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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Vorspannen eines an einer Radnabe eines Kraftfahrzeugs montierten Radlagers bei einer demontierten Antriebswelle. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anpassung eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung einer Prüfung auf einem Prüfstand mit durch den Prüfstand angetriebenen Fahrzeugrädern.
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Ein Kraftfahrzeug weist jeweils ein Radlager je Fahrzeugrad auf. Das Radlager ist üblicherweise zwischen einer Radaufhängungskomponente und einer Radnabe angeordnet, so dass die Radnabe über das Radlager drehbar an der Radaufhängungskomponente gelagert ist. Das Radlager muss im Betrieb des Kraftfahrzeugs axial vorgespannt sein, um die gewünschte Tragfähigkeit und die geforderte Lebensdauer bereitzustellen. Die Vorspannung an einer angetriebenen Achse erfolgt üblicherweise durch die Montage einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle eine Schulter aufweist, welche axial an einem Lagerring, insbesondere einem geteilten Lagerring anliegt. Bei der Montage der Antriebswelle wird diese an einer ersten Stirnseite in eine an der Radnabe ausgebildete, zentrale Aufnahmebohrung eingesteckt und mittels einer an einer zweiten Stirnseite der Radnabe in die Durchgangsöffnung eingesteckte und in die Antriebswelle eingeschraubte Schraube an der Radnabe fixiert. Dabei kann durch die Wahl des Anzugmoments der Schraube die Vorspannung des Radlagers eingestellt werden. Eine derartige Montage des Radlagers wird beispielsweise in der
DE 11 2004 002 295 T5 offenbart. Auch in der
DE 10 2007 005 160 A1 wird eine derartige Montage eines Radlagers eines Lastkraftwagens offenbart, wobei hier insbesondere eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Lagervorspannung beschrieben wird.
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Bei gewissen Prüfungen des Kraftfahrzeugs auf einem Prüfstand wird die Antriebsachse des Kraftfahrzeugs extern durch den Prüfstand angetrieben. Eine derartige Prüfung ist beispielsweise eine Untersuchung der Aerodynamik des Kraftfahrzeugs in einem Windkanal, wobei beispielsweise die Umströmung der sich drehenden Fahrzeugräder untersucht wird.
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Dadurch, dass die durch den Prüfstand angetriebenen Fahrzeugräder mit dem gesamten Antriebsstrang oder zumindest mit einem Teil des Antriebsstrangs verbunden sind, wird der Antriebsstrang durch das externe Antreiben der Fahrzeugräder mitbewegt. Dies kann zu einer Beschädigung des Antriebsstrangs führen. Deshalb wird üblicherweise der Antriebsstrang von der Radnabe getrennt, indem die Antriebswelle demontiert wird. Problematisch bei einer Demontage der Antriebswelle ist, dass die Funktionsweise der durch die Antriebswelle vorgespannten Radlager nicht mehr gewährleistet werden kann, da die Radlager durch das Demontieren der Antriebswelle nicht mehr vorgespannt sind.
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Daher ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache sowie kosten- und zeitsparende Möglichkeit zum Vorspannen des Radlagers bei einer demontierten Antriebswelle bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Spannvorrichtung gemäß des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Spannvorrichtung umfasst ein Grundelement, welches stangenartig ausgeführt ist. Das stangenartige Grundelement weist, vorzugsweise an einem ersten Axialende, einen Radialvorsprung auf. Der Radialvorsprung bildet damit einen radial von einem stangenartigen Abschnitt des Grundelements hervorstehenden Kragen aus. Das Grundelement umfasst weiterhin ein am stangenartigen Abschnitt ausgebildetes und vom Radialvorsprung axial beabstandetes Gewinde.
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Die Spannvorrichtung weist außerdem ein Spannelement auf, welches ein zum am Grundelement vorgesehenen Gewinde komplementäres Gegengewinde umfasst. Vorzugsweise ist das an dem Grundelement vorgesehene Gewinde als Außengewinde und das an dem Spannelement vorgesehene Gewinde als Innengewinde ausgeführt. Alternativ könnte das Gewinde auch ein Innengewinde und das Gegengewinde ein Außengewinde sein.
