DE4323539C1 - Radlagereinheit eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Achszapfen, zwei auf dem Achszapfen angeordnete, axial voneinander beabstandete Wälzlager und ein die Wälzlager umgebendes Achsgehäuse, wobei auf der Innenseite des Achsgehäuses ein Hohlrad angeordnet ist, das mit mindestens einem Getrieberad in Eingriff steht, welches zumindest teilweise in einer radialen Ausnehmung des Achszapfens angeordnet und drehfest mit einer Zwischenwelle verbunden ist, die an zumindest einer Seite des Achszapfens aus diesem axial herausgeführt und mit einer koaxial zur Drehachse der Radlagereinheit angeordneten Antriebswelle trieblich verbunden ist.

Radlagereinheiten sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. So ist in der DE 28 43 597 A1 eine als zweireihige Schräglagerung ausgebildete gattungsgemäße Radlagereinheit offenbart, wobei die äußeren Laufflächen der beiden Wälzlagerreihen an der Innenseite des Achsgehäuses angeformt sind, das als feststehender Nabenträger vorgesehen ist und deshalb auch einen angeformten Befestigungsflansch aufweist. Durch eine derartige Konstruktion wird ein hoher Integrationsgrad erreicht, d. h. eine Anordnung mit nur wenigen Bauteilen. Der Nachteil dieser bekannten und in großen Stückzahlen hergestellten Radlagereinheiten besteht generell darin, daß die Drehmomentverstärkung zwischen dem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs und den anzutreibenden Rädern vor der Radlagereinheit mit getrennt angeordneten Getriebe- Bauteilen stattfindet, was einen erheblichen Platzbedarf verursacht und zu einem hohen Gewicht sowie kostenintensiver Fertigung und Montage führt. Darüber hinaus müssen große Drehmomente vom Getriebe beispielsweise durch teuere Gelenkwellen zum Rad übertragen werden.

Aus der DE 27 44 936 A1 ist es bekannt, ein Getriebe innerhalb eines Radantriebs einer Arbeitsmaschine anzuordnen. Hierbei wird eine völlig andere Bauform benutzt als bei den aus der Kraftfahrzeugserienfertigung bekannten Radlagereinheiten. Das als Nabe vorgesehene Achsgehäuse ist dabei auf dem als Nabenträger dienenden Achszapfen drehbar gelagert, der an seiner radnahen Stirnseite als feststehender Steg eines Planetengetriebes ausgebildet ist. Das Planetengetriebe ist in axialer Verlängerung des Nabenträgers angeordnet. Es ergibt sich bei dieser Anordnung eine erhebliche Baulänge und ein erhebliches Bauvolumen. Sofern das Kraftfahrzeug mit einer Zwillingsbereifung ausgestattet wird, werden darüber hinaus die Wälzlager sehr stark belastet, da sich ein großer Hebelarm ergibt, an dem die Radkräfte angreifen.

Die DE 36 44 143 C2 zeigt einen Radkopf für die angetriebene Vorderachse eines Ackerschleppers, bei der ebenfalls das Achsgehäuse auf dem feststehenden Achszapfen drehbar gelagert ist und bei der auf der Innenseite des rotierenden Achsgehäuses das Hohlrad eines Untersetzungsgetriebes zwischen zwei axial voneinander beabstandeten Wälzlagern befestigt ist. Das Hohlrad und damit das Achsgehäuse (Nabe) wird mit Hilfe zweier Zwischenräder, die auf dem feststehenden Achszapfen (Nabenträger) gelagert sind, von einer exzentrisch angeordneten Antriebswelle in Drehung versetzt. Auch diese spezielle Konstruktion benötigt einen großen Bauraum und ist darüber hinaus eingeschränkt auf eine Anordnung, bei der der Achszapfen stillsteht und das Achsgehäuse rotiert.

