DE19547981A1 - Rad-Enden-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rad-Enden-Anordnung und insbe­ sondere eine Anordnung, bei der ein Konstantgeschwindigkeits- Universalgelenk, eine Spindel und der Radflansch zu einer integralen Einheit zusammengefaßt sind, die leicht installiert und gewartet werden kann.

Eine Antriebs- und Lenkachse eines Fahrzeuges hat gewöhnlich eine Achse oder Welle, die von einem Differential an ihrem inneren Ende ausgeht und mit einem Konstantgeschwindigkeits- Universalgelenk an ihrem äußeren Ende verbunden ist. Das Universalgelenk hat einen inneren Laufring, der zur Drehung mit der Achswelle verbunden ist, um von dieser Drehmoment auf­ zunehmen. Das Gelenk hat ferner einen äußeren Laufring, der Drehmoment vom inneren Laufring aufnimmt mit einer konstan­ ten Winkelgeschwindigkeit, beispielsweise mittels Drehmo­ ment-übertragender Kugeln. Der Außenring ist typisch zur Drehung gekoppelt mit einer separaten Spindel, die ihrer­ seits zur Drehung mit einer Radnabe gekoppelt ist. Die Rad­ nabe ist drehbar mittels einem oder mehrerer Lager gelagert in einer durch ein Lenkgelenk hindurch ausgebildeten Bohrung. Die Radnabe hat einen Radmontageflansch in ihrem Außenbe­ reich, damit ein Rad montiert und zur Drehung mit der Rad­ nabe an dieser mittels einer Mehrzahl von Radmontagezapfen befestigt werden kann. Ein Bremsscheibenrotor ist ebenfalls benachbart zu dem Radflansch mittels der Radmontagezapfen angebracht.

Diese bisherigen Rad-End-Anordnungen umfassen eine Vielzahl von Komponenten, welche die Komplexität, das Gewicht und die Kosten erhöhen. Die vielen Komponenten und die Komplexi­ tät dieser bisherigen Rad-End-Anordnungen machen auch die Wartung schwieriger.

Die Form dieser bisherigen Rad-End-Anordnungen bedingt auch, daß der Bremsrotor versetzt eingebaut werden muß. Ein ver­ setzter Bremsrotor hat Reibungsflächen, die nicht in der­ selben vertikalen Ebene liegen wie der zentrale Bereich des Bremsrotors. Versetzte Bremsrotoren sind jedoch schwerer und erfordern gewöhnlich mehr Zeit für die Herstellung, wo­ durch die Kosten erhöht werden. Auch sind versetzte Brems­ rotoren anfälliger gegen seitliches Auslaufen oder Verziehen, was zu einem ungleichmäßigen Bremsvorgang, einer übermäßigen Bremsschuhabnutzung und zu einem unwirksamen Bremsverhalten führen kann.

Die Erfindung betrifft eine Rad-End-Anordnung mit einem Lenk­ gelenk mit einer Bohrung, einem Konstantgeschwindigkeits- Universalgelenk mit einem inneren Laufring, der treibende gekoppelt ist zur Drehung mit einer Achswelle, einem äußeren Laufring, der treibend mit dem inneren Laufring gekoppelt ist, wobei das Universalgelenk eine integrale Spindel auf­ weist, die drehbar in der Bohrung des Lenkgelenkes mittels wenigstens eines Lagers gelagert ist, ferner mit einem Rad­ montageflansch, der integral mit der Spindel ausgebildet ist und Montagebohrungen hat zur Aufnahme einer Mehrzahl von Zapfen für die Montage eines Rades an diesem Flansch.

Die Erfindung bietet mehrere Vorteile gegenüber früheren Rad- End-Anordnungen, z. B. geringere Komplexität, niedrigeres Gewicht und geringere Kosten bei der Herstellung. Sie er­ möglicht auch eine einfachere Wartung der Lager und Dichtungen. Außerdem kann ein nicht-versetzter Bremsrotor verwendet wer­ den, der billiger, leichter und weniger anfällig gegen Ver­ ziehungen oder Verwerfungen ist als bisher versetzte Brems­ rotoren.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach­ folgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung beschrieben, die im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Rad-End-Anordnung 10 dar­ gestellt. Die Anordnung 10 dient zur Verwendung an einer An­ triebs- und Lenkachse eines Fahrzeuges und kann daher vor­ zugsweise verwendet werden in Verbindung mit einer Vorder­ achse eines Front-getriebenen Fahrzeuges oder in Verbindung mit einer Vorderachse eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb, obwohl die Erfindung auf diese Anwendungen nicht begrenzt ist. Eine Antriebs- und Steuerachse umfaßt normalerweise ein Differential zwischen der Rad-End-Anordnung 10 zur Auf­ nahme eines Drehmomentes von einer Transachse oder einem Vierradantrieb-Übertragungsgehäuse und zur Übertragung des Drehmomentes auf eine oder beide Rad-End-Anordnungen 10 über eine Achswelle 30. Die Achswelle 30 kann auch in ein nicht rotierendes Achsrohr eingebaut sein, wenn dies er­ wünscht ist.

