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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Radnabenlager, das mit einer Flanschnabe ausgestattet ist, die eine radiale Versteifung hat. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein verbessertes Radnabenlager, das mit einem Paar von Wälzlagern zum drehbaren Lagern eines Fahrzeugrads an einer Aufhängung ausgestattet ist.
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Solche Anwendungen umfassen sowohl den Fall, bei dem der Außenring der Lager rotierbar ist, während die Innenringe der Lager feststehend sind, als auch den entgegengesetzten Fall, bei dem die Innenringe rotieren und der Außenring feststehend ist. Die Erfindung ist auch für jede Art von Wälzkörpern (Kugeln, Rollen, Kegelrollen, etc.) geeignet. Die Erfindung ist auch auf die nicht-angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs anwendbar.
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Hintergrundtechnik
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Radnabenlager, die mit einer Lagereinheit zum drehbaren Lagern eines Fahrzeugrads an einer Aufhängung ausgestattet sind, sind bekannt und werden allgemein verwendet. Die Lagereinheit weist üblicherweise ein Paar von Wälzlagern auf.
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Gemäß dem Stand der Technik weist das Radnabenlager eine drehbare Nabe auf, die mit einer Verbindung zum Ankoppeln eines rotierenden Elements des Kraftfahrzeugs ausgestattet ist, beispielsweise dem Rad oder der Scheibe eines Bremselements, während die Lagereinheit einen Außenring, ein Paar von Innenringen, von denen einer die Nabe selbst sein kann, und mehrere Wälzkörper, z. B. Kugeln, Rollen oder Kegelrollen, aufweist. Alle diese Komponenten haben eine axiale Symmetrie bezüglich der Rotationsachse der rotierenden Elemente, beispielsweise der Nabe und der Innenringe der Lagereinheit.
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Üblicherweise ist die Nabe so realisiert, dass ihr Gewicht so klein wie möglich ist und hat daher eine innere leichter machende Aussparung. Diese Aussparung kann nicht durch die Achsensymmetrierichtung durchlaufen: eine solche Ausführungsform würde einen unzureichenden strukturellen Widerstand gegenüber den Belastungen darstellen, die auf die Lagereinheit wirken, und gegenüber den entsprechenden Verformungen darstellen.
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Dieser Nachteil wird verhindert, indem die Nabe mit einer radialen Versteifung ausgestattet wird, die in der Praxis die axiale Aussparung in zwei Abschnitte teilt, einen axial außen liegenden, oder in Richtung des Rads oder Bremsscheibe, und einen axial innen liegenden, gegenüberliegend zu dem ersten, in Richtung der Aufhängung des Kraftfahrzeugst. Eine Lösung gemäß dieser bekannten Technik ist in der Patentanmeldung
DE 20 2016 105 889 U1 beschrieben. Gemäß dieser Lösung ist die radiale Versteifung, die darin vorgesehen ist, in einer symmetrischen Position bezüglich dem Paar von Innenringen der Lagereinheit angeordnet und hat eine beträchtliche Dicke, die auf der einen Seite die Struktur ausreichend steif macht, auf der anderen Seite dem gesamten Radnabenlager ein ebenso erhebliches Gewicht gibt, das die Leistungen und den Verbrauch des Fahrzeugs bestraft. Es gibt daher einen Bedarf, ein Radnabenlager zu gestalten, dessen Nabe mit einer radialen Versteifung versehen ist, die nicht die Leistung der gesamten Gruppe und dementsprechend des Kraftfahrzeugs bestraft.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radnabenlager für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, das mit einer Flanschnabe, die im Gegenzug mit einer radialen Versteifung mit dünner Dicke ausgestattet ist, und einer Lagereinheit ausgestattet ist, die einen Außenring, ein Paar von Innenringen, von denen der axial äußere Innenring aus derselben Nabe besteht, während der axial innere Innenring ein getrenntes Element ist, das an der Nabe befestigt ist, und mehrere Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, aufweist. Die drehbare Flanschnabe ist mit einem Nicht-Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs verbunden. Die radiale Versteifung der Nabe wirkt als eine vertikale Stütze, die die Radseite und die Achsträger trennt. Diese Stütze verstärkt und stützt Lasten, die auf das Lager während Betriebsbedingungen wirken. Die Erfindung erreicht ihre Aufgabe, die ist, die Minimaldicke der Wand der Nabenaussparung in der axial außenliegenden Richtung, oder in Richtung des Rads, durch den Formvorgang hindurch zu erhalten, ohne die Leistungsanforderungen, die durch den Fahrzeughersteller erfordert werden, zu beeinträchtigen. In anderen Worten ist es gemäß der Erfindung möglich, ein Leichtgewicht-Radnabenlager zu erhalten, das zur selben Zeit erlaubt, dass die Lagereinheit die gewünschte Leistung hinsichtlich der Lebensdauer erreicht.
