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Die Erfindung betrifft einen Radflansch mit einer Rotationsachse für ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Anschlusselement zum Anbinden eines Rads, wobei das Anschlusselement eine Stirnverzahnung und eine Zentralbohrung aufweist;
- - ein Gelenkgehäuse mit einer zu der Stirnverzahnung des Anschlusselements korrespondierenden Gegenstirnverzahnung und mit einer zentralen Gewindeaufnahme;
- - eine Zentralschraube mit einem Schraubenkopf, wobei die Zentralschraube in der Gewindeaufnahme des Gelenkgehäuses verschraubt ist,
- - ein Elastomerelement.
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Der Radflansch ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement eine derartige Außenkontur aufweist und die Zentralbohrung eine derartige korrespondierende Innenkontur aufweist, dass das Elastomerelement eine radiale Anlagefläche mit einer axialen Erstreckung aufweist und in der Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung mit der Gegenstirnverzahnung derart gestaucht ist, dass das Elastomerelement über zumindest einen Teil der axialen Erstreckung einen radialen Druck auf die Innenkontur aufbringt.
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Aus dem Stand der Technik sind Radnaben-Anordnungen für ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeugs bekannt. Beispielsweise ist in der
DE 10 2005 054 283 A1 ein Radnaben-Drehgelenk-Anordnung mit Stirnverzahnung bekannt (vergleiche
1). Mittels einer solchen Radnaben-Drehgelenk-Anordnung soll eine Drehmomentübertragung bei gleichzeitig, beispielsweise für einen Federweg eines Federbeins, gelenkiger Aufhängung des Rads ermöglicht sein, also beispielsweise für ein Rad einer angetriebenen Vorderachse eines Personenkraftwagens. Die Radnaben-Anordnung umfasst ein separates Bauteil, den Radflansch oder die Radnabe, welches mit dem Drehgelenk axial verschraubt ist. Um eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen, ist eine Stirnverzahnung vorgesehen, welche mit einer korrespondierenden Gegenstirnverzahnung in drehmomentübertragenden Eingriff, das heißt in Zahn-in-Lücke-Position, gebracht ist. Das Drehgelenk oder Gleichlaufdrehgelenk beziehungsweise dessen Gelenkaußenteil wird auch als Gelenkgehäuse oder als Schwenkglocke bezeichnet.
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Bei der Montage, bei welcher oftmals die Zahnpaarung aus Stirnverzahnung und Gegenstirnverzahnung für den Monteur nicht sichtbar ist, kommt es vor, dass die Zahnpaarung mit Zahn-auf-Zahn-Position miteinander in Kontakt gebracht werden. Aufgrund der relativ geringen Zahnhöhe beziehungsweise Eingriffshöhe von wenigen Millimetern, beispielsweise 2 mm [zwei Millimeter], erkennt der Monteur nicht ohne Weiteres, ob die Zahnpaarung miteinander in Eingriff gebracht worden ist, oder nur in Zahn-auf-Zahn-Position verschraubt worden ist. Damit ergibt sich die Gefahr, dass die Zähne beschädigt werden und/oder dass die Fixierkraft der Schraube nach unter Betriebsbedingungen in die Zahn-in-Zahn-Position überführte Zahnpaarung zu gering ist, sodass sich die Schraube lösen kann. Um dies zu vermeiden, ist eine aufwendige Nachkontrolle notwendig.
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Aus der
DE 10 2007 057 047 A1 ist ein Verfahren zum Zusammenbau eines Radnaben-Bauteils mit einem hiermit über eine Stirnverzahnung drehfest verbundenen Wellengelenk-Bauteil und entsprechende Verbindungsanordnung bekannt. Dabei ist die Verbindungsschraube über ein Federelement abgestützt, dessen möglicher Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung nicht geringer als die Höhe der Zähne der Stirnverzahnung ist. Dies ermöglicht ein Verfahren zum Zusammenbauen dieses Radnaben-Bauteils, bei welchem die Verbindungsschraube, die über das Federelement abgestützt ist, in einem ersten Schritt nur mit einem geringen Drehmoment angezogen wird, um im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Position der Stirnverzahnung mittels Anlegen eines Drehmoments oder selbsttätig unter Einwirkung des Federelementes eine Zahn-in-Lücke-Position in der Stirnverzahnung herzustellen, und dass erst nach einer zeitlichen Unterbrechung das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Schraubverbindung mit einem hohen Drehmoment erfolgt. In der zeitlichen Unterbrechung sollte vorschlagsgemäß ein Rüttelmoment angelegt werden, um eine Relativbewegung in die Zahn-in-Lücke-Position zu unterstützen.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 217 755 A1 offenbart eine Kupplungsanordnung mit zwei Kupplungselementen, die jeweils eine Stirnverzahnung aufweisen, wobei wenigstens eine Stirnverzahnung ein verformbares Element aufweist, das beim Zusammenführen der Kupplungselemente sich derart an der Verzahnung der Gegenverzahnung abstützt, dass durch ein Verbiegen des verformbaren Elements ein resultierendes Drehmoment erzeugt wird, so dass sich die Kupplungselemente relativ zueinander drehen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft einen Radflansch mit einer Rotationsachse für ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Anschlusselement zum Anbinden eines Rads, wobei das Anschlusselement eine Stirnverzahnung und eine Zentralbohrung aufweist;
- - ein Gelenkgehäuse mit einer zu der Stirnverzahnung des Anschlusselements korrespondierenden Gegenstirnverzahnung und mit einer zentralen Gewindeaufnahme;
- - eine Zentralschraube mit einem Schraubenkopf, wobei die Zentralschraube in der Zentralbohrung des Anschlusselements angeordnet und in der Gewindeaufnahme des Gelenkgehäuses verschraubt ist,
- - ein Elastomerelement, welches zwischen dem Schraubenkopf der Zentralschraube und dem Anschlusselement angeordnet ist und in einer Zahn-auf-Zahn-Position der Stirnverzahnung mit der Gegenstirnverzahnung über einen axialen Federweg derart stauchbar ist, dass das Elastomerelement eine axiale Federkraft aufbringt,
wobei mittels des Schraubenkopfs der Zentralschraube über das Elastomerelement eine der Federkraft entgegen gerichtete vorbestimmte axiale Fixierkraft zum Verbinden von dem Anschlusselement mit dem Gelenkgehäuse vorgehalten ist, wobei mittels der Fixierkraft die Stirnverzahnung des Anschlusselements und die Gegenstirnverzahnung des Gelenkgehäuses in einer Zahn-in-Lücke-Position gehalten und somit miteinander in drehmomentübertragenden Eingriff gebracht sind.
