DE69106939T2

DE69106939T2 - Selbsteinstellende Radlagereinheit.

Info

Publication number: DE69106939T2
Application number: DE69106939T
Authority: DE
Inventors: Gregory Coates
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2011-06-13
Also published as: JP3203562B2; AU7840591A; CA2044083C; EP0461637A1; CA2044083A1; DE69106939D1; AU638837B2; US5048979A; EP0461637B1; JPH06117433A; ATE117776T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Radlager und insbesondere Kraftfahrzeugradlager für die Vorderräder eines Kraftfahrzeugs, bei der sich die Radlageranordnung selbst einstellt, um den geeigneten Druck auf die Lager aufrechtzuerhalten. Die Erfindung geht von einer Anordnung gemäß SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED, Woche 3904, 8. März 1989, Anmeldenr. 89- 030850/04, Derwent Publications Ltd., London, GB, aus. Die relevanten Merkmale dieses Standes der Technik sind im Oberbegriff des Anspruchs 1 enthalten.
Die Vorderräder eines Kraftfahrzeugs sind normalerweise auf einer Achse montiert, wobei das Rad auf der Achse in Kontakt mit einem inneren und einem äußeren Radlager gestützt ist, welche das Rad stützen und dessen freies Drehen ermöglichen. Die Felge und der Reifen des Fahrzeugs sind an dem Rad montiert. Es ist gängige Praxis, das innere Radlager auf die Achse aufzustecken, das Rad an der Achse zu montieren und das äußere Radlager in Verbindung mit dem Rad auf der Achse derart zu montieren, daß das Rad auf dem inneren und dem äußeren Radlager aufliegt. Eine feststehende Sicherungsscheibe wird anschließend auf dem mit einem Gewinde versehenen Achsschenkel in der Nähe des äußeren Radlagers angeordnet und mittels einer Sicherungsmutter, die durch einen sich durch den Achsstummel erstreckenden Splint gesichert ist, festgelegt.
Beim Anbringen oder Ersetzen von Vorderradlagern muß der Mechaniker die Position des Radlagers und die Position der festen Scheibe und der Sicherungsmutter beachten, um sicherzustellenl daß sich das Rad ohne Wackeln und Spiel frei dreht. Sind die Radlager nicht ausreichend gesichert, führt das Spiel im Rad zu einer verringerten Lebensdauer der Radlager, einer ungleichmäßigen Abnutzung des Reifens, einer für den Fahrer über das lenkrad spürbaren möglichen Vibration und zu einem insgesamt unsicheren Betrieb des Fahrzeugs. Wird das äußere Radlager zu stramm befestigt, kann das Lager nicht frei drehen, wodurch frühzeitiger Verschleiß und wiederum eine unkorrekte und unsichere Fahrzeugführung bewirkt werden.
Die Vorrichtung des Anmelders schafft eine selbsteinstellende Anordnung, die zwischen dem äußeren Radlager und der Sicherungsmutter angeordnet ist und den Druck auf das äußere Radlager automatisch einstellt, um jegliches Spiel in bezug auf seinen Kontakt mit dem Rad auszugleichen, ohne jedoch ein übermäßiges Anziehen zu bewirken.
Die selbsteinstellende Anordnung nach der genannten Veröffentlichung ist für eine Kugellageranordnung vorgesehen. Eine gedehnte Schraubenfeder ist zwischen der mit einem Gewinde versehenen und auf die Achse aufgeschraubten selbseinstellenden Mutter und einem ebenfalls auf die Achse aufgeschraubten Ringteil vorgesehen, wobei das Ringteil durch eine Radialschraube, die in eine Axialnut in der Achse eingreift, gegen Drehung gesichert ist. Es hängt somit während der Montage von dem Gefühl des Mechanikers ab, wie weit er das Ringteil auf die Achse aufschraubt, das heißt, wie sehr er die gedehnte Schraubenfeder zusammendrückt. Daher ist das auf die selbsteinstellende Mutter wirkende Drehmoment nach jeder Montage verschieden. Es ist unmöglich, einen vorgegebenen Drehmomentwert mit maximaler Wirksamkeit für den jeweiligen Zweck zu reproduzieren. Dies ist bei einer Radlageranordnung nicht akzeptabel. Ein weiterer Nachteil der bekannten Radlageranordnung ist, daß die Schraubenfeder durch Vibrationen radialen Verschiebungen ausgesetzt ist, die das auf die selbsteinstellende Mutter einwirkende Drehmoment in unberechenbarer Weise weiter beeinflussen können.
