DE69309333T2 - Radträgervorrichtung, insbesondere für Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Radträgervorrichtung, insbesondere für Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges

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Description

  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Radlagereinheit des aus der FR-A-2 138 861 bekannten Typs, der die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 aufweist, insbesondere für ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges.
  • Es ist bekannt, daß Radlagereinheiten für die Antriebsräder von Fahrzeugen, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Vorderradantrieb, im wesentlichen ein Wälzlager zum Sicherstellen der Verbindung zwischen der Nabe und der Achse und ein homokinetisches Gelenk haben, dessen äußerer Ring glockenförmig ist und das, normalerweise einstückig mit diesem ausgebildet, eine Keilwelle zum Übertragen von Drehmoment trägt. In dem Bemühen, die Anzahl von Bauelementen in solchen Radlagereinheiten zu reduzieren, um ihren Zusammenbau zu vereinfachen, ihr Gesamtgewicht zu reduzieren und ihre Zuverlässigkeit zu steigern, werden oftmals Wälzlager der sog. "dritten Generation" verwendet, bei welchen sowohl der äussere Ring, als auch der innere Ring an gegenüberliegenden Enden mit zugehörigen außenliegenden Flanschen versehen sind, welche es erlauben, sie an dem Lenker der Aufhängung bzw. dem Rad zu befestigen, weswegen das Lager sowohl als Achse als auch als Nabe wirkt. Um bei den kleineren Abmessungen des Lagers eine ausreichende Lager-Tragfähigkeit sicherzustellen, muß der innere Ring aus zwei Stücken oder aus zwei Halbringen gebildet sein, die auf der Welle des homokinetischen Gelenkes montiert und in Anlage axial gegen diese verklemmt sind oder die, wie z.B. in der FR-A-2 138 861, miteinander verschweißt sind.
  • Die vorstehend beschriebene Lösung hat den Nachteil, daß sie das Vorhandensein einer Keilwellenverbindung zwischen der Welle des homokinetischen Gelenks und dem Lager erforderlich macht, die komplizierte und teure Arbeitsvorgänge nach sich zieht, um sicherzustellen, daß die Stärke (und damit das Gewicht) der betroffenen Bauelemente nicht unter bestimmte Grenzwerte fällt. Auch die aus der DE-A-2 329 554 bekannte Lösung beseitigt diese Nachteile nicht, weil die Keilwellenverbindung, obwohl der innere Ring des Lagers einstückig mit dem glockenförmigen Gehäuse des homokinetischen Gelenks gefertigt ist, einfach auf letzteres und das glockenförmigen Gehäuse selbst übertragen wird. Um den Nachteil wenigstens teilweise auszuräumen, wurden Lagereinheiten vorgeschlagen, bei denen wenigstens ein Halbring des Lagers in das homokinetische Gelenk integriert ist, beispielsweise indem man wenigstens eine der Laufbahnen des Lagers mittels eines mechanischen Bearbeitungsvorgangs auf dem äußeren Element des homokinetischen Gelenks ausbildet. Die praktische Verwendung dieser Lösung ist jedoch durch die Tatsache eingeschränkt, daß die in dem homokinetischen Gelenk im Betrieb erzeugte Wärme (infolge von Reibung) auf das Lager übertragen wird, das Spiel beeinflußt und ein Überhitzen des Schmierfetts und der Dichtvorrichtung mit der Folge einer frühzeitigen Beschädigung des Lagers selbst bewirkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radlagereinheit zu schaffen, die frei von den vorstehend beschriebenen Nachteilen ist und die insbesondere ein kleines Gewicht und eine kleine Größe besitzt, wegen des Fehlens schwierig zu bearbeitender Teile billig herzustellen ist und gleichzeitig gewährleistet, daß das Wälzlager eine lange Lebensdauer besitzt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Radlagereinheit vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird.
  • Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung eine nicht beschränkende Beschreibung einer Ausführungsform von ihr gegeben. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen radialen Schnitt durch die obere Hälfte einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit, deren untere Hälte symmetrisch ist;
  • Fig. 2 schematisch den Zusammenbau der Hauptkomponenten der Radlagereinheit nach Fig. 1.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 und 2 ermöglicht eine Radlagereinheit für ein Fahrzeug (nicht dargestellt), die insgesamt mit 1 bezeichnet ist, die Verbindung eines Rades 2, insbesondere eines angetriebenen/gelenkten Rades eines Kraftfahrzeugs, mit einer Aufhängung 3 (die nur teilweise schematisch dargestellt ist) des Kraftfahrzeuges selbst. Die Radlagereinheit 1 umfaßt ein Wälzlager 4 und ein homokinetisches Gelenk 5. Das Lager 4 besitzt einen Innenring 6 und einen Außenring 7, die konzentrisch zueinander sind, und eine Vielzahl Wälzkörper 8, die zwischen den Ringen 6, 7 eingesetzt sind, um sie bei geringer Reibung relativ zueinander drehbar zu machen. In diesem besonderen Fall sind eine Vielzahl von Kugeln in zwei Ringen 9 und 10 so angeordnet, daß sie in zugehörige, ringförmige Bahnen 11, die auf der inneren umfangsfläche des Außenrings 7 ausgebildet sind, und in zugehörige, gegenüberliegende Bahnen 12, 13 eingreifen, die auf der Außenseite des Innenrings 6 ausgebildet sind. Letzterer besteht aus zwei Halbringen 14, 15, die buchsenförmig sind und koaxial ineinander gesetzt sind, wobei im vorliegenden Fall ein Befestigungsflansch 16 für das Rad 2 (und für seine Bremsscheibe oder -trommel, die bekannt und der Einfachheit halber nicht dargestellt sind) einstückig mit dem Halbring 14 ausgebildet ist. Ein Flansch 18 zum Befestigen an der Aufhängung 3 ist einstückig mit dem Außenring 7 ausgebildet, von welchem er von dessen äusserer Fläche aus auf halbem Weg zwischen den Bahnen 11 radial nach außen wegragt. Die Flansche 16, 18 sind mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen 19 in ringförmiger Anordnung versehen, um Schrauben oder Bolzen zum Befestigen des Rades 2 und der Aufhängung 3 in bekannter Weise aufzunehmen, die aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt sind.
  • Wie zu ersehen, ist das homokinetische Gelenk 5 so angeschlossen, daß es mit dem Innenring 6, in diesem besonderen Fall mit dem Halbring 15 drehstarr verbunden ist, so daß es in der Lage ist, auf diesen das Antriebsmoment zu übertragen, welches ihm auf bekannte - hier der Einfachheit halber nicht dargestellte - Weise von dem Motor des Fahrzeugs zugeführt wird. Bekanntermaßen besitzt das homokinetische Gelenk 5 zu diesem Zweck ein erstes, radial inneres Element 20, das in nicht dargestellter, bekannter Weise drehstarr mit der Fahrzeug-Kraftübertragung, z.B. einer Achse, verbindbar ist, ein zweites radial äußeres Element 21, das mit dem Halbring 15 drehstarr verbunden ist, sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern 22, die zwischen die Elemente 20, 21 eingesetzt sind, so daß sie zugehörige Bahnen 23 belegen, die auf spezielle, jedoch dem Fachmann bekannte Weise ausgeformt und in den Elementen 20, 21 ausgebildet sind. Die Kugeln werden von einem Käfig 25 gehalten und geführt. Das Antriebsmoment wird von dem Element 20 aufgenommen, auf bekannte Weise über die Bahnen 23 und die Kugeln 22 auf das Element 21 übertragen und von diesem an den Halbring 15 weitergeleitet, welcher es, wie zu ersehen ist, auf den Halbring 14 überträgt, der es über den Flansch 16 an das Rad 2 abgibt.
