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Patent Searching and Data


Title:
WHEEL BEARING ARRANGEMENT HAVING SPUR TOOTHING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/014553
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a wheel bearing arrangement having at least two rows of rolling bodies for mounting a wheel hub which can be driven with the wheel bearing arrangement by a drive element. The wheel hub is connected to the drive element; the wheel hub and the drive element engage positively into one another by means of a pair of mutually corresponding spur toothings. In the wheel bearing arrangement, a value of greater than three, than the numerical value 3, is obtained for a ratio of the diameter (VTK) of a toothing reference circle of the spur toothing in the wheel bearing arrangement to the rolling body row spacing (RA) of the at least two rows of rolling bodies.

Inventors:
NIEBLING PETER (DE)
MASUR ERNST (DE)
LANGER ROLAND (DE)
Application Number:
PCT/DE2006/001343
Publication Date:
February 08, 2007
Filing Date:
August 02, 2006
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER KG (DE)
NIEBLING PETER (DE)
MASUR ERNST (DE)
LANGER ROLAND (DE)
International Classes:
B60B27/00; F16C43/04; F16D1/076
Foreign References:
US4893960A1990-01-16
DE3116720C11982-10-28
DE19707766A11997-08-28
US5607241A1997-03-04
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Claims:

Patentansprüche

1. Radlagerandordnung (1) mit wenigstens zwei Reihen (5, 6) Wälzkörpern zur Lagerung einer mit der Radlageranordnung (1) durch ein Antriebselement antreibbaren Radnabe (3), wobei die Radnabe (3) mit dem Antriebselement verbunden ist und wobei die Radnabe (3) und das Antriebselement mittels einer Paarung von miteinander korrespondierenden Stirnverzahnungen (10) formschlüssig ineinander greifen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Stirnverzahnung (10) der Paarung, insbesondere der radlageran-, ordnungsseitigen Stirnverzahnung, ein Verhältnis von Durchmesser (VTK) eines Verzahnungsteilkreises der insbesondere radlageran- ordnungsseitigen Stirnverzahnung zu Wälzkörper-Reihenabstand (RA) der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer drei, als Zahlenwert 3, realisiert ist.

2. Radlageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Durchmesser (VTK) des Verzahnungsteilkreises der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung zu Durchmesser der Wälzkörper (DW) einer der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer vier realisiert.

3. Radlageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem auf der Radnabe (3) sitzenden Innenring für eine der Reihen (5, 6), wobei

der Innenring mittels eines aus einem hohlen Abschnitt der Radnabe (3) radial nach außen geformten Bundes (9) axial auf der Radnabe (3) zumindest gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Innenringsitzdurchmesser (DIR) zu Lagerquer- schnitt (QL) größer 2,2 realisiert ist.

4. Radlageranordnung nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis Lageraußendurchmesser (DA) zu Durchmesser (VTK) des Verzahnungs- teilkreises der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung kleiner

1 ,8 realisiert ist.

5. Radlageranordnung nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, mit einem auf der Radnabe (3) sitzenden Innenring für eine der Reihen (5, 6), wobei der Innenring mittels eines aus einem hohlen Abschnitt der Radnabe (3) radial nach außen geformten Bundes (9) axial auf der Radnabe (3) zumindest gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Innenringsitzdurchmesser (DIR) zu (axialer) Lagerbreite (LB) größer 1 ,15 reali- siert ist.

6. Radlageranordnung nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, mit einem auf der Radnabe (3) sitzenden Innenring für eine der Reihen (5, 6), wobei der Innenring mittels eines aus einem hohlen Abschnitt der Radnabe (3) radial nach außen geformten

Bundes (9) axial auf der Radnabe (3) zumindest gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Innenringsitzdurchmesser (DIR) zu Durchmesser der Wälzkörper (DW) einer der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer vier realisiert ist.

7. Radlageranordnung nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, mit einem auf der Radnabe (3) sitzenden Innenring für

eine der Reihen (5, 6), wobei der Innenring mittels eines aus einem hohlen Abschnitt der Radnabe (3) radial nach außen geformten Bundes (9) axial auf der Radnabe (3) zumindest gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Innenringsitz- durchmesser (DIR) zu Wälzkörper-Reihenabstand (RA) der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer 2,7 realisiert ist.

