Wälzgenietete Radlageranordnung mit gestuftem Innenring
Die Erfindung betrifft eine Radlageranordnung einer Fahrzeugachse mit einem wenigstens zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager zur Lagerung einer durch ein Antriebselement antreibbaren oder einer nicht angetriebenen Radnabe, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Radlageranordnungen für Fahrzeugräder umfassen eine rotierende Radnabe, die das Radlager mit dem Fahrzeugrad und der Bremsscheibe sowie bei angetriebe- nen Rädern zusätzlich mit einem beispielsweise als Gelenkglocke ausgeführten Antriebselement verbindet. Über den ortsfest positionierten Außenring ist das Radlager weiterhin mit einem Radträger des Fahrwerks verbunden. Eine Fixierung des Radlagers an der Radnabe erfolgt insbesondere mittels eines endseitigen Wälznietbundes der Radnabenaufnahme.
Die Radnabe und deren Anbindung an den Radträger sind den über das Fahrzeugrad eingeleiteten Belastungen im Fahrbetrieb unmittelbar ausgesetzt. Daher ist es erforderlich, dass die Radnabe und deren Radlager zuverlässig ausgelegt und mit einer hohen Qualität gefertigt wird.
Der Wälznietbund zur dauerfesten Fixierung des Radlagerinnenrings ermöglicht es, Radlageranordnungen anzubieten, die bereits im Herstellerwerk vorgespannt werden und bei dem Fahrzugkunden direkt an dem Radträger montierbar sind. Damit wird eine fehlerträchtige Montage des Radlagers vermieden, bei der bei- spielsweise die Vorspannung nicht korrekt eingestellt ist. Da die Vorspannung eines Radlagers für die Lebensdauer entscheidend ist, kann der Wälzlagerhersteller durch den Wälznietbund bzw. die Vernietung die Vorspannung kontrollieren und optimal einstellen und folglich eine weitreichende Garantie für das Produkt geben. Aus der DE 10 2005 019 731 A1 ist eine Radlageranordnung bekannt, die als Schrägkugellager ausgeführt und mit einem Wälznietbund vorgespannt ist, wobei stirnseitig eine axiale Verzahnung in den Wälznietbund eingebracht ist. Aus der DE 36 36 243 A1 ist eine Radlageranordnung bekannt, bei der die Radnabe und
eine Gelenkglocke des Antriebselements mittels einer Paarung von miteinander korrespondierenden Stirnverzahnungen formschlüssig ineinandergreifen, um ein Antriebsmoment zu übertragen. Alternativ zu einer Stirnverzahnung sind Lösungen bekannt, bei denen die Radnabe über eine Radial- oder eine Innenverzahnung mit dem Antriebselement verbunden ist. Die US 2012/0076450 A1 offenbart in Fig. 6 eine Radlageranordnung für nicht angetriebene Räder mit einem als zweireihiges Kegelrollenlager ausgeführten Radlager. Ein separater Innenring ist dabei über einen Wälznietbund der Radnabe fixiert. Die Fig. 5 veranschaulicht den Aufbau einer aus der DE 10 2005 009 935 A1 bekannten Radlageranordnung 1 , die ein Radlager mit zwei Wälzkörperreihen 5,6 einschließt. Die Wälzkörper sind außenseitig in einem einstückig mit einem Radträger verbundenen Flansch 2 geführt, der die Funktion eines Lagerrings ausübt. Innenseitig ist die erste Wälzkörperreihe 5 an der Radnabe 3 und die weitere Wälzkörperreihe 6 an einem Innenring 4 geführt, der in der Radnabe 3 eingepasst ist. Eine Lagesicherung des Innenrings 4 erfolgt mittels eines Wälznietbundes 9 der Radnabe 3, der sich an der Stirnseite 1 1 des Innenrings 4 abstützt. Im Einbauzustand steht die Radlageranordnung 1 mit einem Antriebselement (nicht gezeigt) in Wirkverbindung. Dazu ist in dem Wälznietbund 9 der Radnabe 3 stirnseitig eine Verzahnung eingebracht, die beispielsweise formschlüssig in eine Verzahnung einer Gelenkglocke des Antriebselements eingreift.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Konzept für eine flexible, bauraumop- firmierte Gestaltung einer einfach zu fertigenden Radlageranordnung zu schaffen, mit dem weiterhin eine verbesserte Bauteilsteifigkeit realisierbar ist.
Diese Problemstellung wird durch eine Radlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt, die auf den Anspruch 1 rückbezogen sind.
