DE102015214028A1

DE102015214028A1 - Radlagereinheit für eine Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE102015214028A1
Application number: DE102015214028.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bauer; Benjamin Wübbolt-Gorbatenko; Daniel Faber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit (1) für eine Fahrzeugachse, umfassend einen Radträger (2) und eine Radnabe (3) sowie ein radial zwischen dem Radträger (2) und der Radnabe (3) angeordnetes Radlager (4), wobei das Radlager (4) zwei an der Radnabe (3) angeordnete Innenringe (5a, 5b) und einen an dem Radträger (2) ausgebildeten Außenring (6) sowie mindesten zwei radial zwischen dem Außenring (6) und dem jeweiligen Innenring (5a, 5b) angeordnete Wälzkörperreihen (7a, 7b) aufweist. Erfindungsgemäß umfasst der Radträger (2) zwei axial verschiebbare Elemente (6a, 6b) und einen Aktuator (8), wobei der Aktuator (8) zur variablen Einstellung einer Vorspannkraft des Radlagers (4) mit den beiden axial verschiebbaren Elementen (6a, 6b) zusammenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit für eine Fahrzeugachse, umfassend einen Radträger und eine Radnabe sowie ein radial zwischen dem Radträger und der Radnabe angeordnetes Radlager, wobei das Radlager zwei an der Radnabe angeordnete Innenringe und einen an dem Radträger ausgebildeten Außenring sowie mindesten zwei radial zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Innenring angeordnete Wälzkörperreihen aufweist.
Gebiet der Erfindung
Radlagereinheiten dienen im Wesentlichen dazu, angetriebene oder nicht angetriebene Räder einer Fahrzeugachse, drehbar zu lagern.
Aus der DE 10 2013 205 340 A1 geht eine Radlagereinheit einer Fahrzeugachse hervor. Diese umfasst ein in einem Radträger abgestütztes Radlager und eine Radlagernabe, deren Nabenflansch mit einem Fahrzeugrad verbunden ist. Die Radlagernabe wirkt dabei mit einer Gelenkglocke eines Antriebsgelenks zusammen. Vorteilhaft an dieser Radlagereinheit sind unter anderem die geringen Reibverluste, wobei die Aufbringung einer Lagervorspannung und somit auch die Traglast der Radlagereinheit begrenzt sind. Somit besteht ein Kompromiss zwischen der Traglast und den Reibverlusten der Radlagereinheit.
Ferner offenbart die DE 103 31 936 A1 eine Radlagereinheit in Schrägkugellagerausführung, mit mindestens zwei ersten Reihen Kugeln sowie mit zwei parallel zu den ersten Reihen angeordneten zweiten Reihen Kugeln. Die Radlagereinheit weist einen alle Kugeln radial außen umgreifenden Außenring auf. Vorteilhaft an dieser Radlagereinheit ist unter anderem die hohe Traglast, wobei die Reibverluste relativ groß sind.
Ferner kann eine bei der Montage eingestellte Lagervorspannkraft während des Betriebs der Radlagereinheit nicht mehr angepasst werden. Somit wird in der Regel ein Kompromiss zwischen der Traglast und den Reibverlusten des Radlagers eingegangen.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radlagereinheit für eine Fahrzeugachse weiter zu entwickeln, um insbesondere eine variablen Einstellung einer Lagervorspannkraft zu ermöglichen.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß umfasst der Radträger zwei axial verschiebbare Elemente und einen Aktuator, wobei der Aktuator zur variablen Einstellung einer Vorspannkraft des Radlagers mit den beiden axial verschiebbaren Elementen zusammenwirkt. Mit anderen Worten ist im Radträger ein Aktuator integriert, der dafür vorgesehen, ist die beiden axial verschiebbaren Elemente axial zu verschieben und dadurch die Vorspannkraft des Radlagers zu verändern. Eine Verschiebung der axial verschiebbaren Elemente axial nach außen erhöht den Druck auf die mindestens zwei radial zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Innenring angeordneten Wälzkörperreihen. Eine derartige Versteifung des Radlagers führt zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit aber auch gleichzeitig zu einer Erhöhung der Reibung. Je nach