DE102006033116A1

DE102006033116A1 - Lageranordnung einer Radnabe eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102006033116A1
Application number: DE102006033116A
Authority: DE
Inventors: Benno FÜLLER; Roland Langer; Peter Niebling; Raphael Dr. Fischer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) einer Radnabe (2) eines Kraftfahrzeuges mit einem zwei- oder mehrreihigen Schrägwälzlager (15), welches mindestens einen Außenring (16) und mindestens einen mit der Radnabe (2) verbundenen Innenring (18, 21) aufweist, zwischen denen Wälzkörper (19) angeordnet sind, wobei der mindestens eine Innenring (21) aus einem von der Radnabe (2) getrennt ausgebildeten sowie vorgespannten Innenring (21) aus einem zumindest teilweise schweißbaren Material besteht, wobei der mindestens eine Innenring (21) durch eine Verschweißung (32) mit einem Achsstumpf (22) der Radnabe (2) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Innenring gegen die Wälzkörper verspannt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung einer Radnabe eines Kraftfahrzeuges mit einem zwei- oder mehrreihigen Schrägwälzlager, welches mindestens einen Außenring und mindestens einen mit der Radnabe verbundenen Innenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei der mindestens eine Innenring aus einem von der Radnabe getrennt ausgebildeten sowie vorgespannten Innenring aus einem zumindest teilweise schweißbarem Material besteht, wobei der mindestens eine Innenring durch eine Verschweißung mit einem Achsstumpf der Radnabe verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Bei Lageranordnungen mit separaten Innenringen erfolgt die Sicherung des von der Radnabe getrennt ausgebildeten sowie vorgespannten Innenrings üblicherweise durch eine radiale Umformung des axialen Endes der Nabe, wodurch ein Bund an den Achsstumpf der Radnabe angeformt wird, welcher den getrennt ausgebildeten bzw. separaten Innenring unmittelbar axial gegen die Radnabe vorspannt und in seiner Lage auf der Radnabe sichert.
In diesen Bund kann nach oder während des Umformens eine Stirnverzahnung eingebracht werden, welche mit einer korrespondierenden Verzahnung eines Antriebsgelenks unmittelbar drehfest verbindbar ist.
Ein derartiges Radlager ist beispielsweise aus der DE 41 34 434 A1 bekannt, wobei dort die am Bund angeformte Stirnverzahnung zur Erfassung von Raddrehzahlsignalen genutzt wird.
Das Anformen eines Bundes an die Radnabe ist aufwendig und die Einstellung der notwendigen Vorspannung durch axiales Verschieben des separaten Innenrings schwierig und bezüglich ihrer Genauigkeit verbesserungsfähig.
Neben dem Anformen eines Bundes ist es auch schon bekannt, separate Innenringe durch zusätzliche Sicherungselemente unmittelbar axial gegen die Radnabe vorzuspannen und am Achsstumpf der Radnabe zu sichern, beispielsweise durch Schraubmuttern, Wellensicherungsringen, Klemmkrallen oder dergleichen. Mit derartigen Sicherungselementen lässt sich aber die notwendige Vorspannkraft nicht exakt genug einstellen, welches sich negativ auf die Lagervorspannung und damit auf die Lebensdauer des Lagers auswirkt.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, beispielsweise in der EP 0 844 105 A2 , den separaten Innenring mit dem Achsstumpf des Radflansches zu verschweißen, wobei der separate Innenring unmittelbar gegen einen Absatz an der Radnabe verspannt wird. So wird weiter in der EP 0 844 105 A2 beschrieben, dass der Innenring partiell aus einer kohlenstoffarmen Stahllegierung der Spezifikation SAE 1020 mit einem Kohlenstoff-Anteil zwischen 0,15 und 0,35 % besteht, und im Bereich dieses kohlenstoffarmen Abschnitts mit dem Achsstumpf der Radnabe verschweißt ist.
Aus der DE 36 18 139 A1 ist eine weitere Lageranordnung bekannt, bei der an den Achsstumpf einer Nabe eines Radlagers zum Fixieren des separaten Innenrings eine als Bund bzw. Bord dienende Trennfuge durch Schweißung unter Bildung eines Schweißwulstes hergestellt wird, wobei gemäß einer Ausgestaltung der dortigen 4c ein axial innerer Ansatz des Innenrings an der Bildung des Schweißwulstes teilnehmen kann und daher partiell mit dem Achsstumpf der Radnabe verschweißt ist.