Die Anordnung 10 nach der Erfindung hat ein Lenk-Gelenk 12 mit einem oberen Montageansatz 14 und einem unteren Montage­ ansatz 16, so daß das Lenk-Gelenk 12 an einem nicht gezeigten Fahrzeugchassis befestigt werden kann. Das Lenk-Gelenk 12 ist ferner mit wenigstens einer Bohrung 18 versehen.

Die Anordnung 10 umfaßt ferner ein Konstantgeschwindigkeits- Universalgelenk 20. Das Universalgelenk 20 hat einen inneren Laufring 22, der auf die Achswelle 30 aufgekeilt oder ander­ weitig mit ihr gekoppelt ist, einen äußeren Laufring 24, der drehbar in der Bohrung 18 des Lenk-Gelenkes 12 mittels er­ ster und zweiter Lager 40, 42 gelagert ist. Der Außenring 24 ist integral ausgebildet, so daß er auch als Radspindel 25 dient, weshalb keine separate Spindel in das Gelenk 20 ein­ gebaut werden muß, um von diesem Drehmoment aufzunehmen. In Umfangsrichtung beabstandete Drehoment-Übertragungskugeln 26 (von denen nur zwei dargestellt sind) sind zwischen dem inneren Laufring 22 und dem äußeren Laufring 24 angeordnet. Jede Kugel 26 ist in einer von einer Mehrzahl von Nuten aufgenommen, welche im äußeren Laufring 24 ausgebildet sind und mit einer entsprechenden Nut einer Mehrzahl von Nuten im inneren Laufring 22 zusammenwirken, so daß Drehmoment vom inneren Laufring 22 auf den äußeren Laufring 24 übertragen wird. Die Kugeln 26 und die Nuten wirken so zusammen, daß das Drehmoment vom inneren Laufring 22 zum äußeren Lauf­ ring 24 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit über den Be­ reich der Ringbewegung der Rad-End-Anordnung 10 übertra­ gen wird. Die Kugeln 26 sind durch einen Käfig in den Nuten im äußeren Laufring 24 und in den entsprechenden Nuten im inneren Laufring 22 gehalten. Andere Anordnungen für ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk sind bekannt, wel­ che den inneren Laufring mit dem äußeren Laufring 24 koppeln, und die Erfindung ist daher nicht beschränkt auf irgendwel­ che Mittel zur Schaffung einer Kupplung 20 für konstante Win­ kelgeschwindigkeit zwischen dem inneren Laufring 22 und dem äußeren Laufring 24. Das Universalgelenk 20 und insbesonde­ re sein äußerer Laufring 24 ist drehbar in der Bohrung 18 des Lenk-Gelenkes mittels eines ersten Lagers 40 und eines zweiten Lagers 42 gelagert. Eine innere Dichtung 70 und ei­ ne äußere Dichtung 72 sind vorgesehen, um das Eintreten von Schmutz, Wasser oder anderer Fremdstoffe in die Bohrung 18 und die beiden Lager 40, 42 im wesentlichen zu verhindern. Jedes Lager 40, 42 hat einen inneren Laufring 44 und einen äußeren Laufring 46 sowie einen Käfig 45, um einen gleich­ mäßigen Umfangsabstand der Lager längs des inneren Lager­ ringes 44 zu schaffen. Die inneren Lagerringe 44 der Lager können separate Teile sein, die auf der Außenfläche der Spindel 25 angeordnet sind. Ebenso können die äußeren Lager­ ringe 46 separate Teile sein, welche in Verbindung mit der inneren Oberfläche 19 der Bohrung 18 des Lenk-Gelenkes 12 positioniert sind. Vorzugsweise sind die Lager 40, 42 ein­ teilige Lager, die am Außendurchmesser des äußeren Laufrin­ ges 24 des Universalgelenkes 20 geführt sind. Lager 47 sind vorzugsweise als Kegelrollenlager dargestellt, die Erfin­ dung ist aber nicht auf diesen Typ oder andere besondere Lagertypen beschränkt. Beispielsweise können Kugellager an­ stelle der Kegelrollenlager 47 verwendet werden. Beim Einbau oder Ausbau der Anordnung 10 können die Lager 40, 42 da­ her einfach am Außendurchmesser des äußeren Laufringes 24 des Universalgelenkes 20 geführt oder von ihrer Position entfernt werden. Wenn eines oder beide Lager 40, 42 aus­ getauscht werden soll, kann die ganze Lageranordnung 40 oder 42 aus ihrer Position am Universalgelenk 20 herausge­ nommen und durch ein gleiches relativ billiges Lager er­ setzt werden. Auf diese Weise können die Lager 40, 42 ein­ fach ersetzt und/oder gewartet werden. Da ferner die Lager­ ringe separat von der äußeren Fläche 25 des äußeren Lauf­ ringes 24 des Gelenkes 20 und separat von der inneren Fläche 19 der Bohrung 18 geformt sind, brauchen diese Flächen 25 und 19 nicht aus teurem,hochqualifiziertem Lager­ stahl hergestellt werden. Auch können die Lager 40, 42 ausgetauscht werden, ohne den äußeren Laufring 24 des Uni­ versalgelenkes oder des Gelenkes 12 zu ersetzen.

