DE19836680C2 - Radlagereinheit für ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit für ein ange­ triebenes Rad eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Praxis bekannte Radlagereinheiten dieses Grundaufbaus finden für angetriebene Vorderachsen von Personenkraftwagen Verwendung. Darüber hinaus sind sie grundsätzlich bei Fahrzeugen mit Front- und Heckantrieb für die angetriebenen Achsen sowie auch für allradgetriebene Fahrzeuge anwendbar.

Bei einer solchen bekannten Radlagereinheit für angetriebene Vorderachsen, wie sie als Stand der Technik in Fig. 6 dar­ gestellt ist, endet die jeweilige Radantriebswelle in einem Außengelenk, dessen äußere Gelenkschale in axialer Ver­ längerung der Welle einen Zapfen aufweist, der den Hals eines Radflansches zentral durchsetzt und über eine drehmoment­ übertragende Unrundverbindung mit diesem bei axialer Ver­ spannung des Radflansches gegen die äußere Gelenkschale ver­ bunden ist. Die axiale und radiale Führung des Radflansches erfolgt über ein ein- oder mehrteiliges Radlager, das seiner­ seits gegenüber einem Achselement, in der Regel einem Achs­ schenkel, über seinen Außenring fixiert ist, während der Innenring des Radlagers, auf dem Hals des Radflansches sitzend, axial zwischen diesem und einer radialen Stützfläche des der Antriebswelle zugehörigen Außengelenkes eingespannt ist, wobei diese Verspannung über eine Bundmutter erfolgt, die gegenüberliegend zum Außengelenk auf das freie Ende des Gelenkzapfens aufgeschraubt ist und sich gegen eine Anlage­ fläche des Radflansches als das Rad tragendem Teil abstützt.

Die drehmomentübertragende Unrundverbindung ist durch eine Verzahnung gebildet, die, um eine einfache axiale Montage der Fügepartner zu erreichen, eine Übergangspassung oder sogar eine leichte Spielpassung zwischen Innen- und Außenverzahnung aufweist, so daß bei ungünstigen Toleranzpaarungen sogar im Neuzustand ein gewisses Umfangsspiel vorhanden ist. Dieses kann in Fahrbetrieb zu unerwünschten Geräuschen, insbesondere Knackgeräuschen führen, welche insbesondere bei Lastwechsel­ vorgängen und beim wechselseitigen Anfahren in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung auftreten.

Um diesbezüglich Abhilfe zu schaffen werden die Fügepartner bei der Montage teilweise verklebt, was nur als Notlösung gesehen werden kann und sich insbesondere im Hinblick auf eine zukünftige Demontierbarkeit als nachteilig erweist.

Bekannt ist desweiteren eine Radlagereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus der DE 36 16 083 C2, die grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die bekannte Praxislösung aufweist, bei der in dem Teil des Zapfens zwischen dem Gewindeabschnitt und der zur Unrundverbindung zugehörigen Verzahnung benachbart zum Gewindeabschnitt zusätzlich ein radialer Abstützbund zum Hals vorgesehen ist. Dies soll zu einer Entlastung im Halsbereich des Radflansches führen, erschwert bei engeren Passungen aber die Montage weiter.

Bekannt ist ferner die Verwendung von Dehnschrauben in der Verbindung des Radflansches zur Radwelle durch die DE 35 36 437 A1. Die Dehnschraube weist bei dieser Lösung bezogen auf die Montageendlage einen so großen axialen Überdeckungs­ bereich zu dem mit dem Halsbereich des Radflansches über die Unrundverbindung verbundenen Wellenteil auf, daß sie bei der Montage zum Wellenteil in Schraubeingriff gebracht werden kann, bevor die hals- und wellenseitigen Teile der Unrund­ verbindung in Eingriff gelangen.

Ferner sind eingesetzte Muttern - Muttern mit halsförmigem Fortsatz - sowie auch vorgespannte Formschlußverbindungen als Unrundverbindungen aus G. Niemann: Maschinenelemente Band 1, 2. Auflage Berlin: Springer Verlag bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Radlagereinheit zu schaffen, die das Auftreten entsprechender spielbedingter Geräusche vermeidet, ungeachtet dessen aber eine einfach durchzuführende Montage und Demontage der Fügepartner ermöglicht, bei möglichst geringer, in Fahrzeugquerrichtung gegebener Bautiefe und günstiger radialer Abstützung zwischen Zapfen und Hals.

