DE102006034036A1

DE102006034036A1 - Radnaben-Drehgelenk-Anordnung mit Axialsicherung der Radnabe durch axiale Verspannung und radiale Verpressung

Info

Publication number: DE102006034036A1
Application number: DE102006034036A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. Cermak; Joachim Dipl.-Ing. Prölß
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: DE102006034036B4

Abstract

Radnaben-Drehgelenk-Anordnung 11, umfassend eine drehbar gelagerte Radnabe 21 mit einem Randflansch 22 zur Anschraubung eines Fahrzeugrades, die eine zentrale Durchgangsöffnung 29 mit einer inneren Wellenverzahnung 30 aufweist, und ein Drehgelenk 41 mit einem Gelenkaußenteil 42, an dem ein Antriebszapfen 43 mit einer äußeren Wellenverzahnung 53 angeformt ist, wobei der Antriebszapfen 43 in die Durchgangsöffnung 29 eingesteckt ist und die Radnabe 21 und das Gelenkaußenteil 42 mittels der ineinandergreifenden inneren und äußeren Wellenverzahnungen 30, 53 drehfest miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem gelenkseitigen Ende der Radnabe 21 und einer radseitigen Stirnfläche 50 des Gelenkaußenteils 42 ein axialer Freiraum 81 vorgesehen ist, wobei Verspannungsmittel 82, 55 zwischen der Radnabe 21 und dem Antriebszapfen 43 wirksam sind, die die Radnabe 21 in Richtung auf das Gelenkaußenteil 42 beaufschlagen, und daß zur Abstützung der Radnabe 21 am Gelenkaußenteil 42 eine radiale Verpressung zwischen Radnabe 21 und Antriebszapfen 43 zumindest auf Teilumfangsbereichen am Zapfenfuß 51 des Antriebszapfens 43 vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radnaben-Drehgelenk-Anordnung, umfassend eine drehbar gelagerte Radnabe mit einem Radflansch zur Anschraubung eines Fahrzeugrades, die eine zentrale Durchgangsöffnung mit einer inneren Wellenverzahnung aufweist, und ein Drehgelenk mit einem Gelenkaußenteil, an dem ein Antriebszapfen mit einer äußeren Wellenverzahnung angeformt ist, wobei der Antriebszapfen in die Durchgangsöffnung eingesteckt ist, und die Radnabe und das Gelenkaußenteil mittels der ineinandergreifenden inneren und äußeren Wellenverzahnungen drehfest miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem gelenkseitigen Ende der Radnabe und einer radseitigen Stirnfläche des Gelenkaußenteils ein axialer Freiraum vorgesehen ist.
Eine Anordnung der vorstehend genannten Art ist aus der DE 102 19 018 A1 bekannt. Hierbei ist zwischen dem gelenkseitigen Ende der Radnabe und der radseitigen Stirnfläche des Gelenkaußenteils bereits ein axial offener Ringspalt vorgesehen, so daß bei relativen Torsionsbewegungen zwischen Radnabe und Gelenkaußenteil unter Drehmomentbelastung keine unerwünschten Geräusche infolge Anlageversatzes entstehen können. Eine Zentrierung zwischen dem freien Ende der Radnabe und dem Zapfenfuß des Antriebszapfens wird durch einen Zentrierbund im Bereich des Zapfenfußes hergestellt. Zur relativen Axialsicherung zwischen Radnabe und Antriebszapfen ist ein Axialsicherungsring vorgesehen, der in eine Innennut in der Radnabe und in eine Außennut am Zapfenende des Antriebszapfens eingreift und eine relative Axialsicherung in beiden Richtung sicherstellt.
Um die notwendige Demontage des Drehgelenks und damit der mit diesem verbundenen Antriebswelle von der Radnabe zu ermöglichen, ist die Außennut im Antriebszapfen vertieft ausgebildet und das Zapfenende in komplizierter Weise mit einer Zentralöffnung und einem Längsschlitz im Zapfen vom Zapfenende her ausgebildet, während die freien Enden des am Umfang geteilten Sicherungsringes nach innen abgebogen sind, um mit einem Werkzeug handhabbar zu sein.
Aus der DE 103 38 172 B3 ist eine Anordnung ähnlich der genannten Art bekannt, bei der die Radnabe mittels einer in den Antriebszapfen eingedrehten Schraube, deren Schraubenkopf sich an der Radnabe abstützt, axial gegenüber dem Gelenkaußenteil verspannt ist. Hierbei ist unmittelbar zwischen dem radseitigen Ende der Radnabe und einer radseitigen Stirnfläche des Gelenkaußenteils ein axialer Freiraum vorhanden, die Radnabe stützt sich jedoch über Lagerinnenringe einer Radlagerung axial spielfrei am Gelenkaußenteil ab.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radnaben-Drehgelenk-Anordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der die Axialsicherungsmittel vereinfacht dargestellt sind.