Im Hinblick auf die genannten Nachteile, die sich aus der Verwendung der bekannten Lagereinheit für eine Radlageranordnung ergeben, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine selbsteinstellende Anordnung zu schaffen, die zur Verwendung mit Radlagern sowie während der Montage und dem Ersetzen der Radlager und während des Führens eines Fahrzeugs besonders vorteilhaft ist, da sie eine optimale Positionierung und Sicherung der relevanten Teile der Anordnung ermöglicht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine selbsteinstellende Anordnung zu schaffen, die den Druck auf das äußere Radlager während des Betriebs des Fahrzeugs einstellt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine selbsteinstellende Anordnung zu schaffen, die ein korrektes Positionieren der Radlager bei deren Montage oder Ersetzen ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine selbsteinstellende Anordnung zu schaffen, die den Druck auf das äußere Radlager während des Fahrzeugbetriebs selbst einstellt und einen vorzeitigen Verschleiß der Radlager verhindert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine selbsteinstellende Anordnung zu schaffen, die den Druck auf das Radlager selbst einstellt, wodurch das Spiel zwischen den Radlagern und dem Rad eliminiert wird und ein einwandfreies Drehen des Rades sowie dessen Ausrichtung gewährleistet, wodurch die Lebensdauer der Reifen verlängert wird.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine selbsteinstellende Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Montage der Lager mit reproduzierbarer Umfangsspannung der Vorspanneinrichtung, die an jede Verwendung angepaßt ist. Die Spannung der Vorspanneinrichtung und der daraus resultierende Druck auf das äußere Radlager sind je nach Radgröße von Fahrzeug zu Fahrzeug verschieden. Dieser besonderen Anforderung wird durch die Merkmale der Ansprüche 5 bis 7 Rechnung getragen.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung sowie andere Aufgaben und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, insbesondere in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen, welche zeigen:
Figur 1 - eine explodierte Seitenansicht einer typischen herkömmlichen Vorderradachse, eines Achsschenkels und einer Radlageranordnung für ein Automobil.
Figur 2 - eine Endansicht einer typischen herkömmlichen Vorderachse und eines Achsschenkels für ein Automobil.
Figur 3 - eine Seitenansicht einer Vorderradachse und eines Achsschenkels mit darauf befestigten Radlagern und montierter selbsteinstellender Anordnung.
Figur 4 - eine Explosionsdarstellung der selbsteinstellenden Radlageranordnung.
Figur 4A - eine perspektivische Darstellung der selbsteinstellenden Mutter der selbsteinstellenden Radlageranordnung.
Figur 4B - eine perspektivische Darstellung der äußeren festgelegten Scheibe.
Figur 4C - eine perspektivische Darstellung der inneren festgelegten Scheibe.
Figur 5A - eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der selbsteinstellenden Mutter der selbsteinstellenden Radlageranordnung.
Figur 5B - eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorspanneinrichtung der selbsteinstellenden Radlageranordnung.
Figur 5C - eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der äußeren festgelegten Scheibe der selbsteinstellenden Radlageranordnung.
Figur 1 ist eine explodierte Seitenansicht einer typischen Vorderradachse oder Achsschenkelanordnung. Die Achse oder der Achsschenkel 10 erstreckt sich von der (nicht dargestellten) Aufhängungsanordnung des Fahrzeugs aus und weist üblicherweise einen kreisrunden Querschnitt sowie ein mit einem Gewinde versehenes äußeres Achsschenkelende 12 und ein glattes inneres Ende 14 auf, das in einem Übergangsbereich 13 von der glatten Fläche zur Gewindeoberfläche des Achsschenkelendes 12 konisch zuläuft. Die Achse 10 ist zur frei drehenden Aufnahme des (nicht dargestellten) Rades des Fahrzeugs ausgebildet. An dem Rad des Fahrzeugs ist die Felge mit dem darauf vorgesehenen Reifen üblicherweise mittels Radmuttern befestigt.
