DE69406320T2 - Radnabe-Vorrichtung für Fahrzeug - Google Patents
Radnabe-Vorrichtung für FahrzeugInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Radnaben- Vorrichtung, insbesondere fur ein angetriebenes/gesteuertes Rad eines Kraftfahrzeugs.
- Die im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Radnaben- Vorrichtungen, z. B. von Antriebsrädern von Fahrzeugen, wie in der GB-A-2 088 526 beschrieben, werden gewöhnlich durch die Verbindung eines universellen Gleichlaufgelenks mit einem wälzlager mit zwei Kugelreihen mit verschiedenen Graden der Integration gebildet, wobei einer der Lagerringe die Funktionen einer Radnabe erfüllt, während der andere an der Aufhängungsstrebe festgelegt ist (oder selbst die Funktionen der Strebe erfüllt). Die bekannten Lösungen sehen eine einfache mechanische Kupplung für die Übertragung des Drehmoments zwischen dem Gelenk und dem Lager vor, wobei letztere als zwei getrennte Bauteile verbleiben oder zwischen den beiden Komponenten eine Integration mechanischer Teile zu dem Zweck stattfindet, daß die universellen Gleichlaufgelenke mit einem Schaft versehen sind, auf welchem wenigstens ein Halbelement eines der Lagerringe einstückig ausgebildet ist und daß der Innenring der Lager mit genügend großen Abmessungen und geeigneter Gestaltung auch die Funktion der äußeren Gelenkschale erfüllt (Vorrichtungen der vierten Generation).
- Die integrierten Lösungen reduzieren die Anzahl der Bauelemente, sind jedoch im Falle eines Ausfalls nur eines der Bauteile der Vorrichtung (des Lagers oder des Gelenks) von Nachteil, weil sie den Austausch der gesamten Vorrichtung mit daraus folgenden erhöhten Kosten notwendig machen. Zudem werden die Abmessungen des Gelenks durch die Größe des Lagers eingeengt, weshalb es nicht möglich ist, die gleiche Vorrichtung für Fahrzeuge (beispielsweise der gleichen Klasse zugehörig) mit im wesentlichen gleichem Gewicht, jedoch mit verschiedenen Leistungen zu verwenden, wenigstens nicht, ohne größere und schwerere Lösungen für das Gelenk zu verwenden. Wenn der Innenring des Lagers und die Gelenkschale als ein Bauteil ausgebildet sind, wird weiterhin die Herstellung der Teile, der Zusammenbau und das Prüfen der Vorrichtung besonders verkompliziert und beschwerlich.
- Letztlich machen es die bekannten Lösungen unmöglich oder wenigstens äußerst schwer, die Radnaben-Vorrichtung automatisch an dem Fahrzeug anzubringen, weil entweder die beiden Bauteile (Lager und Gelenk) zunächst vormontiert und als untrennbare Vorrichtung gehandhabt werden müssen, oder sie werden im Moment der Montage an dem Fahrzeug verbunden, mit der Notwendigkeit, den Nutenbereich des Gelenks in die Nabe einzupressen und das axiale Festklemmen mit einem gesteuerten Drehmoment an der Fertigungsstraße zu bewirken, wobei diese Arbeitsschritte kostspielig in bezug auf Zeit und Ausrüstung sind.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radnaben-Vorrichtung zu schaffen, die nicht die vorstehend beschriebenen Nachteile besitzt und es insbesondere ermöglicht, das Lager und das Gelenk mechanisch getrennt beizubehalten, ihre Kombination jedoch genau wie eine untrennbare Vorrichtung oder wie zwei Untergruppen (Radnaben-Lager und Gelenk) zu handhaben, die getrennt sind, die jedoch entsprechend den Erfordernissen der Montage schnell gekoppelt werden können.
- Zu diesem Zweck ist eine Radnaben-Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil von Anspruch 1 ausgeführten Merkmale gekennzeichnet.