Die Lösung hierfür besteht darin, daß Verspannungsmittel zwischen der Radnabe und dem Antriebszapfen in einer Richtung wirksam sind, die die Radnabe in Richtung auf das Gelenkaußenteil beaufschlagen, und daß zur Abstützung der Radnabe am Gelenkaußenteil eine radiale Verpressung zwischen Radnabe und Antriebszapfen zumindest auf Teilumfangsbereichen am Zapfenfuß des Antriebszapfens vorgesehen sind. Bevorzugt wird ergänzend eine axiale Verpressung zwischen Radnabe und Antriebszapfen zumindest auf Teilumfangsbereichen am Zapfenfuß des Antriebszapfens vorgesehen.
Mit den hiermit bezeichneten Lösungsmitteln wird eine Anordnung bereitgestellt, bei der die axiale Verspannung zwischen Radnabe und Gelenkaußenteil mit einfachen in nur einer Richtung wirksamen Verspannungsmitteln, z. B. gängigen Verschraubungsmitteln erfolgen kann, insbesondere mittels einer in eine Zentralbohrung im Antriebszapfen eingedrehten Schraube, deren Schraubenkopf sich auf einer radseiti gen Stirnfläche der Radnabe auflegt, wobei die Gegenkraft durch einen einfachen elastischen oder plastischen Verformungsvorgang erzeugt wird, die sich mit zunehmender Vorspannung aufbaut. Dabei wird jedoch in vorteilhafter Weise eine unmittelbare Abstützung zwischen gelenkseitigem Ende der Radnabe und Stirnfläche des Gelenkaußenteils vermieden. Durch das Vermeiden einer unmittelbaren axialen Abstützung zwischen Radnabe und Stirnfläche des Gelenkaußenteils auf einem großen Durchmesser werden in vorteilhafter Weise auch Geräuschentwicklungen bei relativen Verdrehungsbewegungen unter Torsionsbelastung vermieden. Stattdessen findet die axiale Verspannung gegen elastisch oder plastisch umgeformte Materialerhebungen im Bereich des Zapfenfußes statt, insbesondere durch plastische Umformung von einzelnen umfangsverteilten Längsrippen. In günstiger Weise ist diese Verspannung hinsichtlich der axialen Toleranzen sehr unempfindlich. Bei Herstellung der Schraubverbindung ist alleine das eingeleitete Drehmoment in ausreichender Weise zu kontrollieren.
Zur Erzeugung der erfindungsgemäßen radialen Verpressung kann entweder vorgesehen werden, daß die Verpressung an zumindest drei umfangsverteilte Materialerhebungen im Bereich des Zapfenfußes des Antriebszapfens gebildet wird, die in die Durchgangsöffnung der Radnabe eingepreßt werden, oder daß die Verpressung an zumindest drei umfangsverteilten Materialerhebungen in der Durchgangsöffnung der Radnabe gebildet werden, in die der Zapfenfuß des Antriebszapfens eingepreßt ist. Die umfangsverteilten Erhebungen können durch Längsrippen ausgebildet werden, deren absolute Höhe über der Länge etwa gleichbleibend ist, deren Kopflinie jedoch aufgrund eines zunehmenden Durchmessers des Zapfenfußes des Antriebszapfens stark progressiv ansteigen kann, so daß die gewünschte axiale Vorspannkraft auf geringem Verspannungsweg zu erreichen ist.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß das gelenkseitige Ende der Radnabe von einer Aufbördelung gebildet wird, die sich gegen zumindest einen separaten aufgeschobenen Lagerinnenring eines auf der Radnabe angeordneten Wälzlagers anlegt und die Radlagerung damit verspannt. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß die Axialverspannung des zumindest einen auf die Radnabe aufgeschobenen separaten Lagerinnenrings der Radlagerung ausschließlich bei der Herstellung der Aufbördelung erfolgt und somit hinsichtlich ihrer Vorspannung nicht durch die anschließend hergestellte Verbindung zwischen Radnabe und Drehgelenk beeinflußt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
Hierin zeigen