  • Entsprechend einem ersten Merkmal der Erfindung ist das homokinetische Gelenk 5 als eine unabhängige Einheit in Form eines Rings ausgebildet, in welchem die beiden Elemente 20, 21 eine ringförmige, zylindrische Form haben, so daß die Bahnen 23 zueinander offen und von beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 26, 27 des Gelenks 5 selbst aus zugänglich sind. In Verbindung mit diesem Merkmal ist der Halbring 15 einstückig mit einem glockenförmigen Gehäuse 29 zur Aufnahme des homokinetischen Gelenks 5 ausgebildet, das von dem Halbring 14 wegweisend von einem ersten Ende 28 des Halbrings 15 hervorsteht. Das glockenförmige Gehäuse 29 ist als Fortsatz einer zylindrischen Tassenform ausgeformt, ragt axial weg von dem Ende 28 und besitzt einen äußeren Durchmesser, der größer als der des Innenrings 6 und in diesem besonderen Fall im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des Außenrings 7 ist, zu welchem es koaxial liegt. Inwendig bildet der Fortsatz bzw. das glockenförmige Gehäuse 29 einen zylindrischen Sitz 30, in welchen das äussere ringförmige Element 21 des homokinetischen Gelenks 5 mit radialem Preßsitz eingefügt wird, so daß es an einer mitwirkenden, axialen Schulter 31 anliegt, die durch die Endwand des Sitzes 30 gebildet wird. Diese Vorrichtung erlaubt, was als solches bekannt ist, eine Drehverbindung zwischen dem Gelenk 5 und dem glockenförmigen Gehäuse 29. Erfindungsgemäß ist das Gelenk 5 auch über eine direkte mechanische Verbindung angeschlossen, in diesem besonderen Fall über eine Schweißnaht 32 zwischen den gegenüberliegenden Flächen des äußeren ringförmigen Elements 21 des Gelenks 5 und einer Einlaßkante 33 des Sitzes 30 an dem der axialen Schulter 31 des Sitzes 30 entgegengesetzten Ende, wobei die Schweißnaht z.B. durch Laserschweißen hergestellt wird und das Element 21 drehstarr mit dem glockenförmigen Gehäuse 29 und damit über dieses mit dem Halbring 15 verbindet.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind auch die Halbringe 14, 15 mit Preßpassung zusammengefügt und an dem dem glockenförmigen Gehäuse 29 gegenüberliegenden Ende mittels einer zweiten Schweißnaht 35 drehstarr aneinander befestigt. Genauer gesagt ist der Halbring 15 an seinem Ende 28, von welchem das glockenförmige Gehäuse 29 wegragt, mit der Außenbahn 13 versehen und besitzt einen zylindrischen, buchsenförmigen Teil 36, der einen kleineren Außendurchmesser als der Innenring 6 in seiner Gesamtheit hat und von einer zweiten axialen Schulter 37 wegragt, die nahe der Bahn 13 am dem glockenförmigen Gehäuse 29 gegenüberliegenden Ende des Halbrings 15 ausgebildet ist und an seinem freien Ende gegenüber dem Ende 28 ein zweites Ende 38 des Halbrings 15 bildet. Der Halbring 14 ist im Preßsitz auf der Außenseite des buchsenförmigen Teils 36 befestigt, so daß er an der Schulter 37 anliegt und demzufolge den Flansch 16 starr an seinem Ende 39 nahe des Endes 38 trägt.
  • Die Schweißnaht 35 ist zwischen den gegenüberliegenden Flächen des zylindrischen, buchsenförmigen Teils 36 des Halbrings 15 und einem radial inneren Einlaßkantenbereich 40 des Endes 39 des Halbrings 14 ausgebildet. Das Ende 38 ragt axial über den Einlaßkantenbe reich 40 und die Schweißnaht 35 hinaus und ist mit axialen Sicherheits-Klemmitteln versehen, um den Halbring 14 geklemmt in Anlage an der Schulter 37 zu halten, auch wenn die Schweißnaht 35 brechen sollte. Im beschriebenen Fall ist eine Kante 41 unter plastischer Deformation gegen die Kante 40 gestaucht oder radial nach außen gebogen, so daß sie die Schweißnaht 35 im Betrieb überlappt, wie dies durch eine durchbrochene Umrißlinie in Fig. 1 dargestellt ist. Der Befestigungsflansch 16 hat vorzugsweise einen axial hervorstehenden Zentrierteil 50 für das Rad 2, der einen Raum vor dem Kantenbereich 40 begrenzt, in den das Ende 38 ragt.
  • Bei einer möglichen Variante, die in Fig. 2 mit durchbrochener Umfangslinie dargestellt ist, kann das Ende 38 nicht nur mit axialen Sicherheits-Klemmitteln sondern auch mit Mitteln zur Übertragung von Drehmoment versehen sein, um zu vermeiden, daß dieses in vollem Umfang über die Schweißnaht 35 übertragen wird. In diesem speziellen Fall besitzt die Kante 40 radiale Einschnitte oder Vertiefungen 60, die an ihrem Ende 39 in dem Raum 51 und in Zuordnung zu dem Flansch 16 ausgebildet werden. Zugehörige, zungenförmig ausgesparte Umfangsbereiche 61 der Kante 41 werden dann durch plastische Deformation radial nach außen in die Vertiefungen 60 aufgestaucht.