Die Bohrung 18 hat vorzugsweise eine zentrale Schulter 17 zur Unterstützung der Positionierung der beiden Lager 40, 42 und zur Verhinderung axialer Bewegungen der Lager 40, 42. Ein Tonring 80 ist vorzugsweise am Außendurchmesser des äuße­ ren Ringes 24 des Universalgelenkes 20 geführt und vorzugs­ weise angeordnet zwischen dem ersten Lager 40 und dem zwei­ ten Lager 42, um mit einem Sensor (nicht gezeigt) zusammen­ zuwirken, um Eingangssignale für ein Anti-Blockier-Brems­ system, ein Traktionskontrollsystem oder ein ähnliches System zu erzeugen, das eine Messung der Raddrehzahl erfordert. Eine innere Verschleißhülse 71 und eine äußere Verschleiß­ hülse 73 sind ebenfalls um den Außendurchmesser des Lauf­ ringes 24 des Universalgelenkes 20 vorgesehen zur Unter­ stützung der Positionierung der Spindel 25 relativ zur Schul­ ter 17. Die Schulter 17 und die beiden Verschleißhülsen 71, 73 wirken zusammen, um eine Axialbewegung der Spindel 25 während der axialen Belastung zu verhindern.

Der äußere Laufring 24 des Universalgelenkes 20 hat einen Rad­ montageflansch 50, der integral mit ihm ausgebildet ist.

Der Flansch 50 hat vorzugsweise eine Mehrzahl von Löchern zur Aufnahme einer Mehrzahl von Radmontagezapfen 52, damit ein Rad und ein Reifen am Radflansch 50 zur Drehung mit die­ sem befestigt werden können. Da der Radmontageflansch 50 ein integraler Teil des Universalgelenkes 20 ist, ergibt sich eine Anordnung, die einen einfachen Radeinbau ermöglicht, wobei separate Komponenten eliminiert sind und Kosten der Herstellung und des Zusammenbaus reduziert werden. Der inte­ grale Radflansch 50 als Teil des Universalgelenkes 20 an der Spindel 25 erlaubt es auch, einen Bremsrotor 60 einzubauen, der angrenzend an das äußere Ende des Universalgelenkes 20, der integralen Spindel 25 und des integralen Radflansches 50 positioniert ist für geeigneten Zusammenbau. Der Bremsrotor 60 hat eine zentrale Öffnung, die auf dem äußeren Ende 27 des äußeren Laufringes 24 des Universalgelenkes 20 geführt ist, integral mit der Spindel 25. Der Bremsrotor 60 ist drehbar mit dem Radflansch 50 befestigt mittels Radmontage­ zapfen 52, die durch Öffnungen verlaufen, die im Bremsrotor 60 ausgebildet sind, so daß die Drehung des Rotors 60 durch die Zapfen 52 beschränkt ist auf eine Drehung mit dem Flansch 50.

