Bezeichnung der Erfindung

Radlagereinheit

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit mit wenigstens einem Außenteil, zumindest einem Innenteil und mit wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern zwischen dem Außenteil und dem Innenteil, wobei an dem Außenteil jeweils zumindest eine Innenlaufbahn sowie an dem Innenteil jeweils wenigstens eine Außenlaufbahn für die Wälzkörper einer Reihe ausgebildet ist.

Hintergrund der Erfindung

Bekannte Radlagereinheiten haben ein relativ hohes Gewicht und eine relativ geringe Lagersteifigkeit. Die Lagersteifigkeit ist dabei der Widerstand, den die Einheit gegen durch Belastungen hervorgerufene elastische Auslenkungen aufbringt. Aus der Lagersteifigkeit resultier eine Kippsteifigkeit, die sich aus dem Verhältnis von Momenten aus Belastungen zu dem Kippwinkel im Lager, z.B. in Nm/ ⁰ , ergibt.

Die Kippsteifigkeit ist umso geringer, um so mehr das Lager 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 sich über eine große axiale Bremsscheibenauslenkung, insbesondere im Bereich der Bremsscheiben, auch nachteilig auf den Verschleiß der Bremse und die Funktion der Bremse auswirken.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Radlagereinheit mit einer hohen Lagersteifigkeit zu schaffen,

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

Die erfindungsgemäße Radlagereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Durchmesser T _κ Teilkreis einer Reihe Wälzkörper der Radlagereinheit zum Durchmesser d« der Wälzkörper größer als der Zah- lenwert 6, kurz 6, ist sowie dass ein Reihenabstand π_ zwischen zwei axial zueinander benachbarten Reihen der Wälzkörper (d.h. der axiale Mittenabstand von Mitte Wälzkörper der einen Reihe zu Mitte Wälzkörper der benachbarten Reihe) höchstens dem 1 ,65 - fachen des Durchmessers d _k der Wälzkörper entspricht.

Somit ist:

T _κ > 6 • d«

r _L < = 1 ,65 • d _k

zu folgenden, den Erfindungsgegenstand nicht einschränkenden, erklärenden Randbedingungen:

- Die axiale Lagerbreite des Außenteiles 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.

- Der Teilkreis ist der gedachte Kreis, dessen Mittelpunkt senkrecht von der Rotationsachse der Radlagereinheit durchstoßen ist, und der die Zentren der Wälzkörper einer Reihe umfangsseitig schneidet bzw. miteinander verbindet.

Das Verhältnis gilt bei Radlagereinheiten, bei denen sich die Durchmesser der Teilkreise von Reihe zu Reihe unterscheiden, für die Reihe mit dem kleinsten Teilkreisdurchmesser.

- Das Verhältnis gilt für Radlagereinheiten, bei denen die Durchmesser der Teilkreise von Reihe zu Reihe gleich sind, sich jedoch die Durchmesser der Wälzkörper von Reihe zu Reihe unterscheiden, für die Reihe, deren Wälzkörper den größten Durchmesser aufweisen.

- Das Verhältnis gilt für Radlagereinheiten zur Lagerung von nicht angetriebenen oder angetriebenen Rädern. Angetriebene Räder sind z.B.

mit dem Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks gekoppelt, wie gelenkte Räder an Fahrzeugen mit Frontantrieb oder angetriebene Räder an Hinterachskonstruktionen.

- Das Verhältnis gilt für einreihige, insbesondere zweireihige und mehrreihige Kugel- oder Rollenlager, insbesondere für Kugellager, von denen in der Regel das Innenteil mit dem Fahrzeugrad verbunden und das Außenteil fahrzeugseitig über Radträger bzw. Achsschenkel fest ist.

- Das Innenteil ist mindestens ein Innenring mit mindestens einer der Laufbahnen, ist wahlweise zwei Innenringe in einer Einheit mit einer Nabe o.a., auf der der Innenring sitzt , oder

- das Innenteil ist eine Nabe o.a. an der zumindest eine der Laufbahnen direkt, und somit ohne Zwischenschaltung eines Innenringes, ausgebildet ist

- Das Außenteil ist mindestens ein Außenring, der zu einer Einheit mit einem Außengehäuse montiert ist. Das Außengehäuse ist beispielsweise ein Radträger und weist Befestigungselemente zur fahrzeugsei- tigen Befestigung auf, oder

- das Außenteil ist das Außengehäuse und weist mindestens eine der Laufbahnen auf, und ist somit ohne Zwischenschaltung eines Außenringes ausgebildet.