  • Der Zusammenbau der Einheit 1 geschieht einfach, schnell und billig und wird entsprechend der Darstellung in Fig. 2 durchgeführt. Das Gelenk 5 und die Bauelemente 7, 14, 15 werden getrennt voneinander unter niedrigen Kosten hergestellt, weil teure Arbeitsschritte, wie z.B. das Herstellen von Keilverbindungen, entfallen. Anschließend wird das Gelenk 5 in seinen Sitz 30 eingefügt und die Schweißnaht 32 hergestellt. Zum Schluß wird der Außenring 7 auf dem Halbring 14 montiert (oder gleichwertig auf dem Halbring 15) und die Halbringe 14, 15 werden miteinander verbunden. Dann wird die Schweißnaht 35 hergestellt und abschließend wird die Kante 41 (oder nur ihre Bereiche 61) beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Werkzeuges aufgestaucht. Damit wird die Verbindung zwischen dem Gelenk 5 und dem Halbring 15 durch die Schweißnaht 32 sichergestellt, die in jedem Fall ausreichend weit von der Bahn 13 entfernt liegt, um eine Gefahr von deren Deformation zu vermeiden, wobei diese Gefahr völlig fehlt, wenn ein Schweißverfahren mit niedriger Wärmeeinstreuung verwendet wird, wie z.B. das Laserschweißen oder das Elektronenstrahlschweißen. Die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Halbringen wird durch die Schweißnaht 35 gewährleistet, bezüglich derer im Verhältnis zu der Bahn 12 die gleiche Aussage wie für die Schweißnaht 32 zutreffend ist. Es ist anzumerken, daß wegen der Gestaltung der beschriebenen Halbringe 14, 15 die Schweißnaht 35 auch aus Sicht der angreifenden Lasten an einer optimalen Stelle angeordnet ist. Tatsächlich empfängt sie die Spannungen infolge der Drehmomentübertragung dadurch, daß sie am Ende des buchsenförmigen Fortsatzes 36 angeordnet ist, der ziemlich lang und dünn ist (über die gesamte Länge des Halbrings 14), infolge der Elastizität des Fortsatzes 36 selbst gedämpft, der sich wie ein Torsionsstab verhält. Auf jeden Fall schafft der Eingriff der umgebogenen Bereiche 61, falls vorhanden, in die Vertiefungen 60 weitere drehmomentübertragende Mittel, die die Schweißnaht 35 weiter entlasten.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einheit 1 liegt in der schlechten Wärmeübertragung im Betrieb zwischen dem Gelenk 5 und dem Lager 4. Praktisch verhält sich der Gelenk 5- Gehäuse 29-Halbring 15-Komplex, sobald die Schweißnaht hergestellt ist, wie eine bekannte Einheit aus homokinetischem Gelenk und Halbring, jedoch mit dem Vorteil, daß sich die Bahnen 23, da beide Stirnflächen 26, 27 des Gelenks 5 vor dem Zusammenbauen und Befestigen offen sind, von beiden Stirnflächen 26, 27 her entsprechend einer bekannten Technik mit wechselweise umgekehrter Krümmung herstellen lassen, die sich bei gewöhnlichen homokinetischen Gelenken deswegen unmöglich anwenden läßt, weil die Bahnen wegen des Vorhandenseins des einstückig mit dem Lager ausgebildeten Halbrings nur von einer und nicht von beiden Stirnflächen her zugänglich sind. Dieser besondere Arbeitsschritt erlaubt es, die Reibung zwischen den Bahnen 23 und dem Käfig 25 zu reduzieren und vermindert folglich drastisch die von dem Gelenk 5 produzierte Wärme und folglich ihrer Übertragung in das Lager 4.
  • Sollte die Schweißnaht 32 oder die Schweißnaht 35 brechen, besteht die einzige Folge in der Unterbrechung (oder deutlichen Reduzierung) der Drehmomentübertragung auf das Rad 2, was vom Fahrer des Fahrzeugs sofort bemerkt wird, der für eine Reparatur sorgen kann. Auf keinen Fall besteht ein Risiko des Lösens der Verbindung zwischen den beiden Halbringen 14, 15 und damit des Verlierens des Rades 2 an Geschwindigkeit, was andererseits mit bestimmten Ausführungen heute verwendeter Radeinheiten möglich ist.