Damit ein freies Drehen des Rades und der Felge sowie des Reifens möglich ist, muß zwischen der Achse 10 und dem Rad eine Lagerfläche bestehen. Diese Lagerfläche besteht üblicherweise aus einem inneren Radlager 16 und einem äußeren Radlager 18. Das innere Radlager 16 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem mehrere Wälzkörper 22 vorgesehen sind, welche ein freies Drehen des inneren Radlagers 16 um die Achse 10 ermöglichen. Das äußere Radlager 18 weist ein Gehäuse 24 auf, um das mehrere in einem Träger 28 vorgesehene Wälzkörper 26 angeordnet sind. Der Träger 28 und die Wälzkörper 26 drehen frei um die Achse 10. Das äußere Wälzlager 18 ist mit einer durchgehenden Öffnung 29 versehen, die dem konischen Teil 13 der Achse 10 konform ausgebildet ist. Bei der Montage wird das innere Radlager 16 wie in Figur 1 dargestellt angeordnet, das Rad des Fahrzeugs wird auf der Achse 10 angeordnet und das äußere Radlager 18 wird auf der Achse 10 in dem sich verjüngenden Übergangsbereich 13 angeordnet, wodurch es mit dem inneren Radlager 16 beim Stützen des Rades auf der Achse 10 zusammenwirkt. Eine festgelegte Unterlegscheibe 30 wird anschließend nahe dem äußeren Radlager 18 auf der Achse 10 angeordnet. Die festgelegte Unterlegscheibe 30 weist zum Anordnen auf der Achse 10 eine durchgehende Keilöffnung 32 auf. Anschließend wird eine Sicherungsmutter 34, die eine Gewindeöffnung 36 aufweist, auf das mit einem Gewinde versehene Achsschenkelende 12 der Achse 10 aufgeschraubt und zum Sichern des äußeren Radlagers 18 in dessen Position am Rad des Fahrzeugs angezogen, wodurch das Rad des Fahrzeugs durch das innere Radlager 16 und das äußere Radlager 18 gestützt ist. Ein Sicherungsstift oder ein Splint 38 wird durch eine querverlaufende Öffnung 40 im mit elnem Innengewinde versehenen Achsschenkelende 12 der Achse 10 in Zusammenwirkung mit der Sicherungsmutter 34 angebracht, um diese in ihrer Position zu sichern und damit auch das äußere Radlager in seiner Position zu sichern.
Figur 2 ist eine Endansicht einer typischen Vorderachse und zeigt den mit einem Gewinde versehenen äußeren Endbereich 12 der Achse 10, der eine ebene Kreissehnenfläche 42 aufweist, die mit der Öffnung 32 der festgelegten Unterlegscheibe 30 als Keil zusammenwirkt, um die festgelegte Unterlegscheibe 30 in gegen Drehung gesicherter Position zu halten.
Beim Montieren der Vorderradlager muß der Mechaniker die Sicherungsmutter 34 anziehen, um sicherzustellen, daß das äußere Radlager 18 kein Spiel hat und sein Sitz in dem Fahrzeugrad fest ist, jedoch darf das Anziehen nicht so stark sein, daß das Lager blockiert und das Drehen verhindert wird. Diese Einstellung der Sicherungsmutter 34 erfolgt nach Gefühl und ist daher oftmals ungenau. Oft ist der Sitz nicht sicher und es besteht ein geringfügiges Spiel des äußeren Radlagers, das zu einer vorzeitigen Abnutzung des Radlagers. einem möglichen Wackeln des Rades oder einem Spiel im Rad und damit zu ungleichmäßiger und vorzeitiger Reifenabnutzung führt. Diesen Möglichkeiten wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen selbsteinstellenden Lagers nach den Figuren 3 und 4 entgegengewirkt. Figur 3 zeigt eine Achse 10 mit einem darauf angebrachten inneren Radlager 16 und einem darauf angeordneten äußeren Radlager 18. Eine innere festgelegte Unterlegscheibe 30 ist zwischen dem äußeren Radlager 18 und der durch einen Sicherungsstift oder Splint 38 festgelegten Sicherungsmutter 34 vorgesehen. Zwischen der festgelegten inneren Unterlegscheibe 30 und der Sicherungsmutter 34 ist der erfindungsgemäße selbsteinstellende Mechanismus zum kontinuierlichen Beibehalten des geeigneten Drucks auf das äußere Radlager 18 angeordnet. Dieser Mechanismus ist am besten in Zusammenhang mit Figur 4 zu verstehen, die eine Explosionsdarstellung der äußeren Radlageranordung zeigt. Wie in Figur 4 dargestellt, weist das äußere Radlager 18 eine standardgemäße Ausbildung auf und die in der perspektivischen Darstellung in Figur 4C gezeigte festgelegte innere Unterlegscheibe 30 ist ebenfalls von standardgemäßer Ausbildung. Die erfindungsgemäße selbsteinstellende Mutter 50 ist perspektivisch in Figur 4A dargestellt. Die selbsteinstellende Mutter 50 weist eine planare ringförmige Basis 52 mit mehreren umfangsmäßig angeordneten Öffnungen 54 auf. In der Mitte der planaren Basis 52 ist ein zylindrisches Schaftteil 56 mit einem Lippenteil 58 vorgesehen. Die Sicherungsmutter 50 weist eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung 60 auf, welche sich durch das Schaftteil 56 und die planare Basis 52 erstreckt, wobei die Öffnung 60 den Abmessungen des mit einem Gewinde versehenen Achsschenkels 12 der Achse 10 entspricht.
