DE102005036660A1 - Radlagereinheit - Google Patents

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DE102005036660A1
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bearing unit
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Peter Niebling
Ernst Masur
Gottfried Ruoff
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit (1, 4) mit wenigstens einem Außenteil (8, 21), mit zumindest einem Innenteil (10) und mit wenigstens zwei Reihen Wälzkörper (11) zwischen dem Außenteil (8, 21) und dem Innenteil, wobei an dem Außenteil (8, 21) jeweils zumindest eine Innenlaufbahn (15, 16) sowie an dem Innenteil (10) jeweils wenigstens eine Außenlaufbahn (13, 14) für Wälzkörper (11) einer Reihe ausgebildet ist. Ein Verhältnis von Durchmesser (T¶K¶) Teilkreis zumindest einer Reihe der Radlagereinheit (1, 4) zum Druchmesser (d¶k¶) der Wälzkörper (11) der jeweiligen Reihe ist größer als der Zahlenwert Sechs. Der Reihenabstand (r¶L¶) zwischen den Reihen entspricht höchstens dem 1,65-fachen des Durchmessers (d¶k¶) der Wälzkörper (11).

Description

  • 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/°, 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 TK Teilkreis einer Reihe Wälzkörper der Radlagereinheit zum Durchmesser dK der Wälzkörper größer als der Zahlenwert 6, kurz 6, ist sowie dass ein Reihenabstand rL 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 dk der Wälzkörper entspricht.
  • Somit ist: TK > 6·dK rL < = 1,65·dk 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.ä., auf der der Innenring sitzt, oder
    • – das Innenteil ist eine Nabe o.ä. 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 fahrzeugseitigen 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 Rotationsachse hervorstehende Innenverzahnung auf. Die Innenverzahnung ist für einen Eingriff in eine Außenverzahnung eines Antriebszapfens o.ä. 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 C0 gegenüber einem Lager des Standes der Technik aus C0 = f0·i·z·dK 2·cosα0 eine größere Anzahl Kugeln pro Reihe des erfindungsgemäßen Lagers, insbesondere dann, wenn der Kugeldurchmesser dK so klein wie möglich gewählt wird. Es sind
    • f0
    = von der Lagerbauart abhängiger Faktor
    i
    = Anzahl der Reihen Wälzkörper
    α0
    = Lagerdruckwinkel
    z
    = Anzahl der Wälzkörper.
  • Die Steifigkeit ist von Faktoren, wie dem Elastizitätsmodul des Wälzlagermaterials, 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 TK = 64 bis 65 mm und für z = 14 Wälzkörper mit dK = 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 dK = 11,112 mm ergibt.
  • Die Lagersteifigkeit, die sich durch die Erfindung um ca. 40% gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht, führt zur erhöhten Lagerkippsteifigkeit. 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 bL des Außenteils höchstens dem Vierfachen des Durchmessers des kleinsten tragenden Wälzkörpers der Radlagereinheit entspricht. Somit ist: bL < = 4·dk 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 qL höchstens dem 2 fachen des Durchmessers der kleinsten Wälzkörper der Radlagereinheit entspricht. Somit ist: qL < = 2dk zu folgenden Randbedingungen:
    • – Der Lagerquerschnitt ist durch den radialen Abstand zwischen 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 P1 und P2 der Außenkontur des Außenteils bestimmt und ergibt sich aus 2qL = DA – dL
  • Die Punkte P1 und P2 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. In den Beispielen nach 2 und 3 ist dies für die Radlagereinheit 1 nach 2 die in der Zeichnung rechte und für die Radlagereinheit 4 nach 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 bL des Außenteils größer als 0,9 ist, d.h. dZ/bL > 0,9zu folgenden Randbedingungen:
    • – Definition der axialen Lagerbreite siehe oben;
    • – Die Radnabe weist eine radial nach innen in Richtung der Rotationsachse hervorstehende Innenverzahnung auf. Die Innenverzahnung ist für einen Eingriff in eine Außenverzahnung eines Antriebszapfens o.ä. 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 wenigstens ein Innenring sitzt als Innenteil auf der Radnabe.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass
    • – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Lagerbreite bL größer als 1,5 ist, d.h. dL/bL > 1,25,
    • – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Durchmesser der Wälzkörper dK größer als 4,2 ist, d.h. dL/dK > 4,2,
    • – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Reihenabstand der Wälzkörperreihen rL größer als 3 ist, d.h. dL/rL > 3,
    • – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Lagerquerschnitt qL größer als 2,2 ist, d.h. dL/qL > 2,2,
    • – das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dZ zu Reihenabstand der Wälzkörperreihen rL größer als 2,3 ist, d.h. dZ/rL > 2,3,
    • – das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dZ zu Wälzkörperdurchmesser dK größer als 3,2 ist, d.h. dZ/dK > 3,2,
    • – das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dZ zu Verzahnungsbreite VB größer als 0,9 ist, d.h. dZ/VB > 0,9,
    • – das Verhältnis Lageraußendurchmesser DA zu Verzahnungsdurchmesser dZ kleiner als 2,7 ist, d.h. DA/dZ < 2,7.
  • In 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Weiteren näher erläutert werden.
  • Es zeigen
  • 1 eine beispielhafte Bemassung für eine Radlagereinheit mit Verhältnisangaben gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine Radlagereinheit für eine getriebene Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 eine Radlagereinheit für eine nicht getriebene Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    •
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 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 Erfindung gemacht wurde, an Radlagereinheiten des Standes der Technik nicht verwirklicht sind und welche durch die beispielhafte Bemassung erfüllt sind.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Radlagereinheit 1 eine Radnabe 2 mit einer Innenverzahnung 3 aufweist, mit Angabe der für die Erfindung wesentlichen Kenngrößen. 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 Bremsscheibe 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.
    • 1
    Radlagereinheit
    1a
    Rotationsachse
    2
    Radnabe
    3
    Innenverzahnung
    4
    Radlagereinheit
    4a
    Rotationsachse
    5
    Radnabe
    6
    Innenring
    7
    Innenring
    8
    Außenteil
    9
    Flansch
    10
    Innenteil
    11
    Wälzkörper
    12
    Käfig
    13
    Außenlaufbahn
    14
    Außenlaufbahn
    15
    Innenlaufbahn
    16
    Innenlaufbahn
    17
    Flansch
    18
    Innenlaufbahn
    19
    Innenring
    20
    Innenlaufbahn
    21
    Außenteil
    22
    Innenlaufbahn
    23
    Innenlaufbahn
    24
    Flansch
    α0
    Lagerdruckwinkel
    bL
    Lagerbreite
    DA
    Lageraußendurchmesser, radialer Abstand
    dk
    Durchmesser Wälzkörper
    dL
    Innendurchmesser Innenteil
    dZ
    Durchmesser Kopfkreis
    qL
    Lagerquerschnitt
    E
    Radialebene
    P1
    Punkt der Außenkontur
    P2
    Punkt der Außenkontur
    rL
    Reihenabstand
    TK
    Durchmesser Teilkreis
    VB
    Verzahnungsbreite