Die Druckschrift DE 38 26 933 A1 offenbart eine gattungsgemäße Radlagereinheit, bei der ein innerhalb eines Achszapfens angeordneter Elektromotor über ein Vorlege­ getriebe eine Zwischenwelle antreibt, die mit Hilfe eines Getrieberades und eines auf der Innenseite eines Achsgehäuses angeordneten Hohlrades ein Kraftfahrzeugrad in Drehung versetzt. In einer ersten Ausführungsform dieses Radnabengetriebes liegen die beiden axial voneinander beabstandeten Wälzlager sehr nah beieinander, was zwar günstige Verhältnisse hinsichtlich der seitlichen Abmessungen des Radnabengetriebes ergibt, jedoch in den Fällen als nachteilig zu bewerten ist, in denen das Kraftfahrzeug­ rad nur seitenversetzt zu dem Radnabengetriebe angeordnet werden kann. Gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform des Radnabengetriebes ist ein größerer Abstand zwischen den beiden Wälzlagern vorgesehen, wodurch sich jedoch bezogen auf den Außendurchmesser des Achsgehäuses größere seitliche Abmessungen des Rad­ nabengetriebes ergeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radlagereinheit der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die im Hinblick auf eine platzsparende und kostengünstige Bauweise sowie im Hinblick auf eine für die Aufnahme von Kräften günstige Anordnung weiter verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hohlrad zwischen den beiden Wälzlagern angeordnet und die Zwischenwelle beidseitig in dem Achszapfen gelagert ist.

Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, in das Zentrum einer Radlagereinheit eine Drehmomentverstärkung zu integrieren. Dabei werden die Vorteile einer Radlagereinheit beibehalten, wie z. B. kleiner Bauraum, geringes Gewicht und niedrige Kosten, wodurch eine beträchtliche Einsparung an Bauvolumen, Gewicht und Kosten gegenüber der bisher getrennten Anordnung von Getriebe und Radlagereinheit erzielt wird.

Bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Radlagereinheit kann sowohl das Achsgehäuse als (rotierende) Nabe vorgesehen sein und dementsprechend der Achszapfen als (feststehender) Nabenträger als auch der Achszapfen als Nabe vorgesehen sein und dementsprechend das Achsgehäuse als Nabenträger. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Achszapfen als drehbare Nabe und das Achsgehäuse als am Fahrzeug befestigter Nabenträger ausgebildet. Hierdurch wird zweckmäßigerweise eine weitgehende Kompatibilität mit den handelsüblichen, auch als "Unit" bezeichneten Radlagereinheiten erzielt.

Die triebliche Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Zwischenwelle kann beispielsweise als Zugmittelgetriebe ausgebildet sein. Weitaus vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Antriebswelle als Sonnenrad eines Planetengetriebes ausgebildet ist, das mit einem Planetenrad in Eingriff steht, welches auf dem aus der Nabe herausgeführten Ende der den Steg des Planetengetriebes bildenden Zwischenwelle befestigt ist. Gemäß dieser Weiterbildung sind also auf dem Steg eines Planetengetriebes zwei Planetenräder angeordnet, wobei das eine Planetenrad mit dem Sonnenrad in Eingriff steht und das andere, innerhalb des Achszapfens angeordnete Planetenrad mit dem Hohlrad in Eingriff steht. Das Sonnenrad bildet mit dem zuerst genannten Planetenrad ein Vorsatz-Getriebe, das dem zwischen den Wälzlagern der Radlagereinheit angeordneten End-Getriebe vorgeschaltet ist. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß die Untersetzung im End-Getriebe für verschiedene Einsatzfälle immer gleich sein kann, weil die Gesamtuntersetzung durch Anpassung der Untersetzung im Vorsatz-Getriebe variabel ist. Das Sonnenrad kann sowohl drehfest mit der Antriebswelle verbunden als auch direkt an der Antriebswelle angeformt sein.

Wenn bei Ausbildung des Planetengetriebes als Zahnradgetriebe die Zähnezahlen der beiden auf einem gemeinsamen Steg angeordneten Planetenräder verschieden sind, erhält man ein sogenanntes eineinhalbstufiges Planetengetriebe.

Es ist fertigungs- und montagetechnisch günstig, wenn das Hohlrad an der Innenseite des Achsgehäuses angeformt ist.