Description:

Bezeichnung der Erfindung

Radlageranordnung mit Stirnverzahnung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Radlageranordnung mit wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern zur Lagerung einer mit der Radlageranordnung durch ein Antriebselement antreibbaren Radnabe, wobei die Radnabe mit dem Antriebselement verbunden ist und wobei die Radnabe und das Antriebselement mittels Paarung von miteinander korrespondierenden Stirnverzahnungen formschlüssig ineinander greifen.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Radlageranordnung mit Stirnverzahnung sowie eine Funktion der Stirnverzahnung sind in der DE 31 16 720 C1 ausführlich beschrieben. Die Stimverzahnung lässt sich, wie weiter aus der DE 31 16 720 C1 bekannt ist, beispielsweise durch spanlose Fertigung in die Radnabe einbringen.

Die Verbindung zwischen der Radnabe und dem Antriebselement mittels der Stirnverzahnung ist Bauraum sparend und lässt die übertragung von relativ

hohen Momenten zu, denen jedoch aufgrund der Abmessungen von Radlageranordnungen Grenzen gesetzt sind.

Außerdem haben die bekannten Radlageranordnungen bzw. -einheiten ein relativ hohes Gewicht und eine relativ geringe Lagersteifigkeit.

Die Lagersteifigkeit ist dabei der Widerstand, den die (Radlager-)Einheit gegen durch Belastungen hervorgerufene elastische Auslenkungen aufbringt. Aus der Lagersteifigkeit resultiert eine Kippsteifigkeit, die sich aus dem Ver- hältnis von Momenten aus Belastungen zu dem Kippwinkel im Radlager, z.B. in Nm/ 0 , ergibt. Diese ist umso geringer, um so mehr das Radlager bei Belastungen verkippt, d.h. umso größer der Kippwinkel bei gleicher Belastung ist.

Die Belastungen sind die Belastungen, die im wesentlichen im Betriebszustand eines Fahrzeuges auf ein Fahrzeugrad und die dazugehörigen Radaufhängung wirken. Je geringer die Lagersteifigkeit, umso mehr bewirken die Belastungen Verkippungen des Radsystems, die sich nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges, insbesondere bei Kurvenfahrt, und nachteilig auf den Verschleiß der Bremse und die Funktion der Bremse auswirken.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine steife Radlageranordnung zur übertragung von hohen Momenten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Radlageranordnung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.

Die erfindungsgemäße Radlageranordnung weist wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern zur Lagerung einer mit der Radlageranordnung durch ein An-

triebselement antreibbaren Radnabe auf. Die Radnabe ist mit dem Antriebselement verbunden; die Radnabe und das Antriebselement greifen mittels einer Paarung von miteinander korrespondierenden Stirnverzahnungen formschlüssig ineinander.

An der erfindungsgemäßen Radlageranordnung ist zumindest an einer Stirnverzahnung (10) der Paarung, insbesondere der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung, ein Verhältnis von Durchmesser (VTK) eines Verzahnungsteilkreises der - insbesondere radlageranordnungsseitigen - Stirnverzahnung zu Wälzkörper-Reihenabstand (RA) der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer drei realisiert, d.h.

(VTK/RA) > 3.

Dabei sei unter dem Wälzkörper-Reihenabstand (RA) der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern der mit der Rotationsachse der Radlageranordnung gleichgerichtete axiale Abstand (RA) zwischen den Zentren der Wälzkörper der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern verstanden.

Der Verzahnungsteilkreis (VTK) ist eine Differenz aus dem radialen Außendurchmesser (VDA) der Verzahnung der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung und aus einer Zahnbreite (ZB) von am weitesten radial nach außen ausgebildeten Zähnen der Verzahnung der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung, d.h.:

VTK = VDA - ZB

Der Außendurchmesser (VDA) ist ein gedachter, die Zähne der Verzahnung radial außen am Zahnfuß berührender Kreis um die Rotationsachse der Radlageranordnung - oder anders ausgedrückt - der Außendurchmesser (VDA) der Verzahnung ist der Durchmesser eines gedachten Kreises, durch den die am weitesten radial außen liegenden Zähne radial außen umgriffen

sind.