Claims (12)

  1. Radlagereinheit (1, 4) mit wenigstens einem Außenteil (8, 21), mit zumindest einem Innenteil (10) und mit wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern (11) zwischen dem Außenteil (8, 21) und dem Innenteil, wobei an dem Außenteil (8, 21) jeweils zumindest eine Innenlaufbahn (15, 16) sowie an dem Innenteil (10) jeweils wenigstens eine Außenlaufbahn (13, 14) für die Wälzkörper (11) einer Reihe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Verhältnis von Durchmesser (TK) Teilkreis zumindest einer Reihe der Radlagereinheit (1, 4) zum Durchmesser (dk) der Wälzkörper (11) der jeweiligen Reihe größer als der Zahlenwert Sechs ist, wobei der Teilkreis ein gedachter und zur Rotationsachse (1a, 4a) der Radlagereinheit (1, 4) konzentrischer Kreis ist, der die Zentren der Wälzkörper (11) einer Reihe umfangsseitig miteinander verbindet und – der Reihenabstand (rL) zwischen den Reihen höchstens dem 1,65-fachen des Durchmessers (dk) der Wälzkörper (11) entspricht, wobei der Reihenabstand (rL) der mit der Rotationsachse (1a, 4a) gleichgerichtete axiale Abstand (rL) zwischen den Zentren der Wälzkörper (11) ist.
  2. Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Lagerbreite (bL) des Außenteiles (8, 21) höchstens dem Vierfachen des Durchmessers (dk) der kleinsten Wälzkörper (11) der Radlagereinheit (1, 4) ist, wobei die axiale Lagerbreite (bL) der mit der Rotationsachse (1a, 4a) gleichgerichtete maximale Abstand (bL) zwischen zwei axial am weitesten voneinander entfernten Außenkonturpunkten des Außenteiles (8, 21) ist.
  3. Radlagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerquerschnitt höchstens dem 2-fachen des Durchmessers (dk) der kleinsten Wälzkörper (11) der Radlagereinheit (1, 4) entspricht, wobei der Lagerquerschnitt (qL) der quer zur Rotationsachse (1a, 4a) gerichtete radiale Abstand (qL) ist, der sich aus einer Differenz aus kleinster Außenabmessung des Außenteils (8, 21) und aus freier Innendurchmesser der Lagerbohrung (dL) ergibt und wobei die kleinste Außenabmessung der radiale Abstand zwischen zwei sich an der Rotationsachse in einer gedachten und durch die Zentren der Wälzkörper verlaufenden Radialebene gegenüberliegenden Punkten der Außenkontur ist.
  4. Radlagereinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, für eine Radlagereinheit mit einer Radnabe (2), wobei die Radnabe (2) eine radial nach innen in Richtung der Rotationsachse (1a, 4a) hervorstehende Innenverzahnung (3) für einen Eingriff in eine Außenverzahnung an einem Antriebszapfen aufweist und rotationsfest mit der Außenlaufbahn zumindest gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, das Verhältnis Durchmesser dZ eines Kopfkreises der Innenverzahnung zu Lagerbreite bL des Außenteils größer als 0,9 ist.
  5. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Lagerbreite bL größer als 1,25 ist.
  6. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Durchmesser der Wälzkörper dK größer als 4,2.
  7. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Reihenabstand der Wälzkörperreihen rL größer als 3 ist.
  8. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Innenringsitzdurchmesser dL zu Lagerquerschnitt qL größer als 2,2 ist.
  9. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dZ zu Reihenabstand der Wälzkörperreihen rL größer als 2,3 ist.
  10. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dZ zu Wälzkörperdurchmesser dK größer als 3,2 ist.
  11. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Verzahnungsdurchmesser dZ zu Verzahnungsbreite VB größer als 0,9 ist.
  12. Radlagereinheit nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verhältnis Lageraußendurchmesser DA zu Verzahnungs durchmesser dZ kleiner als 2,7.
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