Diese Aufgabe wird bei einer Radlagereinheit der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dadurch, daß die Unrundverbindung als spiellose Passverbindung ausgebildet ist, die im gefügten Zustand einen spiellosen Preßsitz bildet, werden die bei Spiel gegebenen Anschlaggeräusche vermieden, und es wird insbesondere auch vermieden, daß über der Betriebszeit durch Vergrößerung des Spieles eine zunehmende Geräuschbildung eintritt. Eine solche spiellose Passverbindung steht einer einfachen Montage ent­ gegen, wenn die Fügepartner bei der Montage axial gegen­ einander verschoben werden müssen und zudem eine größere axiale Überdeckung aufweisen sollen, um eine sichere Übertragung der teilweise stoßartig auftretenden Drehmomente zu gewährleisten, obwohl andererseits eine möglichst geringe, in Fahrzeugquerrichtung gemessene Bautiefe gefordert ist, um die Radeinheit weitmöglichst im Innenbereich des jeweiligen Rades unterbringen zu können. Die Passverbindung wird deshalb erfindungsgemäß als über die Mutter einziehbare spiellose Passverbindung ausgebildet und es wird dies bei möglichst geringer Länge des Zapfens und möglichst großer, axialer Überdeckung der Fügepartner dadurch ermöglicht, daß die Mutter anschließend an ihren Kopfteil mit einem in den Hals eintauchenden, auf einen im Ausgangszustand im wesentlichen innerhalb des Halses liegenden Gewindeabschnitt des Zapfens aufschraubbaren, axial verlaufenden Einziehbund versehen ist. Dies macht es möglich, die Mutter im Rahmen der Montage auch als Einzieh- und Montagehilfe zu verwenden.

Zugleich wird der Einziehbund genutzt, um im axial äußeren, der Mutter benachbarten Bereich eine radiale Abstützung zu bilden, die zu einer Aussteifung des Zapfens dient und/oder als zusätzliche radiale Abstützung gegenüber dem Hals wirkt, wodurch sich die insbesondere bei extremer Kurvenfahrt recht hohen, über das das Rad tragende Teil, also insbesondere den Radflansch auf das Achselement, im Regelfall den Achsschenkel zu übertragenden Kräfte bei möglichst kleiner Bemessung der entsprechenden Bauteile ohne Überlastung und unerwünschte Verformungen besser beherrschen lassen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten in der nachfolgenden Zeichnungsbe­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den zentralen Bereich einer Radlagereinheit gemäß Fig. 6 in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung bei Beginn der Montage,

Fig. 2 eine der Fig. 1 im wesentlichen entsprechende Dar­ stellung nach Abschluß der Montage,

Fig. 3 eine stirnseitige Ansicht einer in den Fig. 1 und 2 verwendeten Mutter,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Mutter gemäß Fig. 3 entsprechend Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Radeinheit in einer der Fig. 2 ent­ sprechenden Darstellung, und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer zum Stand der Technik gehörenden Radlagereinheit einer angetriebenen Vor­ derachse eines Personenkraftwagens, teilweise schematisiert,