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Bei der Montage der Spannvorrichtung an dem Kraftfahrzeug wird das Grundelement bei einer demontierten Antriebswelle zunächst durch die Durchgangsöffnung der Radnabe gesteckt. Dabei ist der Radialvorsprung an einer ersten Stirnseite der Radnabe angeordnet. Anschließend wird das Spannelement an einer zweiten Stirnseite der Radnabe auf das Grundelement aufgeschraubt. Durch das fortschreitende Aufschrauben des Spannelements auf das Grundelement wird er Abstand zwischen dem Radialvorsprung und dem Spannelement immer weiter reduziert. Am Ende des Schraubvorgangs liegt der Radialvorsprung an einem Lagerring des Radlagers axial an und das Spannelement an der zweiten Stirnseite der Radnabe an. Durch das anschließende Anziehen des Spannelements wird die Vorspannung des Radlagers erzeugt und eingestellt. Alternativ kann auch das Spannelement an dem Innenring des Radlagers axial anliegen und der Radialvorsprung kann an der zweiten Stirnseite der Radnabe axial anliegen.
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Auf diese Weise können die Radlager einer Antriebsachse auch bei einer demontierten Antriebswelle durch jeweils eine Spannvorrichtung vorgespannt werden und dadurch eine Funktionsweise der Radlager gewährleistet werden.
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Vorzugsweise weist das Grundelement eine Gewindestange und eine auf die Gewindestange aufgeschraubte und angeschweißte Schraubenmutter auf, wobei die Schraubenmutter den Radialvorsprung bildet. Dadurch kann das Grundelement auf eine einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden, wobei ausschließlich Bauteile verwendet werden, welche mit großen Stückzahlen produziert werden und damit kostengünstig sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an der Schraubenmutter eine Scheibe zur Erhöhung der radialen Erstreckung des Radialvorsprungs angeordnet. Durch die Erhöhung der radialen Erstreckung kann der Auflagekontakt zwischen der Radnabe und dem Grundelement bzw. zwischen dem Radlager und dem Grundelement vergrößert werden und dadurch die Flächenpressung reduziert werden.
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Vorzugsweise ist das Spannelement eine Schraubenmutter, wodurch das Spannelement auf eine einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an der Schraubenmutter eine Scheibe zur Erhöhung der Radialerstreckung befestigt. Dadurch kann der Auflagekontakt zwischen der Radnabe und dem Spannelement bzw. zwischen dem Radlager und dem Spannelement vergrößert werden und dadurch die Flächenpressung reduziert werden.
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Vorzugsweise ist an der Schraubenmutter eine Zentrierhülse befestigt, wobei das Spannelement über die Zentrierhülse in der Aufnahmebohrung der Radnabe zentrierbar ist. Die Aufnahmebohrung der Radnabe weist üblicherweise einen um ein Vielfaches größeren Durchmesser als der im montierten Zustand in der Aufnahmebohrung angeordnete, stangenartige Abschnitt des Grundelements auf. Die Zentrierhülse dient damit der Zentrierung der Spannvorrichtung in der Aufnahmebohrung, wodurch die Vorspannung des Radlagers und damit die Funktionsweise des Radlagers bei und insbesondere nach der Prüfung gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe wird außerdem durch ein Kraftfahrzeug mit einer Radnabe gelöst, welche über ein Radlager drehbar an einer Radaufhängungskomponente 18 gelagert ist.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Anpassung eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung einer Prüfung auf einem Prüfstand mit durch den Prüfstand angetriebenen Fahrzeugrädern gelöst, wobei eine Antriebswelle des Kraftfahrzeugs demontiert wird und an den durch den Prüfstand angetriebenen Fahrzeugrädern jeweils die Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 montiert wird.
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Zu den Vorteilen des Kraftfahrzeugs und des Verfahrens wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
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Damit können die Radlager auch bei einer demontierten Antriebswelle durch jeweils eine einfache und kostengünstige Spannvorrichtung vorgespannt werden und dadurch eine Funktionsweise der Radlager bei der Prüfung gewährleistet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt eine Aufnahme eines Fahrzeugrades in Schnittansicht, und
- 2 zeigt eine Spannvorrichtung in Frontansicht.