Die Positionierung des Bremsrotors 60 erfolgt vorzugsweise nicht-versetzt relativ zum Montageflansch 50, um einen Brems­ rotor 60 zu schaffen, der weniger Material für die Herstel­ lung erfordert, der geringes Gewicht hat, leicht herzustellen ist und weniger Verformungen oder Verziehungen ausgesetzt ist als ein konventioneller versetzter Bremsrotor. Die Rei­ bungsflächen 62, 64 des nicht-versetzten Bremsrotors 60 lie­ gen daher im wesentlichen in derselben vertikalen Ebene wie der zentrale Bereich 65 des Bremsrotors 60, der am Außenende des integralen Universalgelenkes 20 der Spindel 25 und des Flansches 50 geführt ist, und in im wesentlichen derselben Ebene wie der Radflansch 50.

Bei der erfindungsgemäßen Rad-End-Anordnung sind die Lager 40 und 42 vorzugsweise separate Lagereinheiten, und sie sind leicht und einfach zu positionieren in Verbindung mit der integralen Gruppe aus Universalgelenk 20, Spindel 25 und Flansch 50 in Verbindung mit dem Lenk-Gelenk 12. Die beiden Lager 40 und 42 werden somit in Verbindung mit dem Gelenk 12 und mit den Dichtungen 70 und 72 sowie den ent­ sprechenden Büchsen 71 und 73 eingebaut, wie oben erläutert wurde. Die Lager 40 und 42 werden dann vorgespannt zur richtigen Funktion in der Rad-End-Anordnung. Das äußere Ele­ ment 24 des Universalgelenkes 20 hat hierzu ein Außengewinde 29 an seinem inneren Ende 28 zum Aufschrauben einer Mutter 82, mittels welcher die Lager 40, 42 vorgespannt werden können über eine auf die Büchsen 71, 73 aufgebrachte Kraft. Die Mutter 82 und das Gewinde 29 bilden eine wirksame Ein­ richtung, um einfach die Vorbelastung der Lager 40, 42 ein­ stellen zu können. Die Vorbelastung der Lager kann daher beim Einbau der Anordnung 10 in ein Fahrzeug geeignet einge­ stellt werden, und sie bilden ein einfaches Mittel zum Ein­ stellen der Vorbelastung der Lager 40, 42 während der übli­ chen Wartungsarbeiten infolge Verschleißes, der im Lauf des Betriebes des Fahrzeuges auftreten kann.

Das integrale Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 20, die Spindel 25 und der Radflansch 50 bilden eine fixierte Gelenkkonstruktion, deren äußerer Teil einen Außendurchmes­ ser hat, der einfach zu bearbeiten ist zur Führung und Auf­ nahme der inneren Lagerringe 44 der Lager 40 und 42. Der Außendurchmesser bildet auch eine leicht zu bearbeitende Oberfläche zur Herstellung des Gewindes am inneren Ende zum Aufschrauben der Mutter 82 zur einfachen Vorspannung der La­ ger 40 und 42. Der integrale Flansch 50 am äußeren Teil des Außendurchmessers vereinfacht den Einbau der Radzapfen und erlaubt eine Bearbeitung des äußeren Endes zum Führen des Bremsrotors und der Rad-Anordnung, wodurch Herstellung und Zusammenbau vereinfacht wird. Die Rad-End-Anordnung 10 kann daher einfach auseinandergebaut werden zum Reinigen und Ölen der beiden Lager 40 und 42. Da ferner die Lager 40 und 42 ausbaubare Einheiten sind, können sie leicht ausgebaut und ersetzt werden, ohne das irgendein Teil des integralen Uni­ versalgelenkes 20, der Spindel 25 und des Flansches 50 er­ setzt werden muß. Die Verwendung ausbaubarer Lager 40 und 42 in der Rad-End-Anordnung 10 erlaubt es ferner, daß die integrale Baugruppe aus Gelenk 20, Spindel 25 und Flansch 50 kosteneffektiver hergestellt werden kann, da diese Kom­ ponenten nicht aus teurem, qualitativ hochwertigem Lager­ stahl bestehen müssen.