Die Zwischenwelle kann prinzipiell auf jeder der beiden Seiten (axiale Enden) des Achszapfens aus diesem herausgeführt sein oder sogar auf beiden Seiten. Im Hinblick auf eine möglichst kurze, torsionssteife Antriebswelle ist jedoch eine Anordnung günstig, bei der die Zwischenwelle am radfernen Ende des Achszapfens aus diesem herausgeführt ist. Darüber hinaus hat der Achszapfen bei dieser Anordnung auch im Bereich der innenliegenden Planetenräder (Getrieberäder) eine hohe Biege- und Drehsteifigkeit.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Antriebswelle eine Bremse zugeordnet ist.

Die Bremse kann dabei, je nachdem auf welcher Seite des Achszapfens die Zwischenwelle aus diesem herausgeführt wird, innen- oder außenliegend angeordnet sein. Als besonders vorteilhaft erweist sich aber eine Anordnung, bei der die Zwischenwelle auf der radnahen Seite des Achszapfens aus diesem herausgeführt und der Achszapfen von der Antriebswelle zentrisch durchsetzt ist, wobei die Zwischenwelle und die Antriebswelle auf der radnahen Seite des Achszapfens trieblich miteinander verbunden sind und zwischen der Antriebswelle und der Nabe eine Bremse angeordnet ist. Dadurch sind die Bremse und das Vorsatz-Getriebe die Bremse zu Wartungszwecken leicht zugänglich.

Zweckmäßigerweise ist die Bremse als hydraulisch lüftbare Lamellen- Federspeicherbremse ausgebildet und in einem zusammen mit einer Radfelge an der Nabe anschraubbaren Bremsträger angeordnet. Nach Abnahme der Radfelge ist die Bremse leicht zugänglich.

Die Bremsbetätigung erfordert keine außenliegenden Bremsleitungen, die der Gefahr der Beschädigung und darüber hinaus korrosiven Einflüssen ausgesetzt sind, wenn die Antriebswelle einen Längskanal zur Zufuhr von Druckmittel zur Lamellenbremse aufweist.

Um eine möglichst breite Lagerbasis zu erhalten, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Wälzlager als Schrägkugellager mit gleichem Nenndurchmesser ausgebildet und in O-Anordnung montiert sind.

Im Hinblick auf eine möglichst geringe Anzahl von zu montierenden Teilen ist es günstig, wenn die Außenringe der Wälzlager einstückig an der Innenseite des Achsgehäuses angeformt sind.

Hierzu ist es auch zweckmäßig, wenn bei Ausbildung des Achsgehäuses als Nabenträger dieser auf der Außenseite einen angeformten Befestigungsflansch aufweist.

Es läßt sich eine äußerst kompakte Bauweise erzielen, bei der zudem die Radlagereinheit nur wenige Bauteile aufweist, wenn das Achsgehäuse sowohl die Funktion der Lageraußenringe als auch die Funktion des Hohlrades des Planetengetriebes und die Funktion des Befestigungsflansches übernimmt, indem entsprechende Flächen an dem Achsgehäuse angeformt sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Radlagereinheit;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Radlagereinheit des Standes der Technik;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Radlagereinheit nach Fig. 1 als Endabtrieb einer elektrischen Antriebsachse;

Fig. 4 eine Variante der Radlagereinheit nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Radlagereinheit weist ein Achsgehäuse 1 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel als feststehender Nabenträger ausgebildet und an seiner Außenseite deshalb mit einem Befestigungsflansch 2 versehen ist. Innerhalb des Achsgehäuses 1 ist ein Achszapfen 3 angeordnet, der mittels zweier axial voneinander beabstandeter Schrägkugellager 4 und 5 in O-Anordnung drehbar gelagert ist und somit die Nabe bildet. Die Außenringe der Schrägkugellager 4 und 5 sind einstückig mit dem Achsgehäuse 1 und dem Befestigungsflansch 2 gebildet. Die Innenringe der Schrägkugellager 4 und 5 werden durch eine Lagermutter 6 gegeneinander eingestellt bzw. verspannt.