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Der Radflansch ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement eine derartige Außenkontur aufweist und die Zentralbohrung eine derartige korrespondierende Innenkontur aufweist, dass das Elastomerelement eine radiale Anlagefläche mit einer axialen Erstreckung aufweist und in der Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung mit der Gegenstirnverzahnung derart gestaucht ist, dass das Elastomerelement über zumindest einen Teil der axialen Erstreckung einen radialen Druck auf die Innenkontur aufbringt.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden.
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Der Radflansch ist zum Anbinden eines Rads, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, eingerichtet. Bevorzugt ist der Radflansch für eine angetriebene Radachse eingerichtet. Alternativ ist der Radflansch auch für eine mitgezogene Radachse einsetzbar. Bevorzugt ist zudem der Radflansch für eine Drehmomentübertragung eingerichtet. Alternativ ist lediglich eine Verdrehungssicherung zwischen Radflansch und Gelenkgehäuse mittels der Zahnpaarung aus Stirnverzahnung des Radflanschs und der Gegenstirnverzahnung des Gelenkgehäuses eingerichtet.
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Der Radflansch ist im Betrieb zu einer Rotationsachse ausgewuchtet, wobei die Rotationsachse der Radachse koaxial ausgerichtet ist. Beispielsweise ist der Radflansch rotationssymmetrisch oder zumindest masseausgeglichen für eine Rotation um die Rotationsachse ausgeführt.
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Der Radflansch weist ein Anschlusselement mit Radanschlüssen zum Anbinden eines Rads auf. Ein solches Rad ist beispielsweise mittels einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Schrauben mit dem Radflansch verbindbar.
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Das Anschlusselement weist weiterhin eine Stirnverzahnung auf, welche dazu eingerichtet ist, mit einer korrespondierenden Gegenstirnverzahnung des Gelenkgehäuses drehfest und drehmomentübertragend in Eingriff gebracht zu werden, indem die Zähne einer solchen Zahnpaarung in axiale Überlappung miteinander gebracht werden und zwar über eine vorbestimmte axiale Eingriffshöhe. Diese Position wird als die Zahn-in-Zahn-Position bezeichnet. Zum Halten der Zahnpaarung in Eingriff, also einem axialen Halten des Anschlusselements an dem Gelenkgehäuse, ist eine Zentralbohrung vorgesehen, durch welche eine Zentralschraube hindurchführbar und in einer entsprechenden Gewindeaufnahme des Gelenkgehäuses einschraubbar ist.
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Der Radflansch, beispielsweise das Anschlusselement, bildet in einer bevorzugten Ausführungsform zugleich als einstückig gebildeter Innenring eine Laufbahn für Wälzkörper und/oder einen Lagersitz für eine (zumindest teilweise separate), bevorzugt angestellte, Wälzlageranordnung mittels welcher das Rad über einen Radträger beziehungsweise (bei einer lenkbaren Radachse) über ein Schwenklager aufgehängt ist.
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Das Gelenkgehäuse ist für ein Drehgelenk eingerichtet, mittels dessen ein Drehmoment von einer AntriebsWelle auf den Radflansch übertragbar ist. Dazu weist das Gelenkgehäuse bevorzugt orbitale Laufbahnen für Wälzkugeln auf, sodass ein Drehmoment mittels einer zu dem Radflansch geneigten Welle auf das Gelenkgehäuse übertragbar ist. Um wiederum dieses von dem Gelenkgehäuse aufgenommene Drehmoment auf den Radflansch zu übertragen, weist das Gelenkgehäuse die korrespondierende Gegenstirnverzahnung auf, über welche der Radflansch und das Gelenkgehäuse miteinander drehmomentübertragend verbunden sind. Die dazu notwendige axiale Fixierkraft wird von einer Zentralschraube bereitgehalten, welche durch die Zentralbohrung des Anschlusselements hindurch in eine Gewindeaufnahme des Gelenkgehäuses einschraubbar ist. Die Zentralschraube leitet ihre Fixierkraft mittels ihres Schraubenkopfs auf das Anschlusselement, wobei in einer Ausführungsform eine Scheibe und/oder ein anderes Zwischenelement vorgesehen ist.