1 eine erfindungsgemäße Radnaben-Drehgelenk-Anordnung im Längsschnitt;
2 ein Gelenk einer Anordnung nach 1 als Einzelheit in seitlicher Ansicht;
3 ein Gelenk nach 2 als Einzelheit in räumlicher Ansicht;
4 einen Querschnitt durch das Gelenk nach den 2 und 3 im Bereich des Zapfenfußes des Antriebszapfens;
5 den Verbindungsbereich zwischen Radnabe und Antriebszapfen des Gelenkaußenteils im Bereich des Zapfenfußes nach 1 in einer vergrößerten Einzelheit.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Radnaben-Drehgelenk-Anordnung 11 im Längsschnitt erkennbar, die als wesentliche Komponenten eine Radnabe 21 mit einem daran angeformten Radflansch 22, ein drehmomentübertragendes Drehgelenk 41 mit einem Gelenkaußenteil 42, an dem ein Antriebszapfen 43 angeformt ist, und eine auf der Radnabe 21 aufgezogene Radlagerung 61 aufweist. Die gemeinsame Längsachse von Radnabe 21, Gelenkaußenteil 42 und Radlagerung 61 ist mit A bezeichnet. Die dargestellten Bauteile sind mit Ausnahme von drehmomentübertragenden Kugeln 49 und einander zugeordneten äußeren Kugelbahnen 44 im Gelenkaußenteil 42 und inneren Kugelbahnen 45 im Gelenkinnenteil 46 sowie einem Kugelkäfog 47 mit umfangsverteilten Käfigfenstern 48 im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich dieser Längsachse A. Hierbei versteht es sich, daß bezüglich der Radlagerung 61 die Anordnung der Lagerkugeln und die Ausführung der Lagerkäfige, die noch näher benannt werden, im strengen Sinne nicht rotationssymmetrisch sind. Die Radlagerung 61 umfaßt einen Lageraußenring 62, an dem ein Lagerflansch 63 zur Anschraubung an einen Radträger angeformt ist. Hierfür dienen Gewindelöcher 64. Der Lageraußenring 62 bildet zwei äußere Kugelrillen 65, 66 aus, in denen Kränze von Lagerkugeln 67, 68 laufen. Die Kugeln sind durch Lagerkäfige 69, 70 mit Abstand voneinander gehalten.
Die Radlagerung 61 wird vervollständigt durch einen integral mit der Radnabe 21 ausgebildeten Lagerinnenring 71 und durch einen getrennt von dieser ausgeführten Lagerinnenring 72, der auf die Radnabe 21 von der Seite des Drehgelenks 41 her axial aufgeschoben ist. Die Lagerinnenringe 71, 72 bilden innere Kugelrillen 73, 74 aus. An dem dem Radflansch 22 der Radnabe 21 axial gegenüberliegenden Ende der Radnabe 21 ist eine Aufbördelung 24 ausgebildet, die erst nach dem axialen Aufschieben des Lagerinnenrings 71, der Lagerkugeln 67, 68 und des Lageraußenrings 62 durch einen Bördelvorgang erzeugt worden ist und der den Lagerinnenring 72 und damit die Radlagerung 61 axial verspannt. Einer Endfläche 28 der Aufbördelung 24 liegt mit axialem Abstand eine Stirnfläche 50 des Gelenkaußenteils 42 gegenüber.
Das durch den Radflansch 22 gekennzeichnete Ende der Anordnung 11 wird radseitiges Ende und das durch das Drehgelenk 41 gekennzeichnete Ende der Anordnung 11 wird gelenkseitiges Ende genannt.
Der Antriebszapfen 43 hat einen ersten Bereich im Anschluß an die Stirnfläche 50, der im weiteren Zapfenfuß 51 genannt wird. Daran schließt sich ein weiterer Bereich an, der durch eine äußere Wellenverzahnung 53 gekennzeichnet ist, die bis zum Ende des Antriebszapfen 43 reicht. Die Radnabe 21 hat eine Durchgangsöffnung 29, die eine innere Wellenverzahnung 30 trägt. An die innere Wellenverzahnung 30 schließt sich am radseitigen Ende eine Erweiterung 31 von innenzylindrischer Form und am gelenkseitigen Ende eine Erweiterung 32 von innenzylindrischer Form an. Die Erweiterung 31 erstreckt sich axial etwa bis zur Flanschfläche 27 des Radflansches 22. Die Erweiterung 32 erstreckt sich vom Gelenk aus axial etwa bis zur Lagermitte des Lagerinnenrings 72 oder sogar darüber hinaus.