- Eine Radnabe der Radlagereinheit weist - insbesondere im Falle angetriebener Räder - eine radial nach innen in Richtung der Rotations- achse hervorstehende Innenverzahnung auf. Die Innenverzahnung ist für einen Eingriff in eine Außenverzahnung eines Antriebszapfens o.a. vorgesehen. Die Radnabe ist rotationsfest mit der Außenlaufbahn

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

Mit der Wahl des Verhältnisses sowie des Reihenabstandes wird von der in der Fachwelt vorherrschenden Meinung abgewichen, dass die Abmessungen von Radlagereinheiten möglichst klein gewählt werden müssen.

Durch den größeren Wälzkörperteilkreis ergibt sich bei gleicher statischer Tragzahl Co gegenüber einem Lager des Standes der Technik aus

Co = fo ^• i ^• z ^• d« ^• cos Qo

eine größere Anzahl Kugeln pro Reihe des erfindungsgemäßen Lagers, insbesondere dann, wenn der Kugeldurchmesser dι< so klein wie möglich gewählt wird. Es sind

fo = von der Lagerbauart abhängiger Faktor i = Anzahl der Reihen Wälzkörper αo = Lagerdruckwinkel z = Anzahl der Wälzkörper.

Die Steifigkeit ist von Faktoren, wie dem Elastizitätsmodul des Wälzlagerma- terials, der Schmiegung der Laufbahn und im hohen Maße von der Anzahl der Wälzkörper sowie von dem Durchmesser der Wälzkörper, abhängig.

So ergibt sich beispielsweise für ein Lager mit einem Durchmesser des Teilkreises von T _κ = 64 bis 65 mm und für z = 14 Wälzkörper mit dι< = 12,7 mm in einem Lager nach dem Stand der Technik eine geringere Steifigkeit als eine vorteilhaft höhere Steifigkeit, die sich für die erfindungsgemäße Radlagereinheit mit gleichem Teilkreisdurchmesser und für z = 21 mit d _K = 11 ,112

mm ergibt.

Die Lagersteifigkeit, die sich durch die Erfindung um ca. 40% gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht, führt zur erhöhten Lagerkippsteifig- keit. Die erhöhte Lagerkippsteifigkeit führt zu geringeren belastungsabhängigen Verformungen an der Radlagereinheit und somit zu geringeren Verformungen an den Bremsscheiben.

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

So kann weiterbildend vorgesehen sein, dass die axiale Lagerbreite bι_ des Außenteils höchstens dem Vierfachen des Durchmessers des kleinsten tra- genden Wälzkörpers der Radlagereinheit entspricht. Somit ist:

b _L < = 4 • d _k

zu folgenden Randbedingungen:

- Die axiale Lagerbreite des Außenteiles 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.

Schließlich ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der

Lagerquerschnitt qι_ höchstens dem 2 fachen des Durchmessers der kleinsten Wälzkörper der Radlagereinheit entspricht. Somit ist:

q _L < = 2 d _k

zu folgenden Randbedingungen:

- Der Lagerquerschnitt ist durch den radialen Abstand zwischen der Lagerbohrung, beschrieben mit dem Innendurchmesser dι_ (freier In- nendurchmesser 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 Pi und P _∑ der Außenkontur des Außenteils bestimmt und ergibt sich aus

2q _L = D _A - d _L

Die Punkte Pi und P ₂ liegen dabei in einer gemeinsamen durch die Zent- ren der Wälzkörper einer der Reihen verlaufenden Radialebene E. Die Radialebene E verläuft durch die Reihe, über der der kleinste radiale Abstand DA ausgebildet ist. In den Beispielen nach Figur 2 und 3 ist dies für die Radlagereinheit 1 nach Figur 2 die in der Zeichnung rechte und für die Radlagereinheit 4 nach Figur 3 die im Bild linke Reihe.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht für eine Radlagereinheit mit einer Radnabe vor, dass das Verhältnis Durchmesser dz eines Kopfkreises der Innenverzahnung zu Lagerbreite bι_ des Außenteils größer als 0,9 ist, d.h. d _z / b _L > 0,9

zu folgenden Randbedingungen:

- Definition der axialen Lagerbreite siehe oben;

- Die Radnabe weist eine radial nach innen in Richtung der Rotations- achse hervorstehende Innenverzahnung auf. Die Innenverzahnung ist für einen Eingriff in eine Außenverzahnung eines Antriebszapfens o.a. vorgesehen. Die Radnabe ist rotationsfest mit der Außenlaufbahn zumindest gekoppelt, d.h. entweder die Radnabe ist das Innenteil selbst und weist dann mindestens eine der Laufbahnen auf oder we- nigstens ein Innenring sitzt als Innenteil auf der Radnabe.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass

- das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dι_ zu Lagerbreite bι_ größer als 1 ,5 ist, d.h.

d _L / b _L > 1 ,25,

- das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser d[_ zu Durchmesser der Wälzkör- per d« größer als 4,2 ist, d.h.