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Hier ist nun weiterhin ein Elastomerelement vorgesehen, welches zwischen dem Schraubenkopf beziehungsweise einem gegebenenfalls dort vorgesehenen Zwischenelement und dem Anschlusselement angeordnet ist. Beim Anziehen der Zentralschraube wird das Elastomerelement gestaucht und erzeugt so eine axiale Federkraft, welche hin zu dem Schraubenkopf der gewünschten axialen Fixierkraft entgegengerichtet ist, aber hin zu dem Anschlusselement in gleicher axialer Richtung wirkt. Dadurch wird das Gelenkgehäuse mittels dieser Federkraft hin zu dem (im Montagezustand axial fixierten) Anschlusselement gezogen. Der Vorteil dieses Elastomerelements ist ein weiter Bereich einer geringen Axialkraft, beispielsweise einer maximalen Federkraft von 50 N [fünfzig Newton] bis 600 N, im Vergleich zu der notwendigen Fixierkraft, beispielsweise von 50 kN [fünfzig Kilonewton] bis 100 kN, und einem im Vergleich zu der Zentralschraube deutlich flacheren Kraftanstieg, beispielsweise von 120 N/mm [zweihundertfünfzig Newton pro Millimeter] bei dem Elastomerelement gegenüber nicht selten auch deutlich mehr als 500 kN/mm [fünfhundert Kilonewton pro Millimeter] bei der Zentralschraube. Würde direkt die Zentralsschraube ohne Elastomerelement angezogen, könnte der Augenblick, in welchem eine Kraft bei Zahn-auf Zahn-Position noch ausreichend gering ist, um das Vermeiden einer Beschädigung der Zähne zu gewährleisten, und doch die Zähne schon ausreichend nah und in Zahn-auf-Zahn-Position zumindest spielfrei zueinander geführt sind, dass eine relative Positionierung zum Überführen in eine Zahn-in-Lücke-Position festgelegt werden kann, nur schwerlich abpassbar.
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Das Elastomerelement weist eine Außenkontur auf, welche mit einer korrespondierenden Innenkontur in der Zentralbohrung derart zusammenwirkt, dass das Elastomerelement mit seiner Außenkontur zumindest teilweise an der Innenkontur der Zentralbohrung anliegt, wenn die Zentralschraube mit einem vorbestimmten Anziehmoment, also mit vorbestimmter Fixierkraft, auf das Anschlusselement einwirkt, und sich die Stirnverzahnung und Gegenstirnverzahnung miteinander in Zahn-in-Lücke-Position befinden. Dies ist der Endmontagezustand. Das Elastomerelement ist dabei derart stark axial eingefedert, beispielsweise auf Block gebracht, dass dadurch ein Anschlag des Anschlusselements freigegeben ist, sodass die Fixierkraft parallel zu dem Elastomerelement über diesen Anschlag direkt in das Anschlusselement eingeleitet wird. Das Elastomerelement ist in dieser Variante also derart eingebaut, dass dieses den Schraubenkopf der Zentralschraube um den Betrag eines überwindbaren Federwegs von dem Anschlag beabstandet. Sobald das Elastomerelement um den Betrag des vorbestimmten Federwegs eingefedert ist, liegt der Schraubenkopf an dem nun erreichten Anschlag an.
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Beim Einfedern des Elastomerelements weicht das Material des Elastomerelements nach radial außen (und unter Umständen auch nach radial innen) aus, sodass ein radialer Druck auf die Innenkontur des Anschlusselements ausgeübt wird. Daraus resultierend wird eine axiale Reibkraft auf das Anschlusselement übertragen, mittels welcher die Federkraft auf das Anschlusselement übertragen wird. Der Schraubenkopf befindet sich hierbei nicht in Kontakt mit dem Anschlusselement oder lediglich in kraftlosem Kontakt oder in Kontakt mit einer Kraft, welche nicht größer als die aktuell anliegende Federkraft des Elastomerelements ist.
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Ob das Elastomerelement ausreichend eingefedert ist, ist beispielsweise dadurch sichtbar, dass die Zentralschraube mit ihrem Schraubenkopf nun mit geringem Spiel zu einem Axialanschlag des Anschlusselements beabstandet ist oder gerade mit diesem Axialanschlag in Kontakt gebracht ist. Alternativ ist ein Zwischenanziehmoment vorgegeben, beispielsweise von etwa 10 Nm [zehn Newtonmeter] bis 50 Nm, auf welches ein Werkzeug limitiert ist, welches der vorbestimmten Federkraft entspricht. In diesem Zustand nun kann beispielsweise das Gelenkgehäuse oder das Anschlusselement relativ zum jeweils anderen Verzahnungspartner verdreht werden, sodass sich das Anschlusselement relativ zum Gelenkgehäuse so weit verdreht, dass (bei axial fixiertem Anschlusselement) das Gelenkgehäuse von einer Zahn-auf-Zahn-Position in eine Zahn-in-Lücke-Position gezogen wird. Die dabei maximal anliegende vorbestimmte Federkraft des Elastomerelements erzeugt eine so geringe Belastung an der Zahnpaarung, dass diese resultierende Druckkraft oder (beim relativen Verdrehen) Reibkraft nicht zu einer Beschädigung der Zahnpaarung führt. Dennoch reicht die verbleibende Axialkraft bei sachgerechter Montage aus, um zu verhindern, dass die Stirnverzahnung und die Gegenstirnverzahnung der Zahnpaarung wieder in eine Zahn-auf-Zahn-Position überführt wird. Die Kräfte sind also bei diesem Vorgang derart gering, dass an dieser Zahnpaarung keine Beschädigung auftritt.