Mit der hier gezeigten Anordnung, die mit dem Lagerflansch 63 an einem Radträger eines Kraftfahrzeuges angeschraubt werden kann, sind Antriebsdrehmomente von einer Seitenwelle, die in das Gelenkinnenteil 44 verdrehfest eingesteckt und axial in diesem gesichert werden kann, auf ein Fahrzeugrad zu übertragen, dessen Felge am Radflansch 22 anzuschrauben ist. Das Drehgelenk 41 läßt veränderliche Winkelstellungen zwischen der Seitenwelle und dem Radträger zu, die durch Einfederungen und Lenkbewegungen des Radträgers zustandekommen können.
Im folgenden wird auf die voneinander abweichenden Merkmale der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen eingegangen.
In 1 ist an dem radseitigen Ende des Antriebszapfens 43, das in die Radnabe 21 eingeschoben ist, eine Schraube 82 in einer zentralen Gewindebohrung 55 des Antriebszapfens 43 eingedreht. Der Schraubenkopf 83 der Schraube 82 legt sich mit einer ebenen Flanke auf einer Stirnfläche der Radnabe 21 auf, die durch eine radiale Einziehung 33 in der Durchgangsöffnung gebildet wird. Eine der Vorspannkraft der Schraube 82 entgegenwirkende Haltekraft wird erzeugt durch eine radiale Verpressung zwischen umfangsverteilten Materialerhebungen 54 am Zapfenfuß 51 und der innenzylindrischen Erweiterung 32 der Radnabe 21, die beim Aufschieben der Radnabe 21 auf den Antriebszapfen 43 entsteht. Hierbei werden die umfangsverteilten Materialerhebungen 54 verquetscht und plastisch umgeformt. Die damit erzeugte radiale Verpressung zwischen Radnabe 21 und Antriebszapfen 43 sichert die Radnabe 21 gegen weiteres Aufschieben und fixiert damit das Axialmaß des Ringspaltes 81 zwischen der Fläche 28 und der Fläche 50.
In 2 ist das Drehgelenk 41 als Einzelheit in seitlicher Ansicht dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in 1.
Es ist das Gelenkaußenteil 42 in seiner rotationssymmetrischen Ausbildung mit der Stirnfläche 50 und dem einstückig angeformten Antriebszapfen 43 erkennbar. Am Antriebszapfen ist die äußere Wellenverzahnung 53 ausgebildet. Zwischen dem axialen Bereich des Antriebszapfens 43 mit der Wellenverzahnung 53 und der Stirn fläche 50 befindet sich der Zapfenfuß 51, der im wesentlichen eine Übergangsrundung darstellt. Auf dem Zapfenfuß 51 sind umfangsverteilte rippenförmige Materialerhebungen 54 erkennbar, deren absolute Höhe über dem Zapfenfuß etwa konstant ist, deren Kopflinie, bezogen auf die Längsachse des Drehgelenks, infolge der gerundeten Form des Zapfenfußes 51 jedoch progressiv ansteigt, in Richtung von der Wellenverzahnung 53 zur Stirnfläche 50, d. h. also in Richtung des Aufschiebens der Radnabe.
In 3 sind gleiche Einzelheiten wie in 2 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung der 2 wird verwiesen. Als weiteres Merkmal ist noch die Gewindebohrung 55 für die Spannschraube erkennbar.
In 4 sind gleiche Einzelheiten wie in den 2 und 3 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Anhand des Querschnittes durch den Zapfenfuß 51, der in kurzem Abstand zum Ende der Wellenverzahnung gelegt ist, ist erkennbar, daß die rippenförmigen Materialerhebungen 54 absolut nur geringe Höhe haben, jedoch durch den gerundeten Verlauf des Zapfenfußes 51 eine stark ansteigende Kopflinie bilden.
In 5 sind gleiche Einzelheiten wie in 1 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Von der Radnabe 21 ist hier nur die Aufbördelung 24 und die innere Wellenverzahnung 30 in der Durchgangsöffnung 29 gezeigt, während die Position des Lagerinnenrings 72 nur durch die dargestellte Ausnehmung erkennbar ist. In die Radnabe 21 ist der Antriebszapfen 43 mit seiner äußeren Wellenverzahnung 53 eingesteckt, wobei die im Bereich des Zapfenfußes 51 ausgebildeten Materialerhebungen 54 so weit in die Radnabe 21 eingeführt sind, daß der Bereich der ansteigenden Kopflinie erreicht ist. Das seitlich verquetschte Material beim Einschieben wird durch die gestrichelt dargestellte Überdeckungslinie mit der Radnabe 21 verdeutlicht. In der hier erreichten axial fixierten Position ist ein Axialabstand zwischen Aufbördelung 24 und Stirnfläche 50 des Gelenkaußenteils 42 durch einen Umfangsspalt 81 dargestellt. Torsionsbewegungen zwischen Radnabe und Antriebszapfen führen somit nicht zu Versetzungen zwischen unter Anlagespannung stehenden Oberflächen.