In der Darstellung gemäß Fig. 6, die eine bekannte Ausführungsform einer Radlagereinheit für ein Rad einer angetriebenen Vorderachse eines Personenkraftwagens zeigt, ist die Radlagereinheit insgesamt mit 1 bezeichnet und umfaßt als tragendes Achselement einen Achsschenkel 2, der in nicht näher dargestellter Weise über Radführungselemente gegenüber dem Aufbau des Fahrzeuges geführt ist. Der Achsschenkel 1 bildet die Aufnahme für ein Radlager 3 in Form eines Schrägkugellagers, das einen Außenring 4 und einen geteilten Innenring 5 aufweist und dessen Außenring 4 axial fixiert im Achsschenkel 2 als tragendem Achselement gehalten ist. Der geteilte Innenring 5 sitzt auf einem Hals 6 eines Rad­ flansches 7 als das Rad tragendem Teil, wobei der Radflansch 7 in Gegenrichtung zum Hals 6 einen Führungsbund 8 für die Radscheibe des hier nicht dargestellten Rades aufweist und ferner als Träger für die Bremsscheibe 9 ausgebildet ist. Der geteilte Innenring 5 des Radlagers 4 ist axial zwischen einem Bund 10 im Halsbereich des Radflansches 7 und einer radialen Stützfläche 11 des Außengelenkes 12 angeordnet, das als Teil der Radantriebswelle 13 einen Zapfen 14 trägt, der axial nach außen ragend den Hals 6 in einer zentralen Halsbohrung 15 durchsetzt und der im gezeigten, montierten Zustand über die als Bundmutter ausgeführte Mutter 16 axial gegenüber dem Radflansch 7 verspannbar ist. Die Mutter 16 ist dabei auf den am freien Ende des Zapfens vorgesehenen Gewindeabschnitt aufgeschraubt, an den sich ein im Durchmesser verringerter Dehnteil 17 des Zapfens anschließt, zwischen dem und der radialen Stützfläche 11 des Außengelenkes 12, die sich gegen den Innenring 5 des Radlagers 3 abstützt, eine drehmoment­ übertragende Unrundverbindung 18 erstreckt. In der zum Stand der Technik gehörenden Ausgestaltung gemäß Fig. 6 ist diese drehmomenttragende Unrundverbindung 18 als Verzahnung mit in Zapfenlängsrichtung verlaufenden Zähnen ausgebildet, wobei Innenverzahnung und Außenverzahnung ein gewisses Passungs­ spiel gegeneinander aufweisen, um bei der Montage ein axiales Einschieben des Zapfens 14 in die Halsbohrung 15 zu er­ möglichen und ein Aufschrauben der Mutter 16 auf den über den Hals 6 axial vorstehenden Gewindeabschnitt des Zapfens 14.

Für die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer solchen Rad­ lagereinheit, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind die Radlagereinheit und die zugehörigen Teile mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen und es ist in Fig. 1 in Ergänzung der Darstellung gemäß Fig. 6 das Außengelenk 12 noch etwas detaillierter dargestellt, wobei die den Zapfen 18 tragende äußere Gelenkschale mit 19 und die innere Gelenk­ schale mit 20 bezeichnet ist und wobei die innere Gelenkschale in nicht näher dargestellter Antriebsverbindung zu dem folgenden Wellenteil der insgesamt mit 13 bezeichneten Radantriebswelle liegt.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die drehmoment­ übertragende Unrundverbindung 18 als eine Verzahnungsver­ bindung ausgebildet, und zwar mit einem halsseitigen Ver­ zahnungsteil 21 und einem zapfenseitigen Verzahnungsteil 22, wobei diese Verzahnungsteile beispielsweise als Kerbzahn­ profile oder evolventen Zahnprofile ausgebildet sein können und wobei die Verzahnungsteile 21 und 22 bezüglich ihrer Bemessung so gewählt sind, daß sich im gefügten Zustand gemäß Fig. 2 eine spiellose Passverbindung ergibt, also ein Preßsitz ohne Verzahnungsspiel. Eine solche Passungsbemessung bedingt, daß die Verzahnungsteile 21 und 22 nicht ohne weiteres ineinander eingeschoben werden können, sondern daß es hierzu gewisser Hilfsmittel zur Aufbringung der erforderlichen Axialkräfte bedarf, wobei, wie Fig. 1 veranschaulicht, davon auszugehen ist, daß im Hinblick auf die angestrebte geringe axiale Bautiefe der Zapfen 14 axial mit seinem endseitigen Gewindeabschnitt, der in Fig. 1 mit 23 bezeichnet ist, innerhalb der Halsbohrung 15 liegt, wenn bei axialem Einschub des Zapfens 14 in die Halsbohrung 15 die beiden Verzahnungsteile 21 und 22 aufeinander auflaufen.