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Nach Abschluss des Anziehens, also wenn der Endzustand erreicht ist, bei welchem die vorbestimmte Fixierkraft erreicht ist, liegt das Elastomerelement noch immer an der Innenkontur der Zentralbohrung an und bewirkt einen radialen Druck auf zumindest einen Teil (-abschnitt) der Innenkontur. Damit ist eine Krafteinleitung über die gesamte Zeit des Montagevorgangs sichergestellt. Zudem wird eine günstige Belastung des Elastomerelements erreicht, indem das Elastomerelement außenseitig gestützt und somit komprimiert wird. Aufgrund dieser Belastung kann ein weiches Elastomer beziehungsweise thermoplastisches Elastomer eingesetzt werden, womit sich eine weiche Federkennlinie realisieren lässt, und damit ein langsamer Kraftanstieg. Als radialer Druck wird hierbei ein Druck verstanden, welcher bezogen auf die Rotationsachse eine radiale Vektorkomponente umfasst.
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Ein vorteilhafter Werkstoff für das Elastomerelement ist beispielsweise ein Gummi, beispielsweise ein Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, bevorzugt NBR 70.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Radflanschs weist das Elastomerelement zumindest ein Radialelement auf und die Zentralbohrung weist eine zu dem Radialelement korrespondierende Sicherungselement auf, wobei das Radialelement und das Sicherungselement eine verliersichere Vormontage des Elastomerelements in der Zentralbohrung ermöglichen.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform weist das Elastomerelement ein Radialelement auf, beispielsweise ein sich radial nach außen erstreckender Vorsprung, sodass das Elastomerelement mit einem korrespondierenden Sicherungselement, beispielsweise eine Nut, der Zentralbohrung formschlüssig einbringbar ist. Damit ist das Elastomerelement in der Zentralbohrung vormontierbar und zwar in der Art, dass es zumindest vor einem Herausfallen, also Verlieren, beim Transport oder bei der Handhabung bei der Montage gesichert ist.
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Alternativ oder ergänzend ist das Elastomerelement mit einem radialen Übermaß ausgestattet, sodass das Elastomerelement mit der Innenkontur eine Presspassung bildet und somit, allein oder zusätzlich zu dem Zusammenwirken von Radialelement und Sicherungselement, reibbehaftet in der Zentralbohrung vormontierbar ist.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform weist das Elastomerelement zudem ein Innenelement, beispielsweise ein Vorsprung, auf, welches mit einem entsprechenden Schraubensicherungselement, beispielsweise einer konventionellen Einschnürung, beispielsweise beim Übergang von dem Schraubenkopf zum Schraubenschaft, formschlüssig einrastbar ist, sodass das Elastomerelement (alternativ oder ergänzend) auf der Zentralschraube vormontierbar ist.
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In einer Ausführungsform ist das Radialelement und/oder das Innenelement als Nut ausgeführt und die Zentralbohrung beziehungsweise die Zentralschraube weist einen korrespondierenden Vorsprung zum Eingreifen in diese Nut auf.
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Das Radialelement und/oder der Innenvorsprung sind umlaufend geschlossen oder unterbrochen ausgebildet, beispielsweise als Mehrzahl von Noppen, und die korrespondierende Sicherungsnut ist umlaufend geschlossen und/oder korrespondierend, bei Noppen also umlaufend geschlossen oder entsprechend unterbrochen, ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Radflanschs bildet die Zentralbohrung eine konusförmige Anschlagkontur, mittels welcher allein der axiale Einschub des Elastomerelements begrenzt ist.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform weist die Zentralbohrung eine konusförmige Anschlagkontur auf, welche sich von der Eingangsseite der Zentralbohrung hin zum Gelenkgehäuse verjüngt, und welche allein den axialen Einschub des Elastomerelements begrenzt. Das heißt, dass kein (weiterer) axialer Anschlag gebildet ist. Es ist vor allem kein axialer Anschlag gebildet, welcher in einer Ebene ausgerichtet ist, zu welcher die Rotationsachse normal ausgerichtet ist. Vielmehr ist allein die konusförmige Anschlagkontur vorgesehen, welcher somit die einzige Aufnahmefläche für eine axiale Kraft bildet. Die einleitbare Kraft ist mit einer axialen Vektorkomponente hin zu der Stirnverzahnung geneigt zu der Rotationsachse ausgerichtet.
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Diese konusförmige Anschlagkontur bewirkt, dass sich das Elastomerelement axial staucht, aber zugleich radial gegen die konusförmige Anschlagkontur selbst radial ausdehnt. Die axial auf das Elastomerelement einwirkende Lagerkraft ist damit zudem über eine vergrößerte Fläche verteilt, sodass die Flächenpressung im Vergleich zu einem axialen Kontakt auf Stoß verringert ist. Außerdem wird die Last gleichmäßiger in das Elastomerelement eingeleitet, sodass sich nicht ein kurzer anschlagseitiger (hochbelasteter) Wulst im Bereich der Stoßfläche bildet, sondern die resultierende radiale Ausdehnung über einen langen axialen Bereich, bevorzugt über die gesamte axiale Erstreckung des Elastomerelements, erzeugt wird.