11: Radnabe-Drehgelenk-Anordnung
21: Radnabe
22: Radflansch
23: Gewindeloch
24: Aufbördelung
27: Flanschfläche (22)
28: Endfläche (24)
29: Durchgangsöffnung
30: innere Wellenverzahnung
31: innenzylindrische Erweiterung
32: innenzylindrische Erweiterung
33: Einziehung
41: Drehgelenk
42: Gelenkaußenteil
43: Antriebszapfen
44: äußere Kugelbahnen
45: innere Kugelbahnen
46: Gelenkinnenteil
47: Kugelkäfig
48: Käfigfenster
49: Kugel
50: Stirnfläche
51: Zapfenfuß
52
53: äußere Wellenverzahnung
54: Materialerhebung
55: Gewindebohrung
61: Radlagerung
62: Lageraußenring
63: Lagerflansch
64: Gewindeloch
65: Kugelrille (äußere)
66: Kugelrille (äußere)
67: Lagerkugel
68: Lagerkugel
69: Lagerkäfig
70: Lagerkäfig
71: Lagerinnenring
72: Lagerinnenring
73: Kugelrille (innere)
74: Kugelrille (innere)
81: Umfangsspalt
82: Schraube
83: Schraubenkopf

Claims

Radnaben-Drehgelenk-Anordnung (11), umfassend eine drehbar gelagerte Radnabe (21) mit einem Radflansch (22) zur Anschraubung eines Fahrzeugrades, die eine zentrale Durchgangsöffnung (29) mit einer inneren Wellenverzahnung (30) aufweist, und ein Drehgelenk (41) mit einem Gelenkaußenteil (42), an dem ein Antriebszapfen (43) mit einer äußeren Wellenverzahnung (53) angeformt ist, wobei der Antriebszapfen (43) in die Durchgangsöffnung (29) eingesteckt ist, und die Radnabe (21) und das Gelenkaußenteil (42) mittels der ineinandergreifenden inneren und äußeren Wellenverzahnungen (30, 53) drehfest miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem gelenkseitigen Ende der Radnabe (21) und einer radseitigen Stirnfläche (50) des Gelenkaußenteils (42) ein axialer Freiraum (81) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Verspannungsmittel (82, 55) zwischen der Radnabe (21) und dem Antriebszapfen (43) wirksam sind, die die Radnabe (21) in Richtung auf das Gelenkaußenteil (42) beaufschlagen, und daß zur Abstützung der Radnabe (21) am Gelenkaußenteil (42) eine radiale Verpressung zwischen Radnabe (21) und Antriebszapfen (43) zumindest auf Teilumfangsbereichen am Zapfenfuß (51) des Antriebszapfens (43) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung der Radnabe (21) am Gelenkaußenteil (42) eine axiale Verpressung zwischen Radnabe (21) und Antriebszapfen (43) zumindest auf Teilumfangsbereichen am Zapfenfuß (51) des Antriebszapfens (43) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspannungsmittel durch eine Axialverschraubung, insbesondere durch eine in den Antriebszapfen (43) eingedrehte Schraube (82), die sich mit ihrem Schraubenkopf (83) auf der Radnabe (21) auflegt, gebildet werden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung durch zumindest drei umfangsverteilte Materialerhebungen (54) im Bereich des Zapfenfußes (51) des Antriebszapfens (43) gebildet wird, die in die Durchgangsöffnung (29) der Radnabe (21) eingepreßt werden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung durch zumindest drei umfangsverteilte Materialerhebungen in der Durchgangsöffnung (29) in der Radnabe (21) gebildet werden, in die der Zapfenfuß (51) des Antriebszapfens (43) eingepreßt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsverteilten Materialerhebungen (54) nach Art von Längsrippen ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopflinien der Längsrippen mit zunehmender Einschubtiefe des Antriebszapfens (43) in die Durchgangsöffnung (29) ansteigend sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gelenkseitige Ende der Radnabe (21) von einer Aufbördelung (24) gebildet wird, die sich gegen zumindest einen separaten aufgeschobenen Lagerinnenring (72) eines auf der Radnabe (21) angeordneten Wälzlagers (61) anlegt.