d _L / dκ > 4,2,

- das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Reihenabstand der Wälz- körperreihen r _L größer als 3 ist, d.h.

d _L / r _L > 3,

- das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser d _L zu Lagerquerschnitt qι_ größer als 2,2 ist, d.h.

d _L / q _L > 2,2,

- das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dz zu Reihenabstand der Wälzkörperreihen r _L größer als 2,3 ist, d.h.

d _z / r _L > 2,3,

- das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dz zu Wälzkörperdurchmesser d« größer als 3,2 ist, d.h.

d _z / d _κ > 3,2,

- das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dz zu Verzahnungsbreite V _B größer als 0,9 ist, d.h.

d _z / V ₅ > 0,9,

- das Verhältnis Lageraußendurchmesser D _A zu Verzahnungsdurchmesser dz kleiner als 2,7 ist, d.h.

D _A / d _z < 2,7.

In Figuren 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Weiteren näher erläutert werden.

Es zeigen

Figur 1 eine beispielhafte Bemassung für eine Radlagereinheit mit

Verhältnisangaben gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine Radlagereinheit für eine getriebene Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 3 eine Radlagereinheit für eine nicht getriebene Achse gemäß

einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung der Zeichnungen

Hg.1 zeigt in tabellarischer Form eine beispielhafte Bemassung einer Radlagereinheit mit (Geometrie-)Verhältnissen, angegeben als - allgemeine - Mindest- bzw. Maximalverhältnisse, die bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Erfin- düng gemacht wurde, an Radlagereinheiten des Standes der Technik nicht verwirklicht sind und welche durch die beispielhafte Bemassung erfüllt sind.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Radlagereinheit 1 eine Radnabe 2 mit einer Innenverzahnung 3 aufweist, mit An- gäbe der für die Erfindung wesentlichen Kenngrößen. Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Radlagereinheit 4 mit einer Radnabe 5 und mit Angabe der für die Erfindung wesentlichen Kenngrößen. Alle Darstellungen sind in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachsen 1a bzw. 4a der Radlagereinheiten 1 bzw. 4 und nicht maßstäblich.

Die Innenverzahnung 3 an der Radnabe 2 ist für den Eingriff in eine Außenverzahnung eines nicht dargestellten Antriebszapfens vorgesehen. Die Radnabe 2 ist drehbar in dem Außenteil 8 gelagert und weist einen Flansch 9 für das Befestigen eines nicht dargestellten Fahrzeugrades und einer Brems- Scheibe auf. Auf der Radnabe 2 sitzen die Innenteile 10 in Form von Innenringen 6 und 7, die jeweils eine Außenlaufbahn 13 bzw. 14 für den Wälzkontakt mit jeweils einer Reihe Wälzkörpern 11 in Form von Kugeln aufweisen. Die Wälzkörper 11 einer Reihe sind in einem Käfig 12 geführt. Das Außenteil 8 ersetzt als Flanschkörper den oder die klassischen Außenringe und weist dazu die Innenlaufbahnen 15 bzw. 16 für den Wälzkontakt mit den Wälzkörpern 11 auf. Das Außenteil 8 ist mit einem Flansch 17 zur fahrzeugseitigen Befestigung der Radlagereinheit 1 versehen.

Die Radlagereinheit 4 für nicht angetriebene Räder weist eine Radnabe 5 auf, an der eine Innenlaufbahn 18 für eine Reihe der Wälzkörper 11 ausgebildet ist. Auf der Radnabe 5 sitzt ein Innenring 19 als Innenteil 10, der eine weitere Innenlaufbahn 20 für weitere Wälzkörper 11 aufweist. Das Außenteil 21 der Radlagereinheit 4 ist einteilig mit den Innenlaufbahnen 22 und 23 ausgebildet und weist einen Flansch 24 zur fahrzeugseitigen Befestigung auf.

Bezugszeichen

Radlagereinheit Lagerdruckwinkel a Rotationsachse b _L Lagerbreite

Lageraußendurchmesser, raRadnabe rv dialer Abstand

Innenverzahnung d _k Durchmesser Wälzkörper

Radlagereinheit d _L Innendurchmesser Innenteil a Rotationsachse dz Durchmesser Kopfkreis

Radnabe QL Lagerquerschnitt

Innenring E Radialebene

Innenring Pi Punkt der Außenkontur

Außenteil P ₂ Punkt der Außenkontur

Flansch γL Reihenabstand 0 Innenteil TK Durchmesser Teilkreis 1 Wälzkörper VB Verzahnungsbreite 2 Käfig 3 Außenlaufbahn 4 Außenlaufbahn 5 Innenlaufbahn 6 Innenlaufbahn 7 Flansch 8 Innenlaufbahn 9 Innenring 0 Innenlaufbahn 1 Außenteil 2 Innenlaufbahn 3 Innenlaufbahn 4 Flansch