Um den Zapfen 14 weiter in die Halsbohrung 15 einziehen zu können ist die in Fig. 1 und 2 insgesamt mit 24 be­ zeichnete Mutter anschließend an ihr Kopfteil 34 mit einem Einziehbund 25 versehen, der in seiner axialen Länge so bemessen ist, daß er beim Aufsitzen des Kopfteiles 34 auf der Anlagefläche 26 des Radflansches 7 in Überdeckung zu dem Gewindeabschnitt 23 des von der Gegenseite soweit in die Halsbohrung 15 eingeschobenen Zapfens 14 kommt, bis die Verzahnungsteile 21 und 22 axial aufeinander auflaufen. Aufgrund dieser Überdeckung kann über die Mutter 24 der Zapfen 14 gefaßt und über das in den Einziehbund 25 fortge­ führte Muttergewinde auf den Gewindeabschnitt 23 des Zapfens 14 aufgeschraubt werden. Zur Erleichterung der Montage erweist es sich dabei als vorteilhaft, wenn der Einziehbund 25 im freien Endbereich im Innendurchmesser beispielsweise konisch aufgeweitet ist, um das Auffädeln auf den Zapfen 14 zu erleichtern. In entsprechender Weise kann auch der Zapfen 14 mit einer entsprechenden Einschubschräge versehen sein.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist damit eine Lösung geschaffen, die ohne Hilfswerkzeuge in einem Arbeitsgang die angestrebte drehmomentenübertragende Verbindung zwischen dem Radflansch 7 und der Radantriebswelle 13 spielfrei er­ möglicht, so daß die aus funktionellen Gründen angestrebte spielfreie Verbindung ohne Nachteile für die Montage bleibt. Darüber hinaus werden auch die sonstigen bewährten Eigen­ schaften bekannter Radlagereinheiten durch die erfindungs­ gemäße Weiterbildung nicht nachteilig beeinflußt, und es kann die bewährte Konstruktion trotz zusätzlicher Funktion praktisch beibehalten werden.

Die Erfindung bietet darüber hinaus in ihrer Ausgestaltung gemäß Fig. 5 die zusätzliche Möglichkeit, die Radlagereinheit bezüglich der auf den Radflansch, insbesondere den Hals des Radflansches und den Zapfen der Radantriebswelle wirkenden Biegekräfte zu entlasten.

Gemäß der Ausgestaltung in Fig. 5 ist hierzu eine Mutter 27 in einer Ausgestaltung vorgesehen, bei der der Einziehbund 28 zusätzlich als radialer Zentrierbund ausgebildet ist. Der Einziehbund 28 ist hierfür in seiner Wandstärke entsprechend verstärkt und bezüglich seines Außendurchmessers 29 so be­ messen, daß eine radiale Abstützung gegenüber der Halsbohrung 15 erreicht wird. Die Halsbohrung 15 kann hierzu, wie in Fig. 5 dargestellt, mit einem Führungsabschnitt 30 versehen sein, zu dem der Einziehbund 28 einen Zentrierbund bildet.

Innerhalb dieses als Zentrierbund wirkenden Einziehbundes 28 kann der Zapfen in Analogie zu den bekannten Ausgestaltungs­ formen mit einem radial nach innen abgesetzten Dehnabschnitt ausgestattet sein, so daß über den Einziehbund 28 keine unmittelbare radiale Abstützung des entsprechenden Zapfen­ bereiches gegen den Hals erfolgt.

Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, den Gewindeabschnitt des Zapfens soweit axial in Richtung auf das Gelenk fortzuführen, daß auch innerhalb des Einziehbundes noch eine Gewindeverbindung besteht und somit eine unmittel­ bare radiale Abstützung gegenüber dem Hals gegeben ist.

Zur radialen Abstützung ist es in Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, wie dies in Fig. 4 bei 31 schematisiert angedeutet ist, im Übergang vom kopfteilseitigen Abstützbund 31 der Mutter zum Einziehbund 25 einen Zentrierbund in Form eines Zentrierkonus 32 vorzusehen, so daß der Einziehbund selbst, wie in den Ausführungen gemäß Fig. 1 und 2 dargestellt, lediglich Einziehfunktion, aber keine, oder zumindest keine wesentliche Abstützfunktion hat.