- Vorzugsweise ist das Gelenk ein universelles Gleichlaufgelenk, der zweite Fortsatz des hülsenförmigen Teils, der mit dem Außenelement zur gemeinsamen Rotation gekoppelt ist, ein Nutenfortsatz und das Außenelement mit einem entsprechenden Kupplungsbereich versehen und axial auf den Fortsatz eingeschnappt.
- In diesem Fall erreicht man die Schnappverbindung mit Hilfe eines nachgiebigen Rings, der unter radialem Spiel in eine im zugehörigen Bereich des Außenelements des Gelenks ausgebildete Nut eingefügt und in eine entsprechende Nut einschnappbar ist, die in dem zweiten Fortsatz des Hülsenteils des ersten Elements des ersten Tragteils ausgebildet ist.
- In ähnlicher Weise kann man die Schnappverbindung durch einen nachgiebigen Ring erreichen, der mit radialem Spiel in eine in dem hülsenförmigen Bereich ausgeformte Nut eingefügt ist und in eine im zugehörigen Bereich des Außenelements ausgebildete Nut eingreift.
- Demzufolge können die Lagervorrichtung und das Gelenk, die von der Vorrichtung als Ganzes umfaßt sind, dem Fahrzeughersteller in Form einer vormontierten Vorrichtung oder in Form zweier Untergruppen (Lager-Nabe und Gelenk) zur Verfügung gestellt werden, die leicht und schnell zusammengebaut werden können. In beiden Fällen sind die Montagevorgänge in der Fertigungsstraße einfach und damit auch leicht automatisch sogar von einer Roboterausrüstung auszuführen.
- Weil ein äußeres, axiales Schließelement und ein Arbeitsvorgang für sein axiales Festklemmen an der Fahrzeugaufhängung während der Montage nicht länger notwendig sind, ist es weiterhin möglich, das Gelenk von der Nabe zu trennen, wann immer dieser Arbeitsvorgang zur Wartung des Fahrzeuges notwendig ist (Ersetzen des Lagers für sich oder des Gelenks für sich, dies ist nicht möglich bei den Vorrichtungen der vierten Generation mit integriertem Gelenk). Da das herkömmliche System zum axialen Festklemmen des Gelenks mit einer Mutter und Schraube vermieden wird, werden auch die Probleme eines Lockerns überwunden, das oft im Betrieb auftrat und die Lebensdauer des Lagers oder die Steifigkeit des Rades verringern oder Geräusche erzeugen konnte.
- Schließlich kann ein einziger Lagertyp mit verschiedenen Gelenktypen entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment kombiniert werden, und das gleiche Lager kann wahlweise für freilaufende Räder (statt Antriebsrädern) ohne das Bedürfnis verwendet werden, ein äußeres axiales Schließelement zu verwenden. Dies schafft größere wirtschaftliche Möglichkeiten und, verglichen mit herkömmlichen Lösungen, eine beträchtliche Gewichtsreduzierung bei gleicher Größe sowie eine vollständige Austauschbarkeit mit herkömmlichen Lösungen.
- Es sollte auch die Tatsache in Betracht gezogen werden, daß die vorgeschlagene Lösung für die Kupplung zwischen der Nabe und dem Gelenk für das Gelenk die Verwendung eines schalenförmigen Außenelements ermöglicht, das keinen Schaft und eine vereinfachte Form besitzt, was Vorteile bezüglich des Gewichts und der Kosten bringt. Die vereinfachte Form bietet auch Möglichkeiten, das Außenelement von Metallblech geeigneter Stärke oder von einem Rohrstück ausgehend durch Preßtechniken statt durch Schmieden oder Gießen zu erhalten, die aufwendigere Verfahren darstellen.
- Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform deutlich, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines lediglich nicht einschränkenden Beispiels erfolgt. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Querschnitt einer Fahrzeugaufhängung mit einer erfindungsgemäßen Radnaben-Vorrichtung;
- Fig. 2, 3 + 4 eine schematische Darstellung der schrittweisen Phasen beim Zusammenbau der Radnaben-Vorrichtung nach Fig. 1;
- Fig. 5 ein Detail einer möglichen Variante der Vorrichtung nach Fig. 1.