Claims (6)

1. Radlagereinheit (1) mit einem Wälzlager (4) mit einem ersten Ring (6), einem zu diesem konzentrischen zweiten Ring (7) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (8), die zwischen den Ringen (6, 7) eingesetzt sind, um sie relativ zueinander mit geringer Reibung drehbar zu machen, wobei der erste und der zweite Ring einen ersten Befestigungsflansch (16) für ein Rad bzw. einen zweiten Befestigungsflansch (18) für eine Aufhängung an einem Fahrzeug haben und der erste Ring (6) aus einem ersten (14) und einem zweiten (15) buchsenförmigen Halbring zusammengesetzt ist, die koaxial aufeinander sitzen, mit radialem Preßsitz gekoppelt sind und an einem ersten axialen Ende (38) des zweiten Halbrings (15) durch eine erste Schweißnaht (35) drehfest verbunden sind, und von denen der erste Halbring (14) fest mit dem Radbefestigungsflansch (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der zweite Halbring (15) mit einem homokinetischen Gelenk (5) fest verbunden ist;
- das homokinetische Gelenk (5) als eine unabhängige Einheit ausgebildet ist, die aus zwei ringförmigen Elementen besteht, nämlich einem radial inneren (20) und einem radial äußeren (21), die konzentrisch mit dazwischen eingesetzten Rollkörpern (22) montiert sind;
- der zweite Halbring (15) einstückig mit einem von seinem dem ersten axialen Ende (38) entgegengesetzten, zweiten axialen Ende vorspringenden, glockenförmigen Gehäuse (29) für das homokinetische Gelenk (5) ausgebildet ist, wobei das glockenförmige Gehäuse (29) einen Sitz (30) hat, in den das radial äußere ringförmige Element (21) des homokinetischen Gelenks (5) mit radialem Preßsitz so eingepaßt ist, daß es an einer entsprechenden axialen Schulter (31) des Sitzes (30) anliegt;
- das homokinetische Gelenk (5) mit dem glockenförmigen Gehäuse (29) drehfest verbunden ist durch den Preßsitz und eine zweite Schweißnaht (32) zwischen den gegenüberliegenden Flächen des radial äußeren ringförmigen Elements (21) des Gelenks (5) und einer Einlaßkante (33) des Sitzes (30) an dem der axialen Schulter (31) des Sitzes (30) entgegengesetzten Ende.
2. Radlagereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Halbring (14, 15) einen Innenring (6) des Lagers (4) bilden, der zweite Halbring (15) an dem zweiten Ende (28), von dem das glockenförmige Gehäuse (29) des Gelenks vorspringt, eine erste äußere Laufbahn (13) für eine erste Ringreihe (10) von Rollkörpern des Lagers (4) hat und einen zylindrischen, buchsenförmigen Teil (36) aufweist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Innenrings (6) und der von einer zweiten axialen Schulter (37), die an dem dem glockenförmigen Gehäuse (29) entgegengesetzten Ende und am zweiten Halbring (15) neben der ersten Laufbahn (13) ausgebildet ist, vorspringt und an seinem eigenen freien Ende das zweite, dem ersten Ende entgegengesetzte Ende (38) des zweiten Halbrings bildet, daß der erste Halbring (14) außen mit Preßsitz so auf den zylindrischen, buchsenförmigen Teil (36) aufgepaßt ist, daß er an der zweiten axialen Schulter (37) anliegt, und an seinem dem zweiten Ende (38) des zweiten Halbrings (15) benachbarten Ende außen mit dem Radbefestigungsflansch (16) versehen ist, und daß die erste Schweißnaht (35) zwischen gegenüberliegenden Flächen des zylindrischen, buchsenförmigen Teils (36) des zweiten Halbrings (15) und einem radial inneren Randbereich (40) an dem mit dem Flansch (16) versehenen Ende des ersten Halbrings (14) ausgebildet ist.
3. Radlagereinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (38) des zweiten Halbrings (15) axial über den radial inneren Randbereich (40) des ersten Halbrings (14) und über die erste Schweißnaht (35) vorsteht und mit axialen Sicherheits- Klemmitteln (41) für den ersten Halbring versehen ist, um ihn geklemmt in Anlage an der zweiten Schulter (37) zu halten.
4. Radlagereinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Sicherheits-Klemmittel durch eine Kante (41) des zweiten Endes (38) des zweiten Halbrings (15) gebildet sind, die durch plastische Verformung radial nach außen gegen die Einlaßkante des ersten Halbrings (14) gepreßt ist, so daß sie die erste Schweißnaht (35) überlagert.
5. Radlagereinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Sicherheits-Klemmittel durch zungenförmig freigelegte Umfangsbereiche (61) einer Kante (41) des zweiten Endes des zweiten Halbrings (15) gebildet sind, die durch plastische Verformung radial nach außen gepreßt sind, so daß sie in entsprechende, in der gegenüberliegenden Einlaßkante des ersten Halbrings (14) eingeformte, radiale Vertiefungen (60) eingreifen, um zusammen mit diesen weitere Übertragungsmittel zur Drehmomentübertragung zwischen den Halbringen (14, 15) zu bilden.
6. Radlagereinheit (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch (16) des ersten Halbrings (14) einen axial vorspringenden Zentrierteil (50) für das Rad hat, der einen Raum vor der Einlaßkante des ersten Halbrings (14) begrenzt, in den das zweite Ende (38) des zweiten Halbrings (15) ragt.
DE69309333T 1992-02-28 1993-02-19 Radträgervorrichtung, insbesondere für Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges Expired - Lifetime DE69309333T2 (de)

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