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Darüber hinaus hat diese konusförmige Anschlagkontur den Vorteil, dass der radiale Druck auf die Innenkontur von Anfang an, also im (nahezu) unbelasteten Vormontagezustand, in das Elastomerelement eingeleitet wird und kontinuierlich zunimmt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform erlaubt die konusförmige Anschlagkontur ein relatives axiales Verrutschen des Elastomerelements relativ zu der Zentralbohrung, wenn die Zentralschraube angezogen wird. Dadurch ist der resultierende Gesamtfederweg bei gleichbleibender oder sanfter ansteigender Federkraft verlängert. Die resultierende Gesamtfederkraft ergibt sich dabei aus der Superposition von Stauchung des Elastomerelements und Gleitreibung zwischen Außenkontur des Elastomerelements und Innenkontur der Zentralbohrung. Die konusförmige Anschlagkontur bewirkt oder verstärkt dabei eine progressive Zunahme der Federkennlinie.
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Das Elastomerelement weist gemäß einer Ausführungsform eine korrespondierende Konusform auf, wobei das Elastomerelement mit Spiel oder mit Presspassung mit einem leichten Übermaß in die Innenkontur der Zentralbohrung einführbar ist. In einer anderen Ausführungsform wird die Konusform erst durch Einführen des Elastomerelements in die Innenkontur mit dem konusförmigen Anschlagkontur aufgezwungen beziehungsweise ein Konuswinkel des Elastomerelements verstärkt.
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Bevorzugt schließt sich in Einführrichtung, also hin zu der Stirnverzahnung, axial vor der konusförmigen Anschlagkontur ein zylindrischer Abschnitt an. Der korrespondierende Abschnitt des Elastomerelements dehnt sich infolge eines Stauchens zwischen dem Schraubenkopf der Zentralschraube und dem Anschlusselement bevorzugt radial nach außen, besonders bevorzugt wulstartig, aus. Damit liegt ein rein radialer Druck zwischen Innenkontur und Außenkontur vor.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Radflanschs weisen die Stirnverzahnung und die Gegenstirnverzahnung eine Eingriffshöhe auf, und der maximale axiale Federweg des Elastomerelements ist geringer als, bevorzugt halb so groß wie, die Eingriffshöhe.
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Der Federweg des Elastomerelements ist bei dieser Ausführungsform geringer als die Eingriffshöhe der Zahnpaarung aus Stirnverzahnung und Gegenstirnverzahnung. Das heißt also, dass das Elastomerelement schon früher auf Block gebracht ist als dass die Zahnpaarung in die gewünschte Zahn-in-Lücke-Position überführt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform liegt ein axialer Gesamtfederweg infolge eines relativen Verrutschens des Elastomerelements gegenüber der Innenkontur der Zentralbohrung wie oben beschrieben vor. Hierbei ist der Gesamtfederweg, welcher sich aus einem axialen Verrutschen und der axialen Stauchung des Elastomerelements ergibt, gleich oder größer als die Eingriffshöhe der Zahnpaarung ist. Das Elastomerelement selbst aber ist axial um deutlich weniger axial stauchbar, also seine axiale Länge und weniger veränderbar, als der Betrag der Eingriffshöhe der Zahnpaarung.
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Beispielsweise ist der axiale Federweg des Elastomerelements lediglich halb so groß wie die Eingriffshöhe. Bei einer Eingriffshöhe von beispielsweise 2 mm [zwei Millimeter] ist der axiale Federweg des Elastomerelements nur 1 mm. Gemäß einer Ausführungsform ist der axiale Gesamtfederweg, welcher sich aus dem Zusammenwirken des Elastomerelements mit der konusförmigen Anschlagkontur der Zentralbohrung ergibt, gleich groß, beispielsweise 2 mm, oder größer als die Eingriffshöhe. In einer bevorzugten Ausführungsform ist auch der axiale Gesamtfederweg betragsmäßig geringer als die Eingriffshöhe der Zahnpaarung.
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Der Gesamtfederweg, ob mit oder ohne axiale Verrutschen, kann deshalb geringer als die Eingriffshöhe sein, weil hier lediglich bewirkt werden muss, dass eine Axialkraft auf die Zahnpaarung einwirkt, welche ausreicht, um die Zahnpaarung aus einer (unerwünschten) Zahn-auf-Zahn-Position in eine (erwünschte) Zahn-in-Lücke-Position zu überführen, wobei zugleich die Axialkraft gering genug ist, um eine Beschädigung der Zahnpaarung infolge dieses Vorgangs zu vermeiden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Radflanschs bildet das Elastomerelement in Zahn-in-Lücke-Position ein Dichtelement, welches mit der Innenkontur der Zentralbohrung und mit dem Schraubenkopf der Zentralschraube jeweils Dichtflächen bildet, sodass die Zentralbohrung schraubenkopfseitig abgedichtet ist.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform bildet das Elastomerelement zugleich ein Dichtelement, welches die Zentralbohrung mittels Anliegen an zumindest einem Teil (-abschnitt) der Innenkontur der Zentralbohrung und, bevorzugt unmittelbares Anliegen ohne Zwischenelement an, dem Schraubenkopf gegen Spritzwasser und Eindringen von Schmutz abdichtet. Damit können nachgelagerte und/oder vorgelagerte Dichtelemente entfallen und vor allem auf dynamische Dichtungen verzichtet werden.