Erfindungsgemäß ist in dem Raum zwischen den Schrägkugellagern 4 und 5 ein Hohlrad 7 im Achsgehäuse 1 angeordnet, vorzugsweise an der Innenseite des Achsgehäuses 1 angeformt. Das Hohlrad 7 steht im Eingriff mit einem Getrieberad 8, das in einer taschenförmigen radialen Ausnehmung 9 des Achszapfens 3 angeordnet und drehfest (beispielsweise aufgeschrumpft) auf einer Zwischenwelle 10 befestigt ist. Die Zwischenwelle 10 ist beidseitig gelagert und nach in der Figur links, d. h. der radfernen Seite (Innenseite) des Achszapfens 3 aus diesem herausgeführt. Dort ist die Zwischenwelle 10 mit einer Antriebswelle 11 trieblich verbunden. Zu diesem Zweck ist die Antriebswelle 11 als Sonnenrad eines in diesem Ausführungsbeispiel eineinhalbstufigen Planetengetriebes ausgebildet, die ein Planetenrad 12 antreibt, das auf der als Steg dienenden Zwischenwelle 10 angeordnet ist. Das in der Ausnehmung 9 des Achszapfens 3 befindliche Getrieberad 8 stellt somit ein zweites Planetenrad dar, welches auf demselben Steg befestigt ist wie das Planetenrad 12. Das Sonnenrad bildet zusammen mit dem Planetenrad 12 ein Vorsatz-Getriebe, während das drehsynchron mit dem Planetenrad 12 rotierende Getrieberad 8 zusammen mit dem Hohlrad 7 ein End-Getriebe bildet. Diese Getriebekombination wird auch als eineinhalbstufiges Planetengetriebe bezeichnet. Das Planetengetriebe ist bevorzugt jeweils mit drei Planetenrädern 12 und Getrieberädern 8 ausgestattet.

Die erfindungsgemäße Radlagereinheit funktioniert wie folgt: die Antriebswelle 11 (Sonnenrad) treibt das Planetenrad 12 und somit die Zwischenwelle 10 (Steg). Das mit der Zwischenwelle 10 gekoppelte Getrieberad 8 (innenliegendes zweites Planetenrad) steht in Eingriff mit dem Hohlrad 7 und stützt sich gegen dieses ab, so daß als Reaktion der Achszapfen 3 (Nabe), in dem die Zwischenwelle 10 gelagert ist, angetrieben wird und sich somit das mit dem Achszapfen 3 verbundene Rad dreht, von dem in der Figur die Radfelge 13 dargestellt ist. In der erfindungsgemäß ausgestalteten Radlagereinheit erfolgt demnach sowohl eine Drehzahluntersetzung als auch eine Drehmomentverstärkung des an der Antriebswelle 11 eingeleiteten Drehmoments. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellte Bauweise eignet sich für eine Untersetzung zwischen der Drehzahl der Antriebswelle 11 und der Raddrehzahl von ca. 16 : 1.

Fig. 2 zeigt eine angetriebene Radlagereinheit des Standes der Technik ohne Drehmomentverstärkung, die für den gleichen Felgendurchmesser vorgesehen ist, wie die erfindungsgemäße Radlagereinheit nach Fig. 1. Gleiche Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Im Vergleich mit der erfindungsgemäßen Radlagereinheit ist deutlich erkennbar, daß deren Abmessungen im wesentlichen gleich sind den Abmessungen einer Radlagereinheit ohne Drehmomentverstärkung des Standes der Technik, insbesondere in radialer Richtung. Die Tragfähigkeit ist dabei gleich groß, denn die Wälzkörper in der erfindungsgemäßen Radlagereinheit weisen zwar kleinere Abmessungen auf, sind aber zum Ausgleich auf einer Laufbahn mit größerem Durchmesser angeordnet. Aus dem Vergleich von Fig. 1 mit Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß bei Abgabe eines gleich großen Drehmoments an das Rad bei der erfindungsgemäßen Radlagereinheit ein erheblich kleiner Durchmesser der Antriebswelle erforderlich ist, woraus große Vorteile im Hinblick auf eine raum- und gewichtssparende Bauweise erwachsen.

Fig. 3 zeigt die Anwendung einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit als Endabtrieb einer elektrischen Antriebsachse 14. Durch die extrem kompakte Bauweise der Radlagereinheit ist es möglich sehr große Elektromotoren einzusetzen, so daß sich auf insgesamt kleinem Bauraum eine elektrische Antriebsachse mit hoher Leistungsdichte ergibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Radlagereinheit mit anderen Antrieben zu verbinden.