Die umfangsseitig zueinander beabstandeten Zähne erstrecken sich von dem Kreis aus mit der Zahnbreite (ZB) weg radial zur Rotationsachse oder auch schräg zu dieser ausgerichtet nach innen.

Demnach ist die Anwendung der Erfindung auch auf Verzahnungen anwendbar die Zähne unterschiedlicher Zahnbreite ZB aufweisen oder die mit radial zueinander versetzten Zähnen gleicher Zahnbreite ZB versehen ist.

Die Zahnbreite ZB beschreibt den Abstand auf Höhe des Zahnfußes zwischen der radial äußeren Begrenzungsfläche und der radial inneren Begrenzungsfläche des jeweiligen Zahnes. Der Zahnfuß ist durch die Grenze/Konturlinie beschrieben an der der Zahn aus dem Material des Bauteiles, an dem die Verzahnung ausgebildet ist, hervorgeht bzw. in dieses übergeht.

So verläuft diese Grenze in den Zahnlücken umfangsseitig benachbarter Zähne zwischen den radial tiefsten Punkten der Lücken und von der Lücke aus radial außen und radial innen des Zahnes zu der nächsten Zahnlücke. Die Zähnezahl Z ist die gesamte Anzahl der umfangsseitig zueinander, in der Regel mit gleichmäßiger Teilung, zueinander benachbarter Zähne der Verzahnung.

Den abhängigen Ansprüchen sind jeweils bevorzugte, vorteilhafte und nicht triviale Weiterbildungen des erfinderischen Gegenstandes gemäß dem unabhängigen Anspruch zu entnehmen.

Die Erfindung betrifft in weiterbildenden Ausführungen in der Regel Radlageranordnungen, bei denen die Radnabe und das Antriebselement mitein- ander verbindbar und wieder voneinander lösbar sind.

In diesem „klassischen" Fall greifen die beiden Bauteile über die Stirnver-

zahnungen formschlüssig spielfrei ineinander und sind mit einer zentralen Schraube axial gegeneinander verspannt.

Denkbar ist auch, dass die formschlüssige Verbindung mittels der Stirnver- zahnungen stoffschlüssig oder auf andere Weise unlösbar gesichert ist. Dabei ist die Verbindung an den Verzahnungen in der Regel selbsthemmend ausgelegt.

Weiterhin betrifft die Erfindung in weiterbildenden Ausführungen in der Regel Radlageranordnungen mit wenigstens einem Außenteil, mit zumindest einem oder mehreren Innenteilen und mit den wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern, welche zwischen dem Außenteil einerseits und dem zumindest einen oder den mehreren Innenteilen andererseits angeordnet sind.

In der Regel ist an dem Außenteil jeweils zumindest eine Innenlaufbahn sowie an dem einen Innenteil bzw. an den mehreren Innenteilen jeweils wenigstens eine Außenlaufbahn für die Wälzkörper zumindest einer Wälzkörperreihe ausgebildet.

Die Radnabe ist rotationsfest mit der wenigstens einen Außenlaufbahn zumindest gekoppelt, d.h. beispielsweise, entweder die Radnabe ist das Innenteil selbst und weist dann mindestens die wenigstens eine Außenlaufbahn auf oder wenigstens ein Innenring sitzt als Innenteil auf der Radnabe.

Auch betrifft die Erfindung in weiterbildenden Ausführungen in der Regel Radlageranordnungen mit einem auf der Radnabe sitzenden Innenring - mit einem entsprechenden Innenringsitzdurchmesser - für eine der Wälzkörper- Reihen, wobei der Innenring mittels eines aus einem hohlen Abschnitt der Radnabe radial nach außen geformten Bundes axial auf der Radnabe zu- mindest gehalten ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Verhältnis von Durchmesser

(VTK) des Verzahnungsteilkreises der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung zu Durchmesser der Wälzkörper (DW) einer der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer vier realisiert, d.h.

(VTK/DW) > 4.

Bevorzugt kann dabei der Durchmesser der Wälzkörper (DW) derjenigen der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpem verwendet werden, welche Wälzkörperreihe axial der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung am nächsten liegt. Auch kann der Durchmesser der Wälzkörper (DW) derjenigen der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern mit den kleinsten tragenden Wälzkörpern der Radlagereinheit verwendet werden.

Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von Innen- ringsitzdurchmesser (DIR) zu Lagerquerschnitt (QL) größer 2,2 realisiert ist, d.h.

(DIR/QL) > 2,2.

Der Lagerquerschnitt (QL) ist durch den radialen Abstand zwischen dem Innenringsitzdurchmesser (DIR), d.h. der Lagerbohrung, beschrieben mit dem Innendurchmesser dL (freier Innendurchmesser des Innenteils), und durch den Durchmesser (DA) des Außenteils (Lageraußendurchmesser) oder bei einem nicht rotationssymmetrischen Außenteil, durch den kleinsten radialen Abstand DA von zwei sich an der Rotationsachse einander gegenüberliegen Punkten P 1 und P 2 der Außenkontur des Außenteils bestimmt und ergibt sich aus:

2QL = DA - d L bzw.

2QL = DA - DIR

Die Punkte Pi und P 2 liegen dabei in einer gemeinsamen durch die Zentren der Wälzkörper einer der Reihen verlaufenden Radialebene E. Die Radialebene E verläuft durch die Reihe, über der der kleinste radiale Abstand DA ausgebildet ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis Lageraußendurchmesser (DA) zu Durchmesser (VTK) des Verzahnungsteilkreises der radlageran- ordnungsseitigen Stirnverzahnung kleiner 1 ,8 realisiert ist, d.h.

(DA/VTK) < 1 ,8.

Bevorzugt kann weiter vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von Innenring- sitzdurchmesser (DIR) zu (axialer) Lagerbreite (LB) größer 1 ,15 realisiert ist, d.h.

(DIR/LB) > 1 ,15.

Die axiale Lagerbreite, hier bezogen auf das Außenteil, ist durch den größten mit der Rotationsachse gleichgerichteten und zur Rotationsachse parallelen Abstand zwischen den zwei am weitesten in die gleiche Richtung voneinander entfernten Punkten der Außenkontur des Außenteiles ausgebildet, wobei Punkte vorzugsweise an den voneinander abgewandten und zumeist ringförmig ausgebildeten Stirnseiten des Außenringes ausgebildet sind.

Die axiale Lagerbreite des Außenteiles kann größer oder kleiner als die des Innenteils sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Verhältnis von Innen- ringsitzdurchmesser (DIR) zu Durchmesser der Wälzkörper (DW) einer der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer vier realisiert, d.h.

(DIR/DW) > 4.

Bevorzugt kann dabei auch hier der Durchmesser der Wälzkörper (DW) derjenigen der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern verwendet werden, welche Wälzkörperreihe axial der radlageranordnungsseitigen Stirnverzahnung am nächsten liegt. Auch kann der Durchmesser der Wälzkörper (DW) derjenigen der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern mit den kleinsten tragenden Wälzkörpern der Radlagereinheit verwendet werden.

Auch kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von Innenringsitzdurchmes- ser (DIR) zu Wälzkörper-Reihenabstand (RA) der wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern größer 2,7 realisiert ist, d.h.

(DIR/RA) > 2,7.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Stirnverzahnung antriebsseitig beispielsweise an einem Gelenk - einer Gelenkglocke - oder an einem Wellenstummel ausgebildet ist. Seitens der Radlageranordnung kann die Stirnverzahnung an der Radnabe oder an einem auf der Radnabe sitzenden In- nenring vorgesehen sein.

Alternativ dazu kann die Stirnverzahnung an einem auch mit Wälznietbund bezeichneten Bund der Radnabe ausgebildet sein. Dieser Bund ist aus einem hohlen, vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Abschnitt eines Vormontagezustandes der Radnabe durch plastisches Umformen radial nach außen verformt. Mit dem Bund wird die Radlageranordnung in sich gehalten und aufgrund einer Schräglageranordnung in der Regel auch axial verspannt.

Der Abschnitt in seinem Ausgangszustand vor dem Umlegen des Bundes ist bevorzugt hohlzylindrisch oder außenzylindrisch und gleichzeitig innen in- nenkonusförmig oder beliebig anders gestaltet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen sehen Kombinationen der vorgenannten Merkmale in beliebiger Zahl und Anordnung vor.