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Die 1 offenbart eine Aufnahme 10 eines in der 1 nicht gezeigten Fahrzeugrades. Die Aufnahme 10 umfasst eine Radnabe 12, welche zur Montage eines Fahrzeugrades mehrere Durchgangsbohrungen 16 mit jeweils einem Innengewinde aufweist. Dabei kann jeweils eine Radschraube durch eine entsprechende, am Fahrzeugrad vorgesehene Durchgangsöffnung durchgesteckt und in die Durchgangsbohrung 16 eingeschraubt werden. An der Radnabe 12 ist außerdem eine Bremsscheibe 14 befestigt.
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Die Radnabe 12 ist über ein Radlager 30 an einer Radaufhängungskomponente 18 drehbar gelagert, wobei das Radlager 30 als ein zweireihiges Rillenkugellager ausgeführt ist, welches einen Innenring 31, einen Außenring 36 und zwei, nebeneinander angeordnete, durch einen Käfig 45 geführte Wälzkörperreihen 41, 43 aufweist. Der Innenring 31 ist axial zweigeteilt und weist ein erstes Innenringelement 32 und ein zweites Innenringelement 34 auf, wobei zwischen den beiden Innenringelementen 32, 34 ein Spalt 33 vorliegt, wobei die Spaltbreite des Spalts 33 je nach Vorspannung des Radlagers 30 variiert.
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Zur Aufnahme des Radlagers 30 und der Radnabe 12 weist die Radaufhängungskomponente 18 eine Durchgangsbohrung 19 auf, in welche die Radnabe 12 mit einem Axialendabschnitt eingreift. Radial zwischen einer Außenumfangsfläche des Axialabschnitts der Radnabe 12 und einer Innenumfangsfläche der Radaufhängungskomponente 18 ist das Radlager 30 angeordnet, wobei das Radlager 30 über den Außenring 36 radial an der Radaufhängungskomponente 18 anliegt und über den zweigeteilten Innenring 31 an der Radnabe 12 anliegt. Der Außenring 36 ist in Axialrichtung derart an der Radaufhängungskomponente 18 fixiert, dass der Außenring 36 mit einem ersten Axialende an einem an der Radaufhängungskomponente 18 ausgebildeten und als Anschlag dienenden Radialvorsprung 39 axial anliegt und an einem zweiten Axialende an einem Sicherungsring 37 axial anliegt. Der Innenring 31 liegt mit einem ersten Axialende, d.h. mit dem ersten Innenringelement 32 an einem an der Radnabe 12 ausgebildeten Anschlag 38 axial an. An einem zweiten Axialende, d.h. am zweiten Innenringelement 34, überragt der Innenring 31, d.h. das zweite Innenringelement 34 die Radnabe 12, axial.
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Um den ordnungsgemäßen Betrieb des Radlagers 30 über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten, muss das Radlager 30 vorgespannt sein. Dies erfolgt durch eine Antriebswelle 20, welche an der Radnabe 12 befestigt ist. Hierbei weist die Antriebswelle 20 einen Axialabschnitt auf, welcher in die Radnabe 12 eingreift, wobei der Axialabschnitt eine Sacklochbohrung 44 mit einem Innengewinde aufweist. Die Befestigung der Antriebswelle 20 an der Radnabe 12 erfolgt durch eine Schraube 40, welche von einer dem Radlager 30 abgewandten Seite der Radnabe 12 in die Sacklochbohrung 44 eingeschraubt wird, wobei der Schraubenkopf 46 axial an der Radnabe 12 anliegt.
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Die Vorspannung des Radlagers 30 erfolgt durch das Anziehen der Schraube 40. Dabei liegt ein Radialabsatz 35 der Antriebswelle 20 axial an dem über das Axialende der Radnabe 12 axial herausragenden, zweiten Innenringelement 34 an. Durch das Anziehen der Schraube 40 wird der Abstand zwischen dem Schraubenkopf 46 und dem Radialabsatz 35 der Abtriebswelle 20 derart reduziert, dass das zweite Innenringelement 34 des Radlagers 30 axial belastet wird und das Radlager 30 vorgespannt wird.