Gemäß der Erfindung ist der Innenring der Radlageranordnung radial gestuft ausgeführt, der dabei zwei zueinander abweichende Innendurchmesser aufweist. Im
eingebauten Zustand ist der Innenring mit einer komplementär zur Innenkontur des Innenrings gestalteten Aufnahme der Radnabe eingepasst und stirnseitig von einem Wälznietbund der Radnabe lagefixiert. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Innenrings mit einer lokalen innenseitigen Verdickung bewirkt eine vorteilhafte, deutliche Versteifung des Innenrings, der damit einen wirksamen Schutz gegen ein nachteiliges Aufweiten bei der Wälznietung bietet. Durch den verkürzten Innenring reduziert sich gleichzeitig der erforderliche Bauraum in axialer Richtung der Radnabe. Folglich ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept eine flexible, bauraumoptimierte Gestaltung der Radlageranordnung selbst bei einem vorgegebenen Wälznietdurchmesser oder Verzahnungsdurchmesser einer stirnseitigen Verzahnung der Radnabe. Durch die radiale Versteifung des Innenrings im Bereich des kleinsten Bohrungsdurchmessers kann im Bereich des Außendurchmessers vom Innenring Material entfallen. Der damit geschaffene zusätzliche Bauraum kann genutzt werden, um die Umgebungskonstruktion, beispielsweise die Abdichtung des Radlagers, zu optimieren. Der verkürzte Innenring gemäß der Erfindung verbessert außerdem vorteilhaft die Bauteilfestigkeit der Radnabe, die gleichzeitig zu einer verbesserten Lagersteifigkeit des Radlagers führt. Die Lagersteifigkeit ist der Widerstand, den das Radlager gegen durch Belastungen hervorgerufene elastische Auslenkungen aufbringt. Die Belastungen während des Fahrzeugbetriebes sind die, die auf das Fahrzeugrad und die dazugehörige Radaufhängung wirken. Je geringer die Lagersteifigkeit, umso mehr führen Belastungen zu Verkippungen des Radsystems, die sich nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges, insbesondere bei Kurvenfahrt, auswirken. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht außerdem die Einbringung einer gewünschten Klemmkraft in den von dem Innenring und dem Wälznietbund der Radnabe gebildeten Verbund. Die in Richtung einer Radlagerinnenzone weisende schlanke und/oder sich verjüngende Spitze des Innenrings bewirkt weiterhin eine gewünschte verbesserte Federfähigkeit des Innenrings. Vorteilhaft ist der kompakte Innenring gemäß der Erfindung einfach zu fertigen und mittels kosten-
günstiger Maßnahmen sowohl mit einer angetriebenen als auch mit einer nicht angetriebenen bzw. geschleppten Radnabe kombiniert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innenring im Einbauzustand mit dem kleinsten Innen- bzw. Bohrungsdurchmesser zu dem Wälznietbund ausgerichtet eingesetzt ist. Bei dieser Einbaulage kann der Innenring vorteilhaft mittels einer Wälznietung gesichert werden, deren Wälznietkopfgröße und Wälznietdurchmesser im Vergleich zu bisherigen Lösungen deutlich auf ein einfach zu fertigendes Maß reduziert werden. Durch den in Richtung des Wälznietbundes massiv und damit steifer ausgebildeten Innenring wird bei der mittels einer taumelnden Bewegung durchgeführten Wälznietung vorteilhaft eine nachteilige Aufweitung des Innenrings verringert. Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, den Wälznietdurchmesser bzw. den Durchmesser der Stirnverzahnung durch eine Anpassung des wälznietbundseitigen Innennngdurchmessers zu variieren oder auf ein Sollmaß anzupassen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Innenring einen den Wälznietbund übergreifenden, radial gestuften und axial vorstehenden Ansatz bildet, der innerhalb des erfindungsgemäß verkürzten und damit geschaffenen vergrößerten Bauraum für die Umgebungskonstruktion realisierbar ist. Der axial vorstehende, eine zylindrische Mantelfläche bildende Ansatz oder Bund kann mit einer Abdichtung des Radlagers zusammenwirken. Bevorzugt eignet sich der Ansatz zur Abstützung einer elastischen Dichtlippe einer im Außenring des Radlagers lagefixierten Dichtung. Alternativ dazu bietet es sich an, mittels einer Kassettendichtung das Radlager abzudichten, wobei beispielsweise eine Schleuderscheibe der Kassettendichtung auf dem Ansatz des Innenrings positioniert ist. Alternativ oder ergänzend zu einem axial vorstehenden Ansatz oder Bund kann der erfindungsgemäß ausgebildete Innenring eine radial ausgerichtete Wandung einschließen, die bis auf einen Ringspalt an eine Innenkontur des Außenrings geführt ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließt die Erfindung zur Abdichtung des Radlagers ein an dem Außenring befestigtes, scheibenartig gestaltetes Abdeckelement ein. Das bevorzugt eng an dem Radlager verlaufende Abdeckelement erstreckt sich bevorzugt innenseitig bis zur Radnabe und übergreift dabei gleichzeitig den zur Fixierung des Innenrings bestimmten Wälznietbund der Radnabe.