Alle mit der Erfindung und/oder deren Weiterbildungen betrachtete Abmessungen, Verhältnisse und Berechnungswerte geben Nennwerte ohne Berücksichtigung von fertigungsbedingten und anderen Abmessungstoleranzen wieder.

Mit einer Radlageranordnung nach der Erfindung ist eine schmale Radlageranordnung geschaffen, die jedoch durch einen großen Verzahnungsteilkreis bedingt im Durchmesser groß und somit steif ausgebildet ist. Dadurch lassen sich auch umfangsseitig mehr Zähne in der Verzahnung anordnen. Die Verzahnung ist durch höhere Antriebsmomente belastbar.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.

Es zeigt

Figur 1 eine Radlageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Radlageranordnung 1 ist aus einem fahrzeugseitigen Flansch 2, einer Radnabe 3 mit einem Radflansch 8, aus einem Innenring 4 und aus zwei

Reihen 5, 6 Wälzkörpern gebildet. Die Kugeln 12 in diesem Fall beider der

Reihen 5 und 6 sind mit dem Teilkreis vom Durchmesser TK um die Rotati-

onsachse 1a der Radlagereinheit 1 angeordnet. Der Teilkreis verläuft durch die Zentren 13 der Kugeln.

Der Innenring 4 sitzt auf einem hohlen Abschnitt 7 mit der Wandstärke SQ. Der Abschnitt 7 weist den Innendurchmesser VDI auf. Einteilig mit dem Abschnitt 7 der Radnabe 3 ist ein Bund 9 ausgebildet. Der Bund 9 geht radial von dem Abschnitt 7 ab und weist außen den Außendurchmesser VDA auf.

Mit dem Bund 9 ist die Radlageranordnung 1 , in diesem Fall eine Schrägku- gellageranordnung, vorgespannt. Dazu liegt der Bund 9 axial an einer in Richtung Stirnverzahnung 10 gewandten Stirnseite 11 des Innenringes 4 an. Die Breite IRB der Schulter des Innenringes 4 ist durch den axialen Abstand zwischen der Stirnseite 11 und dem übergang 12 zur Innenringlaufbahn beschrieben.

An dem Bund ist eine Stirnverzahnung 10 ausgebildet, die außen durch den Außendurchmesser VDA der Verzahnung 10 begrenzt ist. Die Stirnverzahnung ist für den Eingriff in eine entsprechend korrespondierende Stirnverzahnung des nicht dargestellten Antriebselementes vorgesehen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist somit der Außendurchmesser der Stirnverzahnung 10 gleich groß dem Außendurchmesser des Bundes 9. Denkbar sind auch Ausführungen, bei denen der Außendurchmesser des Bundes größer ist als der Außendurchmesser der Stirnverzahnung.

Die Geometrie der Stirnverzahnung ist durch den Außendurchmesser VDA, durch die Zahnbreite ZB sowie durch den Durchmesser VTK des Teilkreises der Stirnverzahnung 10 bestimmt. Die axial gerichtete Zahntiefe ZT ist auch durch die axiale Breite NB des Bundes 9 bestimmt.

Die Geometrie der Lagerung ist durch den Lageraußendurchmesser DA, durch den Innenringsitzdurchmesser DIR, durch den Durchmesser der

Wälzkörper DW, durch die Lagerbreite LB, durch den Lagerquerschnitt QL sowie durch den Reihenabstand RA bestimmt.

Bezugszeichen

1 Radlageranordnung DA Lageraußendurchmesser

1a Rotationsachse VTK Verzahnungsteilkreis

2 Flansch DW Wälzkörperdurchmesser

3 Radnabe DIR Innenringsitzdurchmesser

4 Innenring QL Lagerquerschnitt

5 Reihe RA Wälzkörper-Reihenabstand

6 Reihe LB Lagerbreite, axialer Abstand

7 Abschnitt VDA Außendurchmesser

8 Radflansch VDI Innendurchmesser

9 Bund SQ Wandstärke

10 Stirnverzahnung IRB Schulterbreite

11 Stirnseite NB axiale Bundbreite

12 übergang

13 Zentrum

ZT Zahntiefe

ZB Zahnbreite

TK Teilkreis