Fig. 4 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Radlagereinheit, bei der zwischen der Antriebswelle 11 und dem Achszapfen 3 (Nabe) eine Bremse angeordnet ist. Die Zwischenwelle 10 ist auf der radnahen Seite der Radlagereinheit, also der äußeren Seite aus dem Achszapfen 3 (Nabe) herausgeführt und über das Planetenrad 12 hinaus verlängert, um einem Bremsträger 15 gelagert zu werden, der zusammen mit der Radfelge 13 an den Achszapfen 3 angeschraubt ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, daß der Bremsträger mit eigenen Befestigungsmitteln mit dem Achszapfen 3 verbunden wird. In dem Bremsträger 15 sind Bremslamellen 16 wechselweise verdrehfest, jedoch längsbeweglich mit dem Bremsträger bzw. mit einem verdrehfest auf der Antriebswelle 11 befestigten Lamellenträger 17 angeordnet. Die Bremslamellen 16 sind durch einen entgegen der Kraft einer Feder 18 hydraulisch betätigbaren Kolben 19 beaufschlagt. Ein zur Betätigung des Kolbens 19 vorgesehener Druckraum 20 ist an einen Längskanal 21 in der Antriebswelle 11 angeschlossen. Die Bremslamellen und das aus Sonnenrad und Planetenrädern 12 gebildete Vorsatz-Getriebe laufen in einem gemeinsamen Ölbad.

Claims (12)

1. Radlagereinheit eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Achszapfen, zwei auf dem Achszapfen angeordnete, axial voneinander beabstandete Wälzlager und ein die Wälzlager umgebendes Achsgehäuse, wobei auf der Innenseite des Achsgehäuses ein Hohlrad angeordnet ist, das mit mindestens einem Getrieberad in Eingriff steht, welches zumindest teilweise in einer radialen Ausnehmung des Achszapfens angeordnet und drehfest mit einer Zwischenwelle verbunden ist, die an zumindest einer Seite des Achszapfens aus diesem axial herausgeführt und mit einer koaxial zur Drehachse der Radlagereinheit angeordneten Antriebswelle trieblich verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) zwischen den beiden Wälzlagern (4, 5) angeordnet und die Zwischenwelle (10) beidseitig in dem Achszapfen (3) gelagert ist.

2. Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achszapfen (3) als drehbare Nabe und das Achsgehäuse (2) als am Fahrzeug befestigter Nabenträger ausgebildet ist.

3. Radlagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (11) als Sonnenrad eines Planetengetriebes ausgebildet ist, das mit einem Planetenrad (12) in Eingriff steht, welches auf dem aus dem Achszapfen (3) herausgeführten Ende der den Steg des Planetengetriebes bildenden Zwischenwelle (10) befestigt ist.

4. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) an der Innenseite des Achsgehäuses (1) angeformt ist.

5. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (10) auf der radfernen Seite des Achszapfens (3) aus diesem herausgeführt ist.

6. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebswelle (11) eine Bremse zugeordnet ist.

7. Radlagereinheit nach einem der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (10) auf der radnahen Seite des Achszapfens (3) aus diesem herausgeführt und der Achszapfen (3) von der Antriebswelle (11) zentrisch durchsetzt ist, wobei die Zwischenwelle (10) und die Antriebswelle (11) auf der radnahen Seite des Achszapfens (3) trieblich miteinander verbunden sind und zwischen der Antriebswelle (11) und der Nabe eine Bremse angeordnet ist.

8. Radlagereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse als hydraulisch lösbare Lamellen-Federspeicherbremse ausgebildet und in einem zusammen mit einer Radfelge (13) an der Nabe anschraubbaren Bremsträger (15) angeordnet ist.

9. Radlagereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (11) einen Längskanal (21) zur Zufuhr von Druckmittel zur Lamellenbremse aufweist.

10. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (4, 5) als Schrägkugellager mit gleichem Nenndurchmesser ausgebildet und in O-Anordnung montiert sind.

11. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe der Wälzlager (4, 5) einstückig an der Innenseite des Achsgehäuses (1) angeformt sind.

12. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenträger auf der Außenseite einen angeformten Befestigungsflansch (2) aufweist.