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Hierbei ist das Elastomerelement derart eingerichtet, dass es mit einer für einen gewünschten radialen Druck zum Dichten ausreichenden Axialkraft belastet ist, wenn das Anschlusselement und das Gelenkgehäuse mit der vorbestimmten Fixierkraft miteinander montiert sind und die Zahnpaarung in Zahn-in-Lücke-Position überführt ist. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Axialkraft von dem Schraubenkopf allein über das Elastomerelement in das Anschlusselement eingeleitet wird. In einer alternativen Ausführungsform gibt das Elastomerelement erst nach Erreichen einer ausreichenden Verformung des Elastomerelements für die gewünschte Dichtfunktion einen Anschlag des Anschlusselements für einen unmittelbaren Kontakt mit der Zentralschraube frei. In letzterem Falle ist ein paralleler Kraftverlauf eingerichtet, wobei ein ausreichender Anteil zur entsprechenden Stauchung des Elastomerelements über das Elastomerelement in die entsprechende Innenkontur des Anschlusselements geleitet wird und der übrige Anteil der Fixierkraft über den Anschlag direkt in das Anschlusselement geleitet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Radflanschs ist das Elastomerelement in Zahn-in-Lücke-Position zwischen der Zentralbohrung und der Zentralschraube radial eingeklemmt.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist das Elastomerelement radial derart gedehnt oder verformt, beispielsweise nach radial innen gekrümmt, dass es zwischen der Innenwandung der Zentralbohrung, beispielsweise einem von der Innenkontur abweichenden Axialabschnitt, und der Zentralschraube eingeklemmt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Elastomerelement im Betrieb, also beispielsweise den extremen Belastungen an einem Radlager eines Kraftfahrzeugs, nicht (übermäßig) axial wandert oder gar in das Gelenkgehäuse gelangt. Unter einem eingeklemmten Zustand des Elastomerelements ist auch zu verstehen, dass das Elastomerelement in der Zahn-in-Lücke-Position axial in die Zentralbohrung derart eingeschoben ist, dass es sich nach radial innen zur Zentralschraube krümmt und dadurch sich selbst an einer weiteren axialen Bewegung hindert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Montageverfahren für einen Radflansch nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, aufweisend zumindest die folgenden Schritte:
- a. Nach Einbringen von Zentralschraube und Elastomerelement in die Zentralbohrung des Anschlusselements, Einschrauben der Zentralschraube in die Gewindeaufnahme des Gelenkgehäuses;
- b. Blockieren des Gelenkgehäuses gegen Rotation um die Rotationsachse und gegen Schwenken quer zu der Rotationsachse; und
- c. nach Schritt a. und b., Anziehen der Zentralschraube bis Erreichen eines vorbestimmten Anziehmoments für die vorbestimmte axiale Fixierkraft, wobei infolge des radialen Anliegens von dem Elastomerelement an der Zentralbohrung sich eine axiale Federkraft aufbaut.
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Das hier vorgeschlagenen Montageverfahren unter Verwendung des Radflanschs wie er oben beschrieben, ermöglicht eine einfache Montage. Es ist dabei nicht notwendig, Vibrationen, beispielsweise ein Rüttelmoment, einzuleiten, um sicherzustellen, dass die Stirnverzahnung des Anschlusselements mit der Gegenstirnverzahnung des Gelenkgehäuses in Zahn-in-Lücke-Position überführt wird. Lediglich ein relatives Verdrehen des Gelenkgehäuses relativ zu dem Anschlusselement ist notwendig, wobei bevorzugt das Verdrehen von Hand, also mit sehr geringen Kräften, durchführbar ist.
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Der Schritt b. wird üblicherweise vor dem Einschrauben der Zentralschraube im Schritt a. durchgeführt. Alternativ wird Schritt b. anschließend an ein Vorfixieren mittels Gewindefindung und/oder Voranziehen der Zentralschraube in der Gewindeaufnahme des Gelenkgehäuses ausgeführt.
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Wird hier davon geredet, dass das Anziehen der Zentralschraube vibrationsfrei durchführbar ist, so ist ein vibrationsbehaftetes Anziehen nicht unschädlich. Eine Vibartion ist für ein erfolgreiches Durchführen des Montageverfahrens, bei welchem die Zahnpaarung in die Zahn-in-Lücke-Position überführt ist, nicht notwendig.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Montageverfahrens für einen Radflansch ausgeführt als Dichtelement, wobei das Elastomerelement nach Abschluss von Schritt c. als Dichtelement die Zentralbohrung abdichtet.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform wird im Endzustand nach Abschluss des Montageverfahrens auf das Elastomerelement dauerhaft eine zumindest so große Axialkraft aufgebracht, dass das Elastomerelement als Dichtelement die Zentralbohrung gegen Eindringen von Spritzwasser und Schmutz zufriedenstellend abdichtet. Für weitere Details wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die vorhergehende Beschreibung zu dem Radflansch und die nachfolgende Beschreibung Merkmale enthält, welche auch der Erläuterung des Montageverfahrens dienen und daher zur Ergänzung und Erläuterung des Montagverfahrens herangezogen werden können.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein konventioneller Radflansch im Schnitt;
- 2: ein Radflansch im Schnitt mit einer ersten Variante des Elastomerelements;
- Fig: 3: ein Ausschnitt eines Radialelements eines Elastomerelements in einer ersten Sicherungsnut;
- 4: ein Radflansch im Schnitt mit einer zweiten Variante des Elastomerelements;
- Fig: 5: ein Ausschnitt eines Radialelements eines Elastomerelements in einer zweiten Sicherungsnut; und
- 6: ein Kraftfahrzeug mit Radflansch an den Rädern.