Das ein Trägerelement bildende, auch als Deckel zu bezeichnende Abdeckelement kann weiterhin genutzt werden zur Aufnahme eines ortsfest positionierten Sensors, der mit einem Encoder in Wirkverbindung steht. Der Encoder ist bevorzugt an einer vertikal bzw. radial ausgerichteten Wandung des rotierenden Innenrings lagefixiert. Alternativ kann der Sensor separat von dem Abdeckelement angeordnet werden. Dazu eignet sich eine Anbindung am Radträger, wobei der Sensor beabstandet zu dem Abdeckelement mit dem Encoder in Wirkverbindung steht. Der Sensor und der Encoder sind Teil einer Einrichtung zur Messung der Drehbewegungen des Radlagers, die beispielsweise für Radachsen von Nutz- und Personenkraftfahrzeugen eingesetzt werden. Die Einrichtung erfasst oder überwacht beispielweise die Raddrehzahl, die Winkelgeschwindigkeit oder den Weg des Encoders an einem sich bewegenden Teil des Radlagers und folglich des Rades durch den stationär angeordneten Sensor. Die gewonnenen Daten können auf übergeordnete Fahrzeugsicherungs- und Regelsysteme, wie beispielsweise ein Antiblockiersystem (ABS) oder eine elektronische Schlupfregelung (ESR), übertragen werden.
Der erfindungsgemäß spanend oder mittels eines Umformverfahrens hergestellte Innenring kann vorteilhaft mit einer Radnabe kombiniert werden, die über eine Stirnverzahnung, eine radiale Außenverzahnung oder eine Innenverzahnung mit dem Antriebselement formschlüssig verbunden sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind. Die gezeigten Ausführungsformen zeigen Beispiele von erfindungsgemäßen Lösungen, die jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung darstellen. Dabei zeigt: Fig. 1 einen Ausschnitt einer Radlageranordnung, deren Radlager einen Innenring mit zwei zueinander abweichenden Innendurchmessern aufweist;
Fig. 2 eine Radlageranordnung mit einem Innenring, der abweichend zu Fig. 1 eine radial ausgerichtete, verlängerte Wandung einschließt;
Fig. 3 eine weitere Radlageranordnung, die ein stirnseitiges Abdeckelement umfasst; Fig. 4 eine Radlageranordnung, bei der zwischen dem Innenring und dem Außenring des Radlagers eine Abdichtung eingesetzt ist; und
Fig. 5 eine Radlageranordnung gemäß einem bekannten Stand der Technik. Die Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen gegenüber der bekannten und einleitend beschriebenen Radlageranordnung 1 gemäß Fig. 5 alternative Ausführungsformen von Radlageranordnungen 21 a bis 21 d einer Fahrzeugachse mit einem wenigstens zwei Wälzkörperreihen einschließenden Radlager in Verbindung mit einem erfindungsgemäß gestalteten Innenring 27a bis 27d.
In der Fig. 1 ist von einem Radlager 22 der Radlageranordnung 21 a nur eine von zwei axial beabstandeten Wälzkörperreihen gezeigt, deren Wälzkörper 23 außenseitig in einer Laufbahn 24 von einem Außenring 25 geführt sind, der bevorzugt drehstarr mit einem Radträger (nicht gezeigt) verbunden ist. Innen- seitig sind die Wälzkörper 23 in einer Laufbahn 26 eines erfindungsgemäß ausgebildeten Innenrings 27a geführt. Der Innenring 27a ist mit einer radial gestuften, zwei zueinander abweichende Innendurchmesser D^ D2 aufweisenden Innenkontur 28 formschlüssig in einer Aufnahme 29 der Radnabe 30 ein-
gepasst, wobei eine Lagesicherung über einen stirnseitig an dem Innenring 27a abgestützten Wälznietbund 31 der Radnabe 30 erfolgt. Im Einbauzustand ist die Radlageranordnung 21 a mittels einer Stirnverzahnung 32 formschlüssig mit einem Antriebselement (nicht gezeigt) verbunden. Der erfindungsgemäß ausgebildete Innenring 27a ist mit dem kleinsten Innendurchmesser D2 zu dem Wälznietbund 31 ausgerichtet eingebaut. Die lokale innenseitige Verdickung an der Innenkontur 28 bewirkt eine Versteifung und einen Schutz gegen ein Aufweiten des Innenrings 27a bei der Wälznietung zur Ausbildung des Wälznietbundes 31 . Andererseits stellt sich durch eine dünnwandige oder schlanke bzw. sich verjüngende Kontur des Innenrings 27a auf der vom Wälznietbund 31 abgewandten Seite eine gewünschte verbesserte Federfähigkeit des Innenrings 27a ein.