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Der Vorteil gemäß der Erfindung ist, das geringstmögliche Material zuzuführen, indem eine Flanschnabe entworfen wird, die leichter, aber fähig ist, den radial inneren Ring, der darauf befestigt ist, dank eines Abschnitts zu tragen, der mit ausreichend Material versehen ist und genau an einem solchen Innenring angeordnet ist.
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Die Erzielung dieser Aufgaben wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung erreicht, indem die radiale Versteifung an der Mittellinie des radial inneren Ringsitzes, der an der Nabe befestigt ist, positioniert wird. Die Fehlausrichtung bezüglich der Mittellinie muss in den Grenzen von ± 25 % der Länge des Sitzes des radial inneren Rings an der Nabe sein. Auf diese Weise wurde ein erhebliches Erhöhen in der Anzahl der Lebensdauerzyklen erhalten, die von dem Radnabenlager erhalten werden können.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann die Dicke der radialen Versteifung, die erhalten wird, indem die Nabenaussparung an der axial innen liegenden Seite durch Schmieden oder durch Spanabnahme hergestellt wird, von 2,5 bis 5,5 mm, abhängig von der beabsichtigten Anwendung, variieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Innenprofil der Aussparung der axial innen liegenden Nabe, oder das, welches zu dem Sitz des radial inneren Rings korrespondiert, mit einem bestimmten Profil hergestellt werden, das einen ersten Krümmungsradius, einen linearen Abschnitt gemäß einer schrägen Richtung und einen zweiten Krümmungsradius aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Lebensdauer der Gruppe weiter zu verbessern, während das geringstmögliche Material zugefügt wird. In der Praxis ist es durch die Vorgehensweise möglich, eine strukturelle Verstärkung, eine Art von Dreiecksabschnitt, in Übereinstimmung mit der radial inneren Ring-Naben-Schnittstelle zu erzeugen, die sehr gut die Lasten stützt, die durch die Lagereinheit hindurch übertragen werden.
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Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Radnabenlager bereitgestellt, das mit einer Flanschnabe mit einer dünnen radialen Versteifung versehen ist, das die Eigenschaften hat, die in dem unabhängigen Anspruch, der an die vorliegende Beschreibung angehängt ist, dargelegt sind.
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Weitere bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind gemäß den Eigenschaften beschrieben, die in den angehängten abhängigen Ansprüchen dargelegt sind.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die einige nicht beschränkende Ausführungsformen davon darstellen, in denen:
- 1 ein Querschnitt eines Radnabenlagers, das mit einer Flanschnabe mit einer dünnen radialen Versteifung ausgestattet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und
- 2 ein Schnitt der Flanschnabe von 1 ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Durch ein nicht-beschränkendes Beispiel wird die vorliegende Erfindung nun mit Bezugnahme auf ein Radnabenlager für Kraftfahrzeuge, das mit einem Wälzlager ausgestattet ist, beschrieben.
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Mit Bezugnahme auf 1 und 2 ist ein Radnabenlager gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als ein Ganzes mit 10 angegeben. Die Figur zeigt ein Detail der beispielhaften Ausgestaltung.
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Das Radnabenlager 10 hat eine Mittelrotationsachse X und weist eine Nabe 20, die vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, rotierbar ist, und eine Lagereinheit 30 auf, die im Gegenzug aufweist:
- - einen radial äußeren Ring 31, der vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, feststehend ist,
- - einen radial inneren Ring 20, der durch die Nabe 20 definiert ist,
- - einen weiteren radial inneren Ring 34, der rotierbar auf der Nabe 20 befestigt ist und integral mit der Nabe 20 ist;
- - zwei Reihen von Wälzkörpern 32, 33, in diesem Beispiel Kugeln, die zwischen dem radial äußeren Ring 31 und den radial inneren Ringen 20 und 34 angeordnet sind; und
- - zwei Käfige 39 und 40, um die Wälzkörper der Wälzkörperreihen 32, 33 in Position zu halten.