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Bei gewissen Prüfungen des Kraftfahrzeugs auf einem Prüfstand werden die Fahrzeugräder durch den Prüfstand angetrieben, wobei zur Vermeidung von Beschädigungen an einem über die Antriebswelle 20 mit den Fahrzeugräder verbundenen Antriebsstrang die Fahrzeugräder von der Antriebswelle 20 entkoppelt werden müssen. Dies wird durch das Demontieren der Antriebswelle 20 erzielt. Die Demontage der Antriebswelle 20 führt jedoch zu einer Aufhebung der Vorspannung des Radlagers 30, wobei bei nicht vorgespannten Radlagern 30 die Gefahr einer Beschädigung des Radlagers 30 bei der Prüfung erheblich erhöht wird bzw. eine ordnungsgemäße Nutzung der Radlager 30 nicht mehr gegeben ist.
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Zur Vorspannung des Radlagers 30 bei einer demontierten Antriebswelle 20 wird eine in 2 gezeigte Spannvorrichtung 50 verwendet. Es sollte klar sein, dass bei einer demontierten Antriebswelle 20 an jede Radnabe 12 einer Antriebsachse jeweils eine Spannvorrichtung 50 montiert werden muss.
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Die Spannvorrichtung 50 weist ein Grundelement 52 und ein Spannelement 54 auf.
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Das Grundelement 52 umfasst einen stangenartigen Abschnitt 53 und einen Radialvorsprung 57. Der stangenartige Abschnitt 53 ist durch eine Gewindestange 55 mit einem Gewinde 59 ausgeführt und der Radialvorsprung 57 ist als auf eine der Gewindestange 55 aufgeschraubte Schraubenmutter 56 ausgeführt. Die Schraubenmutter 56 ist auf die Gewindestange 55 aufgeschraubt und an einem ersten Axialende der Gewindestange 55 mit der Gewindestange 55 verschweißt, so dass die Schraubenmutter 56 unlösbar mit der Gewindestange 55 verbunden ist. Weiterhin umfasst das Grundelement 52 eine Scheibe 58, welche an der Schraubenmutter 56 angeordnet und ggfs. mit der Schraubenmutter 56 bzw. der Gewindestange 55 unlösbar verbunden ist.
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Das Spannelement 54 weist eine Schraubenmutter 60 auf, welche mit einer Scheibe 62 verschweißt ist. Das Spannelement 54 weist außerdem eine Zentrierhülse 64 auf, welche mit der Scheibe 62 verbunden ist, so dass die Schraubenmutter 60, die Scheibe 62 und die Zentrierhülse 64 eine gemeinsame Einheit bilden. Die Schraubenmutter 60 ist an einem zweiten Axialende der Gewindestange 55 auf die Gewindestange 55 aufschraubbar.
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Bei einer Montage der Spannvorrichtung 50 an der Radnabe 12 wird das Grundelement 52 ausgehend von der dem Radlager 30 abgewandten Seite in die Aufnahmebohrung 42 der Radnabe 12 eingesteckt, wobei das Grundelement 52 so weit in die Aufnahmebohrung 42 eingeschoben wird, bis die Scheibe 58 an der dem Radlager 30 abgewandten Seite der Radnabe 12, an welcher bei einer montierten Antriebswelle 20 der Schraubenkopf 46 der Schraube 40 anliegt, anliegt. Anschließend wird die Zentrierhülse 64 des Spannelements 54 in den Innenring 31 des Radlagers 30 eingeführt und die Schraubenmutter 60 auf die Gewindestange 55 aufgeschraubt. Beim Aufschrauben der Schraubenmutter 60 auf die Gewindestange 55 kommt die Scheibe 62 zur axialen Anlage an dem über die Radnabe 12 überragenden Innenringelement 34. Durch das anschließende Anziehen der Schraubenmutter 60 mit einem definierten Drehmoment wird das Radlager 30 vorgespannt.
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Anschließend kann die Prüfung des Kraftfahrzeugs, bei welcher die Fahrzeugräder durch den Prüfstand angetrieben werden, durchgeführt werden, wobei dabei eine Beschädigung des Radlagers 30 aufgrund einer fehlenden Vorspannung nicht zu erwarten ist.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Beispielsweise können das Radlager 30 oder die Radnabe 12 auch anders, d.h. auf jede andere bekannte Art und Weise, ausgeführt sein.