In den Fig. 2 bis Fig. 4 sind Radlageranordnungen 21 b bis 21 d gezeigt, die weitestgehend mit der Radlageranordnung 21 a gemäß Fig. 2 vergleichbar sind. Dabei stimmen die Bezugsziffern für gleiche oder funktionsgleiche Komponenten bzw. Bauteile mit denen der Fig. 1 überein. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich daher weitestgehend auf erfindungswesentliche unterschiedliche Ausgestaltungen.
Die Fig. 2 zeigt die Radlageranordnung 21 b, deren Innenring 27b eine radial verlängerte Wandung 33 bildet, die bis auf einen Ringspalt 34 an eine Innenwandung
35 des Außenrings 25 geführt ist. Die Wandung 33 schützt das Radlager 22 beispielsweise vor Eindringen von groben Verunreinigungen oder kann in Verbindung mit einer weiteren Dichtung (nicht gezeigt) zur Bildung eines Dichtungslabyrinths genutzt werden. Weiterhin bietet die Wandung 33 die Möglichkeit einen Encoders
36 zu befestigen, der gemeinsam mit einem in Fig. 3 abgebildeten Sensor 37 Teil einer Einrichtung ist, die zur Messung der Drehbewegung des Radlagers 22 bestimmt ist.
Die Radlageranordnung 21 c gemäß Fig. 3 schließt ein an dem Außenring 25 insbesondere stoffschlüssig oder mittels einer Presspassung befestigtes Abdeckelement 38 ein, das sich innenseitig bis zur Radnabe 30 erstreckt und dabei den
Wälznietbund 31 überdeckt. Das bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Edelstahl hergestellte Abdeckelement 38 allein für ein nichtan- getriebenes Radlager oder in einer Kombination mit einer nachgeordneten Dichtung für ein angetriebenes Radlager ist insbesondere zur Schaffung einer wirksa- men Abdichtung des Radlagers 22 vorgesehen. Außerdem kann das Abdeckelement 38 als ein Trägerelement eingesetzt werden, indem dieses eine Aufnahme 39 für den Sensor 37 bildet, der axial eng beabstandet zu dem am Innenring 27c angeordneten Encoder 36 positioniert ist. Gemäß Fig. 4 bildet der Innenring 27d der Radlageranordnung 21 d auf der zum Wälznietbund 31 weisenden Seite einen axial vorstehenden Ansatz 40. Der den Wälznietbund 31 radial beabstandet umschließende, auch als Bord zu bezeichnende Ansatz 40 weist außenseitig eine zylindrische Mantelfläche 41 auf, an der beispielsweise eine elastische Dichtlippe einer an der Innenwandung 35 des Au- ßenrings 25 angeordneten Dichtung abgestützt ist. Alternativ dazu bietet es sich an, in dem radial von dem Ansatz 40 und der Innenwandung 35 begrenzten Bereich eine Kassettendichtung 42 einzubringen, wobei beispielsweise auf dem Ansatz 40 eine Schleuderscheibe der Kassettendichtung 42 lagefixiert ist. An dem Ansatz 40 kann alternativ oder ergänzend zu der Kassettendichtung 42 auch ein mit dem Antriebselement in Verbindung stehendes Dichtungselement (nicht gezeigt) fixiert werden. Diese weitere, beispielsweise als eine Manschettendichtung ausgelegte Dichtung verbindet dabei die Radnabe 3 mit einer Gelenkglocke des Antriebselements.
Bezugszeichenliste
Radlageranordnung
Flansch
Radnabe
Innenring
Wälzkörperreihe
Wälzkörperreihe
Wälznietbund
Stirnseite
a bis 21 d Radlageranordnung
Radlager
Wälzkörper
Laufbahn
Außenring
Laufbahn
a bis 27d Innenring
Innenkontur
Aufnahme
Radnabe
Wälznietbund
Stirnverzahnung
Wandung
Ringspalt
Innenwandung
Encoder
Sensor
Abdeckelement
Aufnahme
Ansatz
Mantelfläche
Kassettendichtung