- Zunächst wird auf Fig. 1 bis 4 verwiesen, die eine insgesamt mit 1 bezeichnete Radnaben-Vorrichtung für eine Fahrzeugaufhängung 2 zeigen, die bekannt und der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 besitzt ein Wälzlager 3 und ein universelles Gleichlaufgelenk 4 für die Drehmomentübertragung auf ein radial inneres Element 5 des Lagers 3, das eine solche Form besitzt, daß es als Radnabe für ein Rad 6 des Fahrzeugs dient.
- Zu dem Lager 3 gehört das Tragteil 5 für das Rad 6, ein zweites Tragteil 7 für die gesamte Vorrichtung 1, das an einer Strebe 8 der Aufhängung 2 befestigbar ist, und eine doppelte Reihe von Wälzkörpern 9, in diesem Fall Kugeln, die zwischen den Tragteilen 5, 7 angeordnet sind, um diese relativ zueinander mit geringer Reibung um eine gemeinsame Drehachse A drehbar zu machen. Das Tragteil 7 besteht aus einem herkömmlichen Außenring, der einen Befestigungsflansch 11 an seiner radialen Außenfläche zur Befestigung der Aufhängung 2 hat und in sich am entgegengesetzt liegenden Ende bekannte Dichtelemente 12 aufnimmt.
- Das Tragteil 5 ist erfindungsgemäß aus zwei im wesentlichen kreisförmigen Elementen 13, 15 gebildet, von denen das Element 13 nabenförmig statt ringförmig und mit einem Befestigungsflansch 17 für das Rad 6 und einem Führungs- und Zentrierkragen 18 für dieses versehen ist.
- Das Element 13 besitzt eine erste Laufbahn 20 für die Wälzkörper 9 auf seiner radial außen liegenden Fläche und einen hülsenförmigen Anschlußteil 19, der von einem axialen Absatz 21 des Elements 13 ausgehend sich in der entgegengesetzten Richtung weg von dem Kragen 18 erstreckt, wobei der Absatz in der Nähe der Laufbahn 20 und an dem dem Kragen 18 entgegengesetzt liegenden Ende ausgebildet ist. Auf der anderen Seite besitzt das Element 15 eine herkömmliche Ringform und ist an seiner radial außen liegenden Fläche mit einer zweiten Bahn 22 für die Wälzkörper 9 versehen. Erfindungsgemäß wird das Element 15 im Pressitz auf einen ersten Fortsatz 23 des Teils 19 aufgesetzt, so daß es drehstarr mit diesem ist und an dem Absatz 21 anliegt, gegen welchen das Element 15 durch plastische Verformung eines Halteelements axial verriegelt ist, wie noch deutlich werden wird.
- Das universelle Gleichlaufgelenk 4 besitzt ein inneres Gegenlager 24, das mit einer Achse 25 gekoppelt werden kann, Wälzkörper 26, einen Faltenbalg 27 und ein schalenförmiges Außenelement 28 (bekannt), das starr an dem radial inneren Element 5 des Lagers 3 befestigt ist. In diesem Fall ist das Außenelement 28 zur gemeinsamen Rotation mit dem Element 13 an einem zweiten Fortsatz 29 des hülsenförmigen Teils 19 an einer Stelle unmittelbar neben dem Element 15 gekoppelt und liegt an letzterem an. Vorzugsweise ist der Fortsatz 29 ein Nutenfortsatz (der mit einer Nuten- oder Vielzahnkupplung versehen ist, die man vorzugsweise durch Walzen erhält), und das Außenelement 28 besitzt einen Kupplungsbereich 31, der zu dem Nutenfortsatz 29 paßt und auf diesem durch eine Schnappverbindung axial verriegelt ist, wie aus dem Nachstehenden ersichtlich werden wird.