Im Betrieb erhält die Welle 30 Drehmoment von einem nicht gezeigten Differential. Der innere Laufring 22 des Universal­ gelenkes 20 empfängt Drehmoment von der Welle 30 über eine Keilverbindung oder eine andere Verbindung und überträgt das Drehmoment über die Kugeln 26 auf den äußeren Laufring 24 des Gelenkes 20 und die integrale Spindel 25. Der äußere Laufring 24 des Universalgelenkes 20 und die Spindel 25 übertragen Drehmoment auf den Radflansch 50, der integral mit ihnen ausgebildet ist. Der Radflansch 50 überträgt das Drehmoment auf die Radmontagezapfen bzw. Schrauben 52, um ein Rad und den zugehörigen Reifen anzutreiben, und um den Bremsrotor 60 anzukoppeln zur Drehung mit dem Radflansch 50.

Claims (14)

1. Rad-End-Anordnung zum für eine Antriebs- und Lenk­ achse eines Motorfahrzeuges, gekennzeichnet durch ein Lenk-Gelenk mit einer Bohrung, ein Konstant­ geschwindigkeits-Universalgelenk mit einem inneren Laufring, der antriebsmäßig zur Drehung mit einer Achswelle gekoppelt ist, um von dieser Drehmoment aufzunehmen, einem äußeren Laufring, der antriebs­ mäßig mit dem inneren Laufring gekoppelt ist, daß ferner das Universalgelenk eine integrale Spindel aufweist, die in der Bohrung des Lenk-Gelenkes durch wenigstens ein ausbaubares Lager drehbar ge­ lagert ist, und durch einen Rad-Montageflansch, der integral mit der integralen Spindel ausgebil­ det ist und Montagelöcher hat zur Aufnahme einer Mehrzahl von Zapfen zur Befestigung eines Rades an dem Flansch.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrale Spindel einen Außendurchmesser hat, daß ferner die wenigstens eine ausbaubare Lageranordnung erste und zweite Wälzlager hat, daß die beiden Wälz­ lager auf dem Außendurchmesser der integralen Spindel angeordnet sind, um die Spindel drehbar in der Bohrung des Lenk-Gelenkes abzustützen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzlager Kegelrollenlager sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzlager Kugellager sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Vorspannungs-Mechanismus für die Lager, der relativ zu der integralen Spindel bewegbar ange­ ordnet ist, um eine Vorspannkraft auf die wenigstens eine ausbaubare Lageranordnung aufzubringen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspann-Einstellmechanismus eine Mutter auf­ weist, und daß die integrale Spindel an ihrem inneren Ende ein Außengewinde hat zum Aufschrauben der Mutter auf dieses Gewinde, um eine vorgegebene Vorspannkraft auf die Lageranordnung auszuüben.

7. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bremsrotor, ferner dadurch, daß die integrale Spindel ein Auslaßende mit einem Abschnitt hat, der integral mit ihr ausgebildet ist, um daran den Bremsrotor zu halten, und daß der Bremsrotor einen Innendurchmes­ ser hat, der an diesem Teil des äußeren Endes der integralen Spindel geführt bzw. gehalten ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsrotor ein nicht-versetzter Bremsrotor ist, und daß der Teil des äußeren Endes der integralen Spindel relativ zum Rad-Montageflansch so positioniert ist, daß der Bremsrotor praktisch koplanar mit dem Flansch angeordnet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tonring, der am Außendurchmesser der integralen Spindel angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Tonring, der am Außendurchmesser der integralen Spin­ del zwischen dem ersten und dem zweiten Lager ange­ ordnet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenig­ stens eine Verschleiß-Hülse, die auf dem Außendurch­ messer der integralen Spindel sitzt.

12. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine innere und eine äußere Verschleiß-Hülse, die auf dem Außendurchmesser der integralen Spindel sitzen, derart, daß die beiden Wälzlager zwischen den beiden Verschleiß-Hülsen angeordnet sind.

13. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenig­ stens eine Dichtung, die um den Außendurchmesser der integralen Spindel angeordnet ist, um das Eindringen wenigstens von Schmutz und Wasser in die Bohrung des Lenk-Gelenkes angrenzend an die Lageranordnung zu verhindern.

14. Anordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch innere und äußere Dichtungen, die mit den beiden Verschleiß-Hülsen zusammenwirken, um das Eindringen wenigstens von Schmutz und Wasser in die Bohrung des Lenk-Gelenkes angrenzend an die beiden aus­ barbaren Lageranordnungen zu verhindern.