Aus der DE 31 16 720 C1 ist schließlich eine Lageranordnung bekannt, bei welcher der gesamte Innenring einstückig an der Radnabe ausgebildet ist, so dass dort das Einstellen der Vorspannung und das Fixieren eines separaten Innenrings keine Rolle spielen. In die zum Gelenkkörper gerichtete Stirnkante des Achsstumpfs der Radnabe ist eine Stirnverzahnung eingeformt, welche mit einer Stirnverzahnung des Gelenkkörpers eines Antriebsgelenks korrespondiert, so dass hierdurch eine einfache lösbare Befestigung dieser Bauteile gewährleistet ist. Für Lageranordnungen mit mehreren separaten bzw. mehrteiligen Innenringen eignet sich eine derartige Anordnung nicht.
Die bekannten Vorschläge haben gemeinsam, dass sie entweder eine einfache Fixierung von separatem Innenring auf der Radnabe oder die Optimierung der Vorspannung des Schrägwälzlagers.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der die Vorspannung des Schrägwälzlagers einfach und präzise einstellbar ist. Weiterhin soll die Lageranordnung so beschaffen sein, dass sich die Radnabe einfach und lösbar mit einem Gelenkkörper eines Antriebsgelenks verbinden lässt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass der separate Innenring mit dem Achsstumpf verschweißt wird, wobei die zur Radnabe gerichtete Stirnkante des separaten Innenrings an der Radnabe unabgestützt verbleibt.
Die Erfindung geht daher aus von einer Lageranordnung einer Radnabe eines Kraftfahrzeuges mit einem zwei- oder mehrreihigen Schrägwälzlager aus, welches mindestens einen Außenring und mindestens einen mit der Radnabe verbundenen Innenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Der mindestens eine Innenring besteht aus einem von der Radnabe getrennt ausgebildeten bzw. separaten sowie vorgespannten Innenring aus einem zumindest teilweise schweißbarem Material, wobei der mindestens eine Innenring durch eine Verschweißung mit einem Achsstumpf der Radnabe verbunden ist.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass der mindestens eine Innenring – nicht unmittelbar gegen die Radnabe – sondern gegen die Wälzkörper verspannt ist.
Durch diesen Aufbau, der von einem unmittelbaren Verspannen des separaten Innenrings auf der Nabe bzw. auf dem Achsstumpf der Nabe absieht und stattdessen diesen gegen die Wälzkörper verspannt, wird vorteilhaft erreicht, dass der separate Innenring leicht mit der Nabe bzw. dem Achsstumpf der Nabe verbunden und die notwendige Vorspannung der Lageranordnung einfach sowie präzise während der Schweißung eingestellt werden kann.
Insbesondere entfallen dadurch die notwendigen axialen Fertigungsgenauigkeit auf dem Achsstumpf der Nabe, die im Falle des Verspannens des separaten Innenrings auf dem Achsstumpf, beispielsweise gegen einen Absatz auf dem Achsstumpf, notwendig sind.
Wo im Stand der Technik die Vorspannungs-/Spieleinstellung der Lagers durch Vermessen von Laufbahngeometrien und Montage von Wälzkörpern mit entsprechenden Wälzkörperdurchmesser (Verpaarung) notwendig ist, kann bei der Erfindung diese aufwendige Verpaarung entfallen. Hier kann die Vorspannungs-/Spieleinstellung alleine durch die entsprechende axiale Verspannkraft ins Lager eingebracht werden.
Die Erfindung geht weiter daher aus von einem Verfahren zur Herstellung einer solchen, erfindungsgemäßen Lageranordnung. Hier wird der mindestens eine separate Innenring auf die Radnabe aufgeschoben. Weiter wird die Vorspannung der Lageranordnung durch Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf den mindestens einen separaten Innenring eingestellt, wobei der mindestens eine separate Innenring gegen die Wälzkörper gespannt wird. Der mindestens eine Innenring wird unter der aufgebrachten axialen Vorspannung mit der Nabe verschweißt. Danach wird die aufgebrachte axiale Vorspannung weggenommen.