- Entsprechend der Darstellung in Fig. 1, 3 und 4 besteht das Halteelement aus einem ringförmigen Ansatz 35 des ringförmigen Elements oder Rings 15, der von diesem von dem der Laufbahn 22 entgegengesetzt liegenden Ende wegragt. In diesem Fall besteht das Element 15 aus einem plastisch deformierbaren Metall, welches durch Wärmebehandlung lokal gehärtet werden kann (z. B. ein Kohlenstoffstahl oder eine Legierung geeigneter Zusammensetzung) und nur in einem ringförmigen Bereich 36 (dargestellt durch engere Schraffierung) mit Bezug auf die Laufbahn 22 beispielsweise durch Induktionshärten wärmebehandelt ist. Der Ansatz 35 ist daher ohne weiteres deformierbar, z. B. einfach durch Umwälzen (siehe Fig. 3) in eine ringförmige Nut oder einen Kanal 37, der in dem hülsenförmigen Teil 19 zwischen den Fortsätzen 23 und 29 ausgebildet ist.
- In diesem Fall wird das Element 15 mit dem Element 13 mit Hilfe eines Pressverbandes drehstarr verbunden, der durch sein Aufpressen auf den Fortsatz 23 des hülsenförmigen Teils 19 und durch das Vorstehen von etwas Material des Kragens oder Ansatzes 35 gebildet wird, das auf das Umwälzen hin in das naheliegende Ende des Nutenbereichs 29 kriecht.
- In diesem Fall besitzt die Nut 37 ein Sägezahnprofil in einer Richtung parallel zur Achse A, und das von dem Ansatz 35 gebildete Halteelement greift durch Wälzen oder Drücken von letzterem mit einem bekannten Werkzeug 40 (siehe Fig. 3) in sie ein, nachdem der Ring 15 (z. B. in einer Presse) auf den zylindrischen Fortsatz 23 so aufgesetzt worden ist, daß er an dem Absatz 21 (siehe Fig. 2) anliegt. Während dieses Vorgangs ist es möglich, eine Vorlastkraft in Pfeilrichtung (siehe Fig. 2) auf den Ring 15 auszuüben, die dann aufrechterhalten bleibt, wenn die Deformation durch das Einfügen des Ansatzes 35 in die Sägezahnnut 37 beendet ist, die den Ring 15 als Paket zwischen den axialen Absätzen 21 und 37 verriegelt. Dies stellt sicher, daß auf die Wälzkörper 9, die in den Laufbahnen 20, 22 nach dem Anbau des Tragteils 7 und vor dem Koppeln der Elemente 13 und 15 angeordnet werden, eine vorbestimmte Vorlastkraft exakt ausgeübt wird.
- Während des Umwälzens des Ansatzes 35 ragt, wie bereits festgestellt, ein Teil von diesem aus der Nut 37 in Richtung des Nutenbereichs 29 und trägt zum Verriegeln des Rings 15 und der Nabe 19 gegeneinander gegen Relativdrehung bei.
- Bezugnehmend auf Fig. 5 erreicht man ein identisches Ergebnis durch die Ausbildung des Rings 15 ohne den Ansatz 35 und vollständig wärmebehandelt und durch die Ausbildung des Halteelements als einen plastisch deformierbaren Ring 41, der in einer Nut 42 axial verriegelt ist, die in dem Bereich 19 des Elements 13 zwischen den Fortsätzen 23 und 29 an einer Stelle ähnlich der Nut 37 ausgebildet ist. Sobald der Ring 15 gegen den Absatz 21 gesetzt worden ist, wird der Ring 41 in bekannter Weise in die Nut 42 eingefügt und beispielsweise mit dem Werkzeug 40 oder einem ähnlichen Werkzeug plastisch deformiert und gegen eine Fläche 43 des Rings 15 umgebogen, die dem Absatz 21 abgewandt ist. Für höhere Sicherheit können in beiden beschriebenen Fällen und insbesondere im zweiten Fall nach Fig. 5 der Fortsatz 23 und eine innere Umfangsfläche 33 des Elements 15 zusammenpassende Kupplungsmittel zum drehstarren Kuppeln besitzen, die beispielsweise aus Nuten- oder Vielzahnabschnitten 34 (siehe Fig. 3) derjenigen Art bestehen, die für Bolzen verwendet wird.