Die Fig. 3 und 4 zeigen im übrigen einen Mutternaufbau, der gegenüberliegend zum Einziehbund 25 bekannten Ausge­ staltungen entspricht und endseitig einen Sicherungsteil 33 aufweist, zwischen dem und dem Einziehbund 25 der eigentliche Kopfteil liegt, der mit 34 bezeichnet ist und als Zwölfkant ausgestaltet ist.

In Verbindung mit den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen wurden als drehmomentübertragende Unrundverbindungen insbe­ sondere Verzahnungsverbindungen angesprochen, so beispiels­ weise mit Kerbzahnprofil oder mit Evolventenzahnprofil. Im Rahmen der Erfindung können auch andere Unrundverbindungen Verwendung finden, so beispielsweise Keilwellenverbindungen oder auch Polygonwellenverbindungen.

Im Rahmen der Erfindung ist es desweiteren auch möglich, derartige Unrundverbindungen leicht konisch auszubilden, derart, daß sich die spiellose Passverbindung im Rahmen des Fügevorganges beim axialen Einschieben des Zapfens in die Halsbohrung ergibt.

In Ausbildung der Erfindung kann es desweiteren zweckmäßig sein, das Einfädeln der jeweiligen Unrundverbindung beim Montagevorgang dadurch zu erleichtern, daß in den stirnseitig aufeinander zulaufenden Endbereichen größere Spiele vorge­ sehen werden, um die Fügepartner insbesondere bei Ver­ zahnungsverbindungen einfach aufeinander ausrichten zu können und ein Einrasten zu ermöglichen. Eine derartige Einfädel­ hilfe kann in einfacher Weise beim Rollen der Verzahnung bei­ spielsweise auf den Zapfen aufgebracht werden.

Zur Erleichterung des Einfädelns und/oder auch zum Einziehen in die verspannte Endposition kann es desweiteren von Vorteil sein, die jeweiligen Berührflächen vor der Montage mit einem Gleitmittel zu beschichten, um die Fügekräfte zu reduzieren und auch um zukünftigem Passungsrost vorzubeugen.

Claims (8)

1. Radlagereinheit für ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeuges, bei der ein das Rad tragende Teil über einen Hals in einem Achselement gelagert und mit einem Zapfen einer Antriebswelle drehfest verbunden ist, der den Hals axial durchsetzend über eine endseitig auf einen Gewindeabschnitt des Zapfens aufschraubbare Mutter gegen das das Rad tragende Teil verspannbar ist, gegen das ein Wellenteil von der Gegenseite über den Innenring des Lagers mit einer radialen Stützfläche abgestützt ist, zu der benachbart der Zapfen eine drehmomentübertragende Unrundverbindung zum Hals aufweist, zwischen der und dem Gewindeabschnitt ein im Durchmesser abgesetzter Dehnteil des Zapfens liegt, der benachbart zur Mutter gegen den Hals über einen radialen Bund abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundverbindung (18) als eine über die Mutter (24; 27) einziehbare spiellose Passverbindung ausgebildet ist und daß die Mutter (24; 27) anschließend an ihren Kopfteil (34) mit einem in den Hals (6) eintauchenden, auf den Gewindeabschnitt (23) des Zapfens (14) aufschraubbaren, axial verlaufenden Einziehbund (25; 28) versehen ist, der den Dehnteil (17) bei eingezogener Paßverbindung überdeckt und zumindest im Übergangsbereich zum Kopfteil (34) der Mutter (24) einen gegenüber dem Hals (6) sich abstützenden Zentrierbund bildet.

2. Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundverbindung als Polygonwellenverbindung ausge­ bildet ist.

3. Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundverbindung als Keilwellenverbindung ausgebildet ist.

4. Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundverbindung als Zahnwellenverbindung ausgebildet ist.

5. Radlagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundverbindung im bezogen auf die Einziehrichtung vorderen Teil mit einem Einfädelspiel versehen ist.

6. Radlagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundverbindung in Einzugsrichtung kegelig an­ steigend ausgebildet ist.

7. Radlagereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierbund durch einen Zentrierkonus (32) gebildet ist.

8. Radlagereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zentrierbund in der Halsbohrung (15) ein aufgeweiteter Führungsabschnitt (30) zugeordnet ist.