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass in einer zu einem Gelenkkörper gerichteten Stirnkante des – in diesem Fall axial inneren – separaten Innenrings eine Stirnverzahnung ausgebildet ist, die mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung des Gelenkkörpers unmittelbar drehfest verbindbar ist.
Durch die Nutzung der Stirnkante dieses Innenrings für die Stirnverzahnung wird auf einfachste Art und Weise eine Anbindung an einen Gelenkkörper eines Antriebsgelenks geschaffen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die zum Gelenkkörper gerichtete Stirnkante des separaten Innenrings mit einer axial äußeren Stirnkante des Achsstumpfes fluchtet, wobei die Stirnverzahnung in beide Stirnkanten eingeformt ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die zum Gelenkkörper gerichtete Stirnkante des axial inneren separaten Innenrings zur axial äußeren Stirnkante des Achsstumpfs axial beabstandet ist. In diesem Fall ist die Stirnverzahnung lediglich in die Stirnkante des Innenrings eingeformt, so dass nur dieser Innenring mit dem Gelenkkörper des Antriebsgelenks Drehmoment übertragend verbindbar ist.
In einer praktischen Weiterbildung dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Zahnfüße der Stirnverzahnung mit einer Stirnkante des Achsstumpfes fluchten.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der separate Innenring aus einem verschweißbaren Stahlmaterial, vorzugsweise aus einem Stahl der Güte C 56 E2, besteht.
Ebenso liegt es im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung vorzusehen, dass der separate Innenring zumindest im Bereich der Laufbahn der Wälzkörper einen gehärteten Bereich aufweist, welche vorzugsweise als induktive Härtung ausgeführt ist.
Alternativ kann an einem durchgehärteten Innenring die Schweißzone entsprechend zur Schweißung wärmebehandelt werden.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verschweißung als Laserschweißverbindung ausgeführt ist.
Vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass zwischen einem Absatz eines axial äußeren Innenrings und der diesem Absatz zugewandten Stirnkante des mindestens einen Innenrings ein axialer Abstand besteht, wobei der Absatz in die Radnabe eingeformt ist.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Stirnverzahnung des separaten Innenrings mit einem Raddrehzahlsensor in Wirkverbindung steht.
Anzumerken ist, dass die Bezeichnung „innen bzw. inneren" bzw. „außen bzw. äußeren" beim Innenring bezüglich einer Fahrzeuglängsebene durch die Lageranordnung zu verstehen ist, d.h. innen ist als nächstliegend dem Gelenkkörper bzw. außen ist als nächstliegend der Fahrzeugaußenseite zu verstehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gemäß der Erfindung, und
2 ein Detail aus 1 in vergrößerter Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 im Längsschnitt dargestellt. Die Lageranordnung 1 weist eine Radnabe 2 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges auf. Die Radnabe 2 ist über eine noch zu beschreibende Stirnverzahnung 3, 4 mit einem an sich bekannten Antriebsgelenk 5 verbunden, welches hier als Gleichlaufgelenk ausgebildet ist. Die Radnabe 2 weist an einem axialen Ende einen Zentriersitz 6 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Bremsscheibe und Radscheibe auf.
Das Antriebsgelenk 5 weist in an sich bekannter Weise einen äußeren Gelenkkörper 7 mit Laufbahnen 8 und einen in dem äußeren Gelenkkörper 7 koaxial angeordneten inneren Gelenkkörper 9 mit Laufbahnen 10 sowie Kugeln 11 auf, die in Fenstern eines Käfigs 12 geführt und in den Laufbahnen 8, 10 zur Drehmomentübertragung aufgenommen sind. Der innere Gelenkkörper 9 hat eine Bohrung, in die eine Profilwelle 13 mittels Keilnutenverzahnung oder ähnlichen Befestigungsmitteln aufgenommen ist. Die Abdichtung des Gelenkes 5 erfolgt mittels eines Faltenbalgs 14.
Auf der Radnabe 2 ist ein zweireihiges Wälzlager 15 in Form eines Schrägkugellagers in O-Anordnung angeordnet. Das Wälzlager 15 weist einen Außenring 16, an den ein Befestigungsflansch 17 angeformt ist, sowie einen Innenring 18 auf. Zwischen Außenring 16 und Innenring 18 sind als Wälzkörper dienende Lagerkugeln 19 angeordnet.