- Das Lager 3 und das Gelenk 4 können in lösbarer Weise mit Hilfe eines nachgiebigen Rings 46 (siehe Fig. 2, 3, 4) einschnappend verbunden werden, der mit radialem Spiel in eine Nut 47 eingefügt und in einer entsprechenden Nut 48 einschnappbar ist, die in dem Nutenbereich 29 des hülsenförmigen Teils 19 des Elements 13 ausgebildet ist. Daher ist es, nachdem der Ring 15 an dem Element 13 befestigt worden ist, möglich (siehe Fig. 4), das Außenelement 28 für sich (oder das gesamte Gelenk 4) einfach durch Aufschieben des Nutenbereichs 31 auf den Nutenbereich 29, bis er an der Fläche 43 anliegt, zu montieren und einzuschnappen, um eine Vorrichtung zu schaffen, die dem Automobilhersteller als solche zur Verfügung gestellt werden. Die gleiche Vorrichtung kann wie in der beschriebenen Art und Weise, die durch äusserste Einfachheit und Schnelligkeit gekennzeichnet ist, sogar auf der Fertigungsstraße des Fahrzeuges erstellt werden, wobei die Bauteile 3 und 4 getrennt gehandhabt werden und das Kuppeln des Bereichs 31 mit dem Fortsatz 29 im Moment des Befestigens des Flanschs 11 an der Aufhängung 2 erfolgt. Außerdem kann in jedem Fall das Lager 3 schnell demontiert und an dem Gelenk 4 durch das einfache Lösen des Flanschs 11 und das anschließende relative axiale Verschieben des Bereichs 31 und des Fortsatzes 29 entlang der Achse A ein- bzw. ausgeschnappt werden.
- Naheliegenderweise würde man ein ähnliches Ergebnis erreichen, wenn der Ring 46 in der Nut 48 montiert wäre und dann im Moment des Kuppelns des Außenelements 28 mit dem Fortsatz 29 in die Nut 47 einschnappen würde.
Claims (9)
1. Radnaben-Vorrichtung (1) für ein Fahrzeug, die ein
Wälzlager (3) mit ersten und zweiten derart montierten
Tragteilen (5, 7), daß diese gegeneinander verdrehbar
sind, und einer doppelten Reihe von Wälzkörpern (9),
die zwischen den Tragteilen angeordnet sind, und ein
Gelenk (4) zur Übertragung von Drehmoment auf das erste
Tragteil des Lagers aufweist, wobei das Tragteil (5)
aus zwei miteinander gekoppelten Rundelementen (13, 15)
gebildet ist, die so geformt sind, daß sie eine Radnabe
für ein Fahrzeugrad bilden, das Gelenk (4) ein
Außenelement (28) besitzt, das in Umfangs- und Axialrichtung
mit dem ersten Tragteil des Lagers (3) verbunden ist
und das erste Tragteil (5) ein erstes mit
Befestigungsmitteln für das Rad versehenes Element (13) mit einer
ersten Laufbahn für die Wälzkörper (9) und einen
hülsenförmigen Anschlußteil (19), der von einem nahe der
ersten Laufbahn ausgebildeten axialen Absatz (21) des
ersten Tragteils wegragt, und ein zweites ringförmiges
Element (15) aufweist, das mit einer zweiten Laufbahn
für die Wälzkörper (9) versehen und derart an einem
ersten Fortsatz (23) des hülsenförmigen Teils des ersten
Elements (13) befestigt ist, daß es drehstarr mit
diesem verbunden ist, sich in Anlage an dem axialen Absatz
(21) befindet und axial gegen diesen durch ein
plastisch verformtes Halteelement (35, 41) verriegelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Außenelement (28) des
Gelenks (4) schalenförmig und in lösbarer Weise an
einer in unmittelbarer Nähe des zweiten Elements (15)
liegenden Stelle mit einem zweiten Fortsatz (29) des
hülsenförmigen Teils verbunden ist, wobei diese
Verbindung die Umfangs- und Axialverbindung zwischen dem
Aussenelement
(28) und dem ersten Element (13)
sicherstellt.