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In
1 ist ein konventioneller Radflansch 29 gezeigt wie er beispielsweise in der
DE 10 2005 054 283 A1 offenbart ist, bei welchem ein konventionelles Anschlusselement 31 mittels einer konventionellen Zentralschraube 33 in einer Gewindeaufnahme 10 eines Gelenkgehäuses 8 derart verschraubt ist, dass eine Stirnverzahnung 6 des konventionellen Anschlusselements 31 mit einer Gegenstirnverzahnung 9 des Gelenkgehäuses 8 derart in Eingriff gebracht ist, dass ein Drehmoment um die Rotationsachse 2 von dem Gelenkgehäuse 8 auf das konventionelle Anschlusselement 31 übertragbar ist. Das konventionelle Anschlusselement 31 umfasst Radanschlüsse 39, an welchen beispielsweise eine Radfelge, beispielsweise mittels Schrauben, befestigbar ist. Weiterhin bildet das Anschlusselement 31 hier einen Lagersitz für ein Wälzlager, hier eine verspannte Schrägkugellageranordnung 40, beispielsweise zur Aufnahme des Radflanschs mittels eines Radträgers. Dadurch ist der konventionelle Radflansch 29 um die Rotationsachse 2 rotierbar gelagert. Die konventionelle Zentralschraube 33 ist hierbei in eine konventionelle Zentralbohrung 32 eingeführt, und überträgt in dieser Ausführungsform mittels eines konventionellen Schraubenkopfes 34 und eine Zwischenscheibe 35 eine axiale Fixierkraft 16 auf das konventionelle Anschlusselement 31. Unterhalb der Rotationsachse 2 ist eine Ausführungsform mit einem konventionellen Federelement 30 gezeigt, und oberhalb der Rotationsachse 2 ist eine Variante ohne Federelement gezeigt. Das konventionelle Federelement 30 ist dabei derart eingerichtet, dass es zwischen dem konventionellen Schraubenkopf 34 und dem Gelenkgehäuse 8 wirkt und somit eine konventionelle Federkraft 41 auf das Gelenkgehäuse aufbringt. Der hier gezeigte konventionelle Radflansch 29 ist an für eine angetriebene Radachse eingerichtet, wobei das Gelenkgehäuse 8 ein drehmomentübertragendes Drehgelenk umfasst.
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In 2 ist ein Radflansch 1 gezeigt, von welchem hier lediglich das Anschlusselement 4 und die Zentralschraube 11 dargestellt sind. Das nicht dargestellte Gelenkgehäuse 8 ist beispielsweise mit entsprechenden Anpassungen wie in 1 dargestellt ausgeführt. Die Zentralschraube 11 ist ähnlich wie in 1 dargestellt mit einer Gewindeaufnahme 10 mit einem Gelenkgehäuse 8 verschraubbar, sodass die Stirnverzahnung 6 mit einer Gegenstirnverzahnung 9, wie in 1 zu erkennen, in Eingriff bringbar ist. Die Zentralschraube 11 ist koaxial mit der Rotationsachse 2 in eine Zentralbohrung 7 eingeführt, wobei der Schraubenkopf 12 (zunächst, also in einem losen Zustand beziehungsweise in einer Zahn-auf-Zahn-Position) an einem Elastomerelement 13 kraftübertragend abgestützt ist. Das Elastomerelement 13 wiederum ist mit seiner Außenkontur 17 mit einer korrespondierenden Innenkontur 18 der Zentralbohrung 7 in kraftübertragenden Kontakt gebracht. Wird nun die Zentralschraube 11 (in die Gewindeaufnahme 10 eingeschraubt; vergleiche 1) angezogen, so wird das Elastomerelement 13 um einen axialen Federweg 14 verformt, sodass dessen axiale Erstreckung 20 verkürzt wird. Der axiale Federweg 14 ist hier zur Verdeutlichung überproportional groß dargestellt und bevorzugt kleiner als die Eingriffshöhe 26, welche beispielsweise in etwa der Zahnhöhe der Stirnverzahnung 6 entspricht. Folgend aus dem Anziehen der Zentralschraube 11 wird eine axiale Federkraft 15 erzeugt, welche auf die Stirnverzahnung 6 derart einwirkt, dass das Anschlusselement 4 und/oder das Gelenkgehäuse 8 bei Anliegen der relativ geringen axialen Federkraft 15 derart, bevorzugt von Hand, verdrehbar ist, dass es von einer (unerwünschten) Zahn-auf-Zahn-Position in eine (erwünschte) Zahn-in-Lücke-Position rutschend überführbar ist, ohne dass die Zähne der Zahnpaarung beschädigt werden.