Der Innenring 18 besteht aus zwei Innenringen 20 und 21, wobei ein axial äußerer Innenring 20 einstückig in der Radnabe 2 ausgebildet ist, während ein axial innerer Innenring 21 ein separates Bauteil ist, welches auf einen Achsstumpf 22 der Radnabe 2 aufgeschoben und mit diesem Achsstumpf 22 verschweißt ist.
An einer axial äußeren Stirnkante 23 des äußeren Gelenkkörpers 7 ist die Stirnverzahnung 4 vorgesehen, die mit der entsprechenden Stirnverzahnung 3 des axial inneren Innenrings 21 im Eingriff ist. Diese Stirnerzahnungen 3 und 4 dienen der Übertragung eines Drehmomentes vom Antriebsgelenk 5 auf den Innenring 21 und damit auf die Radnabe 2.
Im Zentrum der Stirnkante 23 des äußeren Gelenkkörpers 7 des Antriebsgelenks 5 ist ein axialer Ansatz 24 ausgebildet, der eine mit Gewinde versehene Bohrung besitzt. In diese Bohrung ist ein von einer zentralen Bohrung 25 der Radnabe 2 her zugänglicher Bolzen 26 eingeschraubt. Diese zentrale Bohrung 25 ist durch eine nicht dargestellte Mittelbohrung des Fahrzeugrades zugänglich, so dass ein Verbinden oder Lösen des äußeren Gelenkkörpers 7 mit bzw. von der Radnabe 2 von der Fahrzeugaußenseite her möglich ist.
In 2 ist das Schrägwälzlager 15 aus 1 im Detail dargestellt. Der axial innere Innenring 21 weist eine axial äußere Stirnkante 27 und eine axial innere, zur Stirnverzahnung 4 des Gelenkkörpers 7 gerichtete Stirnkante 28 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Innenring 21 zur Bildung von einer Vorspannung im Lager derart auf den Achsstumpf 22 aufgeschoben worden, dass zwischen einem Absatz 29 des Innenrings 20 und der Stirnkante 27 des Innenrings 21 ein axialer Abstand verbleibt, wobei die Vorspannung alleinig über die Wälzkörper 19 verläuft.
Die axial innere Stirnkante 28 des Innenrings 21 weist einen axialen Abstand zur Stirnkante 30 des Achsstumpfes 22 auf. In die Stirnkante 28 des Innenrings 21 ist die Stirnverzahnung 3 eingebracht, und zwar derart, dass der Zahnfuß 31 der Stirnverzahnung 3 mit der Stirnkante 30 des Achsstumpfs 22 fluchtet.
Nachdem der Innenring 21 auf den Achsstumpf 22 aufgeschoben und nach Einstellen des korrekten Maßes der Vorspannung vorläufig fixiert ist, findet eine Verschweißung des Innenrings 21 mit dem Achsstumpf 22 statt, wobei eine Verschweißung 32 entsteht.
Um ein Verschweißen des Innenrings 21 mit dem Achsstumpf zu erleichtern, besteht der Innenring 21 aus einem gut zu verschweißenden Material, beispielsweise aus dem Stahl C 56 E 2. Dieses Material ist im Vergleich beispielsweise zu einem Stahl der Güte 100 Cr 6 besser schweißbar. Die Verschweißung 32 kann durch ein geeignetes Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise mittels Laserschweißen.
Damit der Innenring 21 zumindest im Bereich der Laufbahn der Laufkugeln 19 eine ausreichende Härte aufweist, ist der Bereich der Laufbahn gehärtet, beispielsweise durch ein Induktionshärteverfahren, wodurch sich eine resultierende Härtung 33 nur bis in vergleichsweise geringe Tiefe des Innenrings 21 erstreckt. Die Grenze des gehärteten Bereiches 33 ist mit einer gestrichelten Linie angedeutet.
Es ist in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel auch möglich, die Stirnkanten 28 und 30 von Innenring 21 und Achsstumpf 22 miteinander fluchten zu lassen bzw. nach Durchführen der Schweißung 32 fluchtend zu machen. In diesem Fall lässt sich die Stirnverzahnung 3 in die Stirnkante des Innenrings 21 und in die Stirnkante 30 des Achsstumpfs 22 einformen, so dass zur Übertragung eines hohen Drehmomentes gegenüber dem erstgenannten Beispiel vergrößerte Stirnverzahnungsfläche zur Verfügung steht.
