial ausgerichtete, verlängerte Wandung einschließt, die bis auf einen Ringspalt an eine Innenkontur des Außenrings geführt ist und dem ein Encoder zugeordnet ist;
2 eine weitere Radlageranordnung, die ergänzend zu 1 ein stirnseitiges Abdeckelement umfasst; und
3 eine Radlageranordnung gemäß einem bekannten Stand der Technik.

Die 1 und 2 zeigen gegenüber der bekannten und einleitend beschriebenen Radlageranordnung 1 gemäß 3 alternative Ausführungsformen von Radlageranordnungen 21a und 21b einer Fahrzeugachse mit einem wenigstens zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager in Verbindung mit einem erfindungsgemäß gestalteten Innenring 27.
In der 1 ist von einem Radlager 22 der Radlageranordnung 21a nur eine von zwei axial beabstandeten Wälzkörperreihen gezeigt, deren Wälzkörper 23 außenseitig in einer Laufbahn 24 von einem Außenring 25 geführt sind, der bevorzugt drehstarr mit einem Radträger (nicht gezeigt) verbunden ist. Innenseitig sind die Wälzkörper 23 in einer Laufbahn 26 eines erfindungsgemäß ausgebildeten Innenrings 27 geführt. Der Innenring 27 ist mit einer radial gestuften, zwei zueinander abweichende Innendurchmesser D₁, D₂ aufweisenden Innenkontur 28 formschlüssig in einer Aufnahme 29 der Radnabe 30 eingepasst, wobei eine Lagesicherung über einen stirnseitig an dem Innenring 27 abgestützten Wälznietbund 31 der Radnabe 30 erfolgt. Im Einbauzustand ist die Radlageranordnung 21a mittels einer Stirnverzahnung 32 formschlüssig mit einem Antriebselement (nicht gezeigt) verbunden. Der erfindungsgemäß ausgebildete Innenring 27 ist mit dem kleinsten Innendurchmesser D₂ zu dem Wälznietbund 31 ausgerichtet eingebaut. Die lokale innenseitige Verdickung an der Innenkontur 28 bewirkt eine Versteifung und einen Schutz gegen ein Aufweiten des Innenrings 27 bei der Wälznietung zur Ausbildung des Wälznietbundes 31. Andererseits stellt sich durch eine dünnwandige oder schlanke bzw. sich verjüngende Kontur des Innenrings 27 auf der vom Wälznietbund 31 abgewandten Seite eine gewünschte verbesserte Federfähigkeit des Innenrings 27 ein. Der Innenring 27 bildet eine radial verlängerte Wandung 33, die bis auf einen Ringspalt 34 an eine Innenwandung 35 des Außenrings 25 geführt ist. Die Wandung 33 schützt das Radlager 22 beispielsweise vor Eindringen von groben Verunreinigungen. Die Wandung 33 kann weiterhin zur Aufnahme einer Dichtung (nicht gezeigt) genutzt werden, die vorteilhaft ein Dichtungslabyrinth bildet. Weiterhin bietet die Wandung 33 die Möglichkeit, einen Encoder 36 aufzunehmen bzw. zu befestigen, der gemeinsam mit einem in 2 abgebildeten Sensor 37 zusammenwirkt und die Teil einer Einrichtung zur Messung der Drehbewegung des Radlagers 22 sind.
In der 2 ist eine Radlageranordnung 21b gezeigt, die weitestgehend mit der Radlageranordnung 21a gemäß 1 vergleichbar ist. Dabei stimmen die Bezugsziffern für gleiche oder funktionsgleiche Komponenten bzw. Bauteile mit denen der 1 überein. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher weitestgehend auf erfindungswesentliche unterschiedliche Ausgestaltungen.
Die Radlageranordnung 21b gemäß 2 schließt ein an dem Außenring 25 insbesondere stoffschlüssig oder mittels einer Presspassung befestigtes Abdeckelement 38 ein, das sich innenseitig bis zur Radnabe 30 erstreckt und dabei den Wälznietbund 31 überdeckt. Das bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Edelstahl hergestellte Abdeckelement 38 allein für ein nichtangetriebenes Radlager oder in einer Kombination mit einer nachgeordneten Dichtung für ein angetriebenes Radlager ist insbesondere zur Schaffung einer wirksamen Abdichtung des Radlagers 22 vorgesehen. Außerdem kann das Abdeckelement 38 als ein Trägerelement eingesetzt werden, indem dieses eine Aufnahme 39 für den Sensor 37 bildet, der axial eng beabstandet zu dem am Innenring 27 angeordneten Encoder 36 positioniert ist.
Bezugszeichenliste

1: Radlageranordnung
2: Flansch
3: Radnabe
4: Innenring
5: Wälzkörperreihe
6: Wälzkörperreihe
9: Wälznietbund
11: Stirnseite
21a,21b: Radlageranordnung
22: Radlager
23: Wälzkörper
24: Laufbahn
25: Außenring
26: Laufbahn
27: Innenring
28: Innenkontur
29: Aufnahme
30: Radnabe
31: Wälznietbund
32: Stirnverzahnung
33: Wandung
34: Ringspalt
35: Innenwandung
36: Encoder
37: Sensor
38: Abdeckelement
39: Aufnahme

Claims

Radlageranordnung einer Fahrzeugachse mit einem wenigstens zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager (22) zur Lagerung einer durch ein Antriebselement antreibbaren oder einer nicht angetriebenen Radnabe (3), wobei die Wälzkörper (23) des Radlagers (22) in Laufbahnen (24,26) eines ortsfesten Außenrings (25) und der rotierenden Radnabe (30) sowie einem der Radnabe (30) zugeordneten separaten Innenring (27) geführt sind und das Antriebselement über eine Verzahnung mit der Radnabe (30) in einer Wirkverbindung steht, und der Innenring (27) mit einer radial gestuften, zwei zueinander abweichende Innendurchmesser (D₁,D₂) aufweisenden Innenkontur (28), die in eine komplementär gestaltete Aufnahme (29) der Radnabe (30) eingepasst ist und weiterhin stirnseitig von einem Wälznietbund (31) der Radnabe (30) lagefixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial ausgerichtete Wandung (33) des Innenrings (27) bis auf einen Ringspalt (34) an eine Innenkontur (28) des Außenrings (25) geführt ist und dem Innenring (27) ein Encoder (36) zugeordnet ist, der mit einem ortsfest positionieren Sensor (37) zusammenwirkt.
Radlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringspalt (34) zwischen der Wandung (33) des Innenrings (27) und dem Außenring (25) eine Dichtung vorgesehen ist.
Radlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außenring (25) ein scheibenartig gestaltetes Abdeckelement (38) befestigt ist, das den Wälznietbund (31) der Radnabe (30) übergreift oder abdeckt.
Radlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (38) eine Aufnahme (39) für einen Sensor (37) aufweist, der mit einem an dem Innenring (27) angeordneten Encoder (36) zusammenwirkt, die gemeinsam Teil einer Einrichtung zur Messung von Drehbewegungen des Radlagers (22) sind.
Radlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (30) mit dem Antriebselement über eine formschlüssige Stirnverzahnung (32) oder eine Innenverzahnung verbunden ist.