Eine Vorspanneinrichtung in Form einer Schraubenfeder 70 ist auf dem zylindrischen Schaftteil (56 der selbsteinstellenden Mutter 50 angeordnet. Das erste Ende 72 der Schraubenfeder 70 ist umgebogen, so daß es in eine der mehreren Öffnungen 54 im planaren ringförmigen Basisteil der selbsteinstellenden Mutter 50 eingreifen kann. Das zweite Ende 74 der Schraubenf eder 70 ist in ähnlicher Weise gebogen, so daß es in eine der über den Umfang der festgelegten äußeren Unterlegscheibe 80 angeordneten Öffnungen 78 eingreifen kann, wobei die Unterlegscheibe 80 eine durchgehende Keilöffnung 82 aufweist, wie in Figur 4B dargestellt.
Die erfindungsgemäße selbsteinstellende Mutter 50, die Vorspanneinrichtung und die festgelegte äußere Unterlegscheibe 80 wirken, wenn sie zwischen der festgelegten inneren Unterlegscheibe 30 und der Sicherungsmutter 34 gesichert sind, zusammen, um durch die Spannung der Schraubenfeder 70 einen nach innen wirkenden Druck auf das äußere Radlager 18 aufzubringen.
Figur 5A ist eine perspektivische Darstellung einer selbsteinstellenden Mutter 50a. Die selbsteinstellende Mutter 50a ist zu der selbsteinstellenden Mutter 50 identisch, mit der Ausnahme, daß anstelle mehrerer Öffnungen 54 zum Eingreifen der Vorspanneinrichtung in dem Schaftteil 56a, 58a ein Schlitz oder eine Keilnut 90 zur Aufnahme eines eingreifenden Endes der Vorspanneinrichtung vorgesehen ist.
Figur 5B zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorspanneinrichtung 70a, die aus einer Spiralfeder besteht, wobei die Windungen in sich konzentrisch angeordnet ist und jedes Ende umgebogen ist.
Figur 5C zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der festgelegten äußeren Unterlegscheibe 80a. Die festgelegte äußere Unterlegscheibe 80a weist keine in ihrer Oberfläche vorgesehenen Öffnungen 78 auf, sondern ist mit einer ringförmigen Lippe 92 versehen, die im wesentlichen senkrecht zur planaren Oberfläche der festgelegten äußeren Unterlegscheibe 80a verläuft. Diese ringförmige Lippe weist mehrere darin ausgebildete Aussparungen 94 auf, die mit dem äußersten Vorsprung der Vorspanneinrichtung 70a zusammengreifen.
Das zweite Ausführungsbeispiel bildet eine Anordnung mit verringerter Breite oder Tiefe, wodurch ein geringerer Platzbedarf auf der Achse erreicht wird.
Bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele ist ersichtlich, daß die durch Positionieren der Vorspanneinrichtung auf der selbsteinstellenden Mutter und das Eingreifen in die selbsteinstellende Mutter und die festgelegte Unterlegscheibe in der Vorspanneinrichtung erzeugte Spannung einen nach innen wirkenden Druck auf die selbsteinstellende Gewindemutter ausübt, um Druck auf das äußere Radlager aufzubringen und dessen Position in bezug auf das Rad des Fahrzeugs beizubehalten.
Die Spannung der Vorspannungseinrichtung und der sich ergebende Druck auf das äußere Radlager sind je nach Radgröße von Fahrzeug zu Fahrzeug verschieden. Die Spannung einer Vorspanneinrichtung für das Rad eines Lastkraftwagens ist beispielsweise größer als die Spannung einer für das Rad eines Personenkraftwagens verwendeten Vorspanneinrichtung.
Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit einem als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiel beschrieben, jedoch sind für den Fachmann zahlreiche Modifikationen ersichtlich; die Anmeldung umf aßt sämtliche Abänderungen und Varianten der Erfindung. Die Erfindung ist ausdrücklich nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Selbsteinstellende Radlageranordnung für ein Kraftfahrzeug, bei der das Rad drehbar auf einer Achse (10) befestigt ist, gestützt von einem inneren und einem äußeren Radlager (16; 18), wobei die Vorrichtung aufweist:

- eine selbsteinstellende Gewindemutter (50), die einen zu ihrer Achse koaxialen rohrförmigen Schaft (56) aufweist und in der Nähe des äußeren Radlagers (18) auf das äußere Ende (12) eines mit einem Gewinde versehenen Achsschenkels der Achse (10) aufgeschraubt ist;

- ein auf der Achse (10) befestigtes nicht drehbares Ringteil (80);

- eine zwischen der selbsteinstellenden Gewindemutter (50) und dem Ringteil (80) angeordnete Vorspanneinrichtung (70), die ein erstes Ende (72) und ein zweites Ende (74) aufweist, wobei das erste Ende (72) und das zweite Ende (74) winklig angeordnet sind, um in Aufnahmeöffnungen in der selbsteinstellenden Gewindemutter (50) und dem Ringteil (80) einzugreifen;

- eine auf der Achse (10) gesicherte Verriegelungseinrichtung (34) zum Sichern der Anordnung auf der Achse (10), dadurch gekennzeichnet,

daß der rohrförmige Schaft (56) der selbsteinstellenden Mutter (50) sich axial nach außen erstreckt und eine an seinem axial äußeren Ende angeordnete umlaufende ringförmige Lippe (58) aufweist,

daß die Vorspanneinrichtung (70) auf dem rohrförmigen Schaft (56) der drehbaren selbsteinstellenden Mutter (50) befestigt ist,

daß das Ringteil eine gegen Drehung gesicherte und axial verschiebbare Unterlegscheibe (80) ist,

und daß die Verriegelungseinrichtung eine Verriegelungsmutter (34) ist, die auf die Welle (10) aufgeschraubt ist und zum Sichern der Unterlegscheibe und der selbsteinstellenden Mutter zwischen der Verriegelungsmutter (34) und dem äußeren Radlager (18) auf die Unterlegscheibe (80) einwirkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Vorspanneinrichtung eine Spulenfeder (70) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Spulenfeder (70) eng beieinanderliegende Wicklungen aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Wicklungen der Spulenfeder (70a) konzentrisch ineinander angeordnet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei der die drehbare selbsteinstellende Mutter (50) mehrere Öffnungen (54) zum selektiven Zusammengreifen mit der Vorspanneinrichtung (70) aufweist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei der die gegen Drehung gesicherte Unterlegscheibe (80; 80a) mehrere Öffnungen (78; 94) für selektiven Eingriff aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der die gegen Drehung gesicherte Unterlegscheibe (80a) eine im wesentlichen senkrecht zu der planaren Oberfläche der Unterlegscheibe (80a) angeordnete ringförmige Lippe (92) aufweist, die mit mehreren Einkerbungen (94) versehen ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei der die Vorspanneinrichtung (70) durch das Eingreifen in die Öffnungen (54) der selbsteinstellenden Mutter (50) und der gegen Drehung gesicherten Unterlegscheibe (80) eine Spannung in der Vorspannungseinrichtung (70) erzeugt, die bewirkt, daß sich die selbsteinstellende Mutter (50) dreht und auf das äußere Radlager (18) Druck ausübt, wodurch das äußere Radlager (18) in der richtigen Beziehung zum Rad gehalten wird.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-8, bei der eine zweite fixierte Unterlegscheibe (30) zwischen der selbsteinstellenden Mutter (50) und dem äußeren Radlager (18) auf der Achse (10) angeordnet ist.