2. Radnaben-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gelenk ein universelles
Gleichlaufgelenk ist, der zweite Fortsatz (29) des
hülsenförmigen Teils, der mit dem Außenelement (28) zur
gemeinsamen Rotation gekoppelt ist, ein Nutenfortsatz ist und
das Außenelement mit einem entsprechenden
Kupplungsbereich (31) versehen und axial auf den Fortsatz (29)
eingeschnappt ist.
3. Radnaben-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Element (15) an dem
ersten Element zur gemeinsamen Rotation mit Hilfe eines
Preßsitzes befestigt ist, den man durch
Zwangsfestkeilen auf dem ersten Fortsatz (23) des hülsenförmigen
Teils erreicht.
4. Radnaben-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Fortsatz (23) des hülsenförmigen Teils und eine Innenfläche
(33) des zweiten Elements mit zusammengehörigen
Kupplungsmitteln (34) versehen sind, um sie gegen
Relativdrehung zu koppeln.
5. Radnaben-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
hülsenförmige Teil (19) des ersten Elements mit einer Ringnut
(37) versehen ist, die zwischen den ersten (23) und
zweiten (29) Fortsatz ausgebildet ist, ein
Sägezahnprofil in Richtung parallel zur Achse (A) der
Relativdrehung der Elemente besitzt und in die das Halteelement
(35) eingreift.
6. Radnaben-Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halteelement aus einem
ringförmigen Ansatz (35) an dem zweiten Element (15) besteht,
der von diesem von dem der zweiten Laufbahn
entgegengesetzten Ende wegragt und aus einem plastisch
deformierbaren Material besteht, das durch Wärmebehandlung
härtbar ist und nur mit Bezug auf die zweite Laufbahn
gehärtet ist, um den ringförmigen Ansatz (35) leicht
verformbar zu lassen.
7. Radnaben-Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Element (15) durch
Eingriff durch plastische Verformung des ringförmigen
Ansatzes (35) in den Nutenfortsatz (29) des Hülsenteils
an dem ersten Element zur gemeinsamen Rotation
befestigt ist, wobei der Eingriff durch das Hineinragen des
ringförmigen Ansatzes (35) in den Nutenfortsatz nach
dem Umbiegen und Aufrechterhalten einer axialen Vorlast
auf das Lager (3) erreicht wird.
8. Radnaben-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement aus
einem plastisch deformierbaren Ring (41) besteht, der zur
axialen Verriegelung in einer in dem ersten Element
zwischen dem ersten und zweiten Fortsatz (23, 29) des
Hülsenteils ausgebildeten Nut (42) montiert und so
umgebogen ist, daß er an einer dem axialen Absatz (21)
des ersten Elements entgegengesetzt liegenden Fläche
(43) anliegt.
9. Radnaben-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (3) und das
Gelenk (4) so einschnappend verbindbar sind, daß sie
mittels eines nachgiebigen Rings (46) lösbar sind, der
unter
radialem Spiel in eine im zugehörigen
Kupplungsbereich des Außenelements (28) des Gelenks ausgebildeten
Nut (47) eingefügt und in eine entsprechende Nut (48)
einschnappbar ist, die in dem zweiten Fortsatz des
Hülsenteils (19) des ersten Elements des ersten Tragteils
(3) ausgebildet ist oder umgekehrt.
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