Ebenfalls ist es möglich, dass die Stirnverzahnung 3 des axial inneren Innenrings 21 mit einem Raddrehzahlsensor in Wirkverbindung steht. Ein derartiger, an sich bekannter Drehzahlsensor kann genutzt werden, um beispielsweise Signale für ein Antiblockiersystem bereit zu stellen.

1: Lageranordnung
2: Radnabe
3: Stirnverzahnung
4: Stirnverzahnung
5: Gelenk
6: Zentriersitz
7: Äußerer Gelenkkörper
8: Laufbahn
9: Innerer Gelenkkörper
10: Laufbahn
11: Kugel
12: Käfig
13: Profilwelle
14: Faltenbalg
15: Wälzlager
16: Außenring
17: Befestigungsflansch
18: Innenring
19: Lagerkugel
20: Innenring
21: Innenring
22: Achsstumpf
23: Stirnkante
24: Ansatz
25: Bohrung
26: Bolzen
27: Stirnkante
28: Stirnkante
29: Absatz
30: Stirnkante
31: Zahnfuß
32: Verschweißung
33: Gehärteter Bereich

Claims

Lageranordnung (1) einer Radnabe (2) eines Kraftfahrzeuges mit einem zwei- oder mehrreihigen Schrägwälzlager (15), welches mindestens einen Außenring (16) und mindestens einen mit der Radnabe (2) verbundenen Innenring (18, 21) aufweist, zwischen denen Wälzkörper (19) angeordnet sind, wobei der mindestens eine Innenring (21) aus einem von der Radnabe (2) getrennt ausgebildeten sowie vorgespannten Innenring (21) aus einem zumindest teilweise schweißbarem Material besteht, wobei der mindestens eine Innenring (21) durch eine Verschweißung (32) mit einem Achsstumpf (22) der Radnabe (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Innenring gegen die Wälzkörper verspannt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zum Gelenkkörper (7) gerichteten Stirnkante (28) des mindestens einen Innenrings (21) eine Stirnverzahnung (3) ausgebildet ist, die mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung (4) des Gelenkkörpers (7) unmittelbar drehfest verbindbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die zum Gelenkkörper (7) gerichtete Stirnkante (28) des mindestens einen Innenrings (21) mit einer axial äußeren Stirnkante (30) des Achsstumpfes (22) fluchtet, wobei die Stirnverzahnung (3) in beide Stirnkanten (28, 30) eingeformt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Gelenkkörper (7) gerichtete Stirnkante (28) des mindestens einen Innenrings (21) zur axial äußeren Stirnkante (30) des Achsstumpfes (22) axial beabstandet ist.
Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnfuß (31) der Stirnverzahnung (3) mit einer Stirnkante (30) des Achsstumpfes (22) fluchtet.
Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Innenring (21) aus einem verschweißbaren Stahlmaterial, vorzugsweise aus einem Stahl der Güte C 56 E2, besteht.
Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Innenring (21) zumindest im Bereich der Laufbahn der Wälzkörper (19) einen gehärteten Bereich (33) aufweist, welcher beispielsweise als induktive Härtung (33) ausgeführt ist.
Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Innenring (21) durchgehärtet ist und an dem durchgehärteten Innenring die Schweißzone entsprechend zur Schweissung wärmebehandelt ist.
Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Verschweißung (32) als Laserschweißverbindung ausgeführt ist.
Lageranordnung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Absatz (29) eines axial äußeren Innenrings (20) und einer diesem Absatz (29) zugewandten Stirnkante (28) des mindestens einen Innenrings (21) ein axialer Abstand besteht, wobei der Absatz (29) in die Radnabe (2) eingeformt ist.
Lageranordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (3) des mindestens einen Innenrings (21) mit einem Raddrehzahlsensor in Wirkverbindung steht.
Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem – der mindestens eine separate Innenring auf die Radnabe aufgeschoben wird, – die Vorspannung der Lageranordnung durch Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf den mindestens einen separaten Innenring eingestellt wird, wobei der mindestens eine separate Innenring gegen die Wälzkörper gespannt wird, – der mindestens eine Innenring unter der aufgebrachten axialen Vorspannung mit der Nabe verschweißt wird und die aufgebrachte axiale Vorspannung weggenommen wird.