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Durch die vorliegende Beschreibung und die Ansprüche hindurch beziehen sich die Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen angeben, wie beispielsweise „radial“ und „axial“, auf die Mittelrotationsachse X der Lagereinheit 30. Ausdrücke wie beispielsweise „axial außen liegend“ und „axial innen liegend“ beziehen sich stattdessen auf den befestigten Zustand des Radnabenlagers und sie beziehen sich in diesem Fall vorzugsweise auf eine Radseite bzw. auf eine Seite gegenüberliegend zu der Radseite. Der radial äußere Ring 31 ist mit zwei jeweiligen radial äußeren Laufbahnen 31' ausgestattet, während die radial inneren Ringe 20, 34 mit jeweiligen radial inneren Laufbahnen 20', 34' ausgestattet sind, um die Rotation der Wälzkörperreihe 32, axial äußere, die zwischen dem radial äußeren Ring 31 und der Nabe 30 angeordnet ist, und der Wälzkörperreihe 33, axial innere, zwischen dem radial äußeren Ring 31 und dem radial inneren Ring 34 zu ermöglichen. Für die Einfachheit der grafischen Darstellung werden die Bezugszeichen 32, 33 sowohl den einzelnen Kugeln als auch den Kugelreihen zugeordnet. Wiederum der Einfachheit wegen kann der Begriff „Kugel“ in einer beispielhaften Weise in der vorliegenden Beschreibung und in den begleitenden Zeichnungen statt des allgemeineren Begriffs „Wälzkörper“ verwendet werden (und dieselben Bezugszeichen werden auch verwendet).
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Die Nabe 20 definiert an ihrem axial inneren Ende eine Walzkante 22, die dazu ausgebildet ist, den Innenring 34 axial vorzuspannen. Die Nabe 20 hat auch einen axial äußeren Flanschabschnitt 23. Der Flanschabschnitt hat mehrere axiale Befestigungslöcher 24. Diese Löcher sind die Sitze für dieselbe Anzahl von Befestigungsmitteln (beispielsweise Gewindebolzen, in der Figur nicht gezeigt), die in einer bekannten Weise ein Element des Kraftfahrzeugrads, beispielsweise das nicht-angetriebene Rad oder die Bremsscheibe (auch bekannter Art und in der Figur nicht gezeigt) mit der Nabe 20 verbinden. Die Nabe 20 ist mit einer dünnen radialen Versteifung 25 ausgestattet, deren Eigenschaften, die den Kern der Erfindung darstellen, hierin später besser beschrieben sind.
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Das Radnabenlager 10 kann auch mit Dichtmitteln 50 zum Abdichten der Lagereinheit von der Außenumgebung ausgestattet sein. Des Weiteren kann das Radnabenlager auch mit Vorrichtungen zum Detektieren eines Parameters des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Rings 34 der Lagereinheit 30, beispielsweise einem Kodierer 60, wie in 1 gezeigt ist, ausgestattet sein.
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Mit Bezugnahme auch auf 2 sind die Eigenschaften der Flanschnabe mit der radialen Versteifung 25 einer dünnen Dicke gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die radiale Versteifung 25, wie sie in 2 gezeigt ist, ist zwischen einer ersten axial äußeren Aussparung 29 der Nabe 20 und einer zweiten axial innen liegenden Aussparung 27 derselben Nabe 20 angeordnet. Vorteilhafterweise können beide Aussparungen durch Schmieden oder durch Spanabnahme hergestellt sein.
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Wie erwähnt, wirkt die radiale Versteifung 25 der Nabe als eine vertikale Stütze, die verstärkt und die Lasten, die auf das Lager während Betriebsbedingungen wirken, stützt. Der Vorteil gemäß der Erfindung ist der, dass das geringstmögliche Material zugefügt wird, indem eine Nabe 20 entworfen wird, die leichter ist, aber fähig ist, den radial inneren Ring 34, der an ihr befestigt ist, dank eines Abschnitts, der mit ausreichend Material versehen ist und genau in Übereinstimmung mit diesem Innenring bemessen ist, zu tragen.
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Tatsächlich ist die radiale Versteifung 25 der Nabe 20 in Übereinstimmung mit dem Sitz 26 des radialen inneren Rings 34 an der Nabe 20 positioniert, wobei der Sitz durch seine Länge „1“ definiert ist. Vorteilhafterweise kann die radiale Versteifung 25 genau an der Mittellinie, definiert durch die Y-Achse, des Sitzes 26 des radial inneren Rings 34, der an der Nabe 20 befestigt ist, positioniert werden. In jedem Fall muss die Fehlausrichtung der radialen Versteifung 25 bezüglich des Sitzes 26 des radial inneren Rings 34 an der Nabe 20 (die Fehlausrichtung „d“ ist als der Abstand zwischen der Mittellinien-Achse Y des Sitzes 26 des radial inneren Rings 34 und der Mittellinien-Achse Z der radialen Versteifung 25 definiert) in den Grenzen von ± 25 % der Länge „l“ des Sitzes 26 des radial inneren Rings 34 an der Nabe 20 enthalten sein. Auf diese Weise haben sowohl die analytischen Vorhersagen, die mittels CAE-Instrumenten durchgeführt wurden, und die experimentellen Beweise gezeigt, dass diese Lösung einen erheblichen Anstieg in der Anzahl von Lebensdauerzyklen, die von dem Radnabenlager erhalten werden können, ermöglicht.
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Vorteilhafterweise kann die axiale Dicke „s“ der radialen Versteifung 25, die, wie erwähnt, durch das Herstellen der Aussparung 27 der Nabe 20 an der axial innen liegenden Seite durch Schmieden oder durch Spanabnahme, erhalten wird, von 2,5 bis 5 mm variieren, abhängig von der beabsichtigten Anwendung. Der Minimalwert der axialen Dicke „s“ ist durch technologische Beschränkungen begrenzt. In jedem Fall ist der Maximalwert der Dicke „s“ jedoch signifikant niedriger als die aktuellen Lösungen, bei denen die Werte der Dicke der radialen Versteifung 6,5 mm überschreiten. Ein guter Kompromiss wird durch Festsetzen des Werts der axialen Dicke „s“ der radialen Versteifung 25 gleich 3 mm erhalten, der bereits die technologische Machbarkeit und die Erreichung der gewünschten Leistung demonstriert hat.
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Vorzugsweise kann das Innenprofil der axial innen liegenden Aussparung 27 der Nabe 20, in Übereinstimmung mit dem Sitz 26 des radial inneren Rings 34, statt gemäß dem Stand der Technik mittels eines einzigen Biegeradius hergestellt zu werden, in einer Weise hergestellt werden, um zu enthalten: einen ersten Abschnitt 27', der durch einen ersten Krümmungsradius „r1“ definiert ist; einen zweiten Abschnitt 27", der durch einen linearen Abschnitt „t“ gemäß einer schrägen Richtung definiert ist; einen dritten Abschnitt 27''', der durch einen zweiten Biegeradius „r2“ definiert ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, die Lebensdauer der Gruppe weiter zu verbessern, während das geringstmögliche Material zugefügt wird. In der Praxis ist es auf diese Weise möglich, eine strukturelle Stärkung, eine Art von Dreiecksabschnitt 28, in Übereinstimmung mit der Schnittstelle Nabe 20-radial innerer Ring 34, zu erzeugen, die die Lasten, die durch die Lagereinheit 30 hindurch übertragen werden, gut trägt.
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Zusätzlich zu der Ausführungsform der Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, ist zu verstehen, dass zahlreiche weitere Varianten existieren. Es muss auch verstanden werden, dass solche Ausführungsformen nur beispielhaft sind und weder den Schutzumfang der Erfindung noch ihre Anwendungen noch ihre möglichen Ausgestaltungen begrenzen. Im Gegenteil, obwohl die obige Beschreibung es für den Fachmann möglich macht, die vorliegende Erfindung zumindest gemäß einem Ausführungsbeispiel davon zu implementieren, muss verstanden werden, dass viele Variationen der beschriebenen Komponenten denkbar sind, ohne dadurch von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen, die wörtlich und/oder gemäß ihren rechtlichen Äquivalenten interpretiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202016105889 U1 [0006]