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Das hier dargestellte Elastomerelement weist eine Konusform auf, wobei diese Form mittels der konusförmigen Anschlagkontur 25 der Innenkontur 18 der Zentralbohrung 7 lediglich aufgezwungen ist oder eine bereits in nicht-belastetem Zustand vorliegende Form des Elastomerelements 13 darstellt. Aus der axialen Belastung des Elastomerelements 13 resultiert ein Druck mit radialer Vektorkomponente 21 auf die Innenkontur 18 der Zentralbohrung 7 im Bereich der axialen Erstreckung 20. Damit ist eine axiale Reibkraft zwischen dem Elastomerelement 13 und dem Anschlusselement 4 übertragbar. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Elastomerelement 13 zudem als Dichtelement ausgeführt und bildet bei der Innenkontur 18 eine erste Dichtfläche 27 und bei dem Schraubenkopf 12 eine zweite Dichtfläche 28. Weiterhin weist das hier gezeigte Elastomerelement 13 optional ein Radialelement 22 auf, welches in ein (erstes), hier als Nut ausgeführtes, Sicherungselement 23 derart einbringbar ist, dass das Elastomerelement 13 vor Einbringen der Zentralschraube 11 in die Zentralbohrung 7 verliersicher vormontierbar ist. In vorliegender Ausführungsform wird die axiale Fixierkraft 16 von der angezogenen Zentralschrauben 11 nach Überwinden des Federwegs 14 des Elastomerelements 13 mit ihrem Schraubenkopf 12 direkt mit dem Anschlusselement 4 in kraftübertragenden Kontakt gebracht. Damit wird die axiale Fixierkraft 16 zum deutlich größeren Teil unmittelbar in das Anschlusselement 4 und nur ein geringer Teil, etwa in Höhe der axialen Federkraft 15, mittelbar über das Elastomerelement 13 in das Anschlusselement 4 eingeleitet und auf die Stirnverzahnung 6 übertragen. Das Anschlusselement 4 ist im Übrigen wie ein konventionelles Anschlusselement 31 ausgeführt, beispielsweise wie es in 1 gezeigt ist.
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In 3 ist das Radialelement 22 des Elastomerelements 13 im Detail gezeigt, wie es in das, hier als Nut ausgebildete, Sicherungselement 23 des Anschlusselements 4 eingeführt ist. Das Sicherungselement 23 ist hier mit einer axialen Überlänge derart ausgeführt, dass eine axiale Relativbewegung von dem Elastomerelement 13 gegenüber dem Anschlusselement 4 ermöglicht ist, ohne dass dem ein Formschluss zwischen Radialelement22 und Sicherungselement 23 entgegensteht. Hierdurch ist der Gesamtfederweg aus dem Zusammenspiel von dem Elastomerelement 13 und der im Anschlusselement 4 ermöglicht. Weiterhin ist hier dargestellt, dass die Außenkontur 17 des Elastomerelements 13 sich mit der Innenkontur 18 bei einer radialen Anlagefläche 19 überschneidet, sodass also eine Presspassung gebildet ist.
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In 4 ist eine Variante gegenüber der Ausführungsform in 2 dargestellt, wobei sich hier lediglich die Art der Verlierersicherung, also das Radialelement 22 und das (zweite) Sicherungselement 24 von der dortigen Variante mit dem (ersten) Sicherungselement 23 unterscheiden. Dies wird im Detail in 5 dargestellt und nachfolgend erläutert. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zur 2 verwiesen.
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In 5 ist ein alternatives Radialelement 22 des Elastomerelements 13 dargestellt, welches ebenfalls ergänzend zu dem Radialelement 22 gemäß 3 eingesetzt werden kann. Das hier gezeigte Radialelement 22 ist hier endseitig des Elastomerelements 13 in ein (zweites), als Hinterschnitt ausgeführtes, Sicherungselement 24 am stirnverzahnungsseitigen Abschluss der konusförmigen Anschlagkontur 25 gebildet. Auch hierbei ist eine axiale Relativbewegung zwischen dem Elastomerelement 13 und der dem Anschlusselement 4 dadurch nicht unterbunden.
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In 6 ist rein schematisch ein Kraftfahrzeug 3 in Draufsicht gezeigt, welches vier Räder 5 aufweist, welche hier allesamt mittels eines Radflansch 1 rotierbar und vorne zudem lenkbar, aufgehängt sind. Die Hinterachse 38 ist hierbei starr ausgeführt, sodass oftmals hier ein weniger aufwändiger Radflansch eingesetzt wird. Bei der Vorderachse ist eine Spurstange beziehungsweise Lenkstange 37 vorgesehen, welche über ein Lenkrad 36 derart betätigbar ist, dass die Vorderräder 5 schwenkbar sind.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Elastomerelement für einen Radflansch ist eine kostengünstige Alternative zu einer konventionellen Montagefeder geschaffen, wobei das Montageverfahren deutlich vereinfacht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radflansch
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Anschlusselement
- 5
- Rad
- 6
- Stirnverzahnung
- 7
- Zentralbohrung
- 8
- Gelenkgehäuse
- 9
- Gegenstirnverzahnung
- 10
- Gewindeaufnahme
- 11
- Zentralschraube
- 12
- Schraubenkopf
- 13
- Elastomerelement
- 14
- axialer Federweg
- 15
- Federkraft
- 16
- Fixierkraft
- 17
- Außenkontur
- 18
- Innenkontur
- 19
- radiale Anlagefläche
- 20
- axiale Erstreckung
- 21
- radialer Druck
- 22
- Radialelement
- 23
- erste Sicherungsnut
- 24
- zweite Sicherungsnut
- 25
- konusförmige Anschlagkontur
- 26
- Eingriffshöhe
- 27
- erste Dichtfläche
- 28
- zweite Dichtfläche
- 29
- konventioneller Radflansch
- 30
- konventionelles Federelement
- 31
- konventionelles Anschlusselement
- 32
- konventionelle Zentralbohrung
- 33
- konventionelle Zentralschraube
- 34
- konventioneller Schraubenkopf
- 35
- Zwischenscheibe
- 36
- Lenkrad
- 37
- Lenkstange
- 38
- Hinterachse
- 39
- Radanschluss
- 40
- Lageranordnung
- 41
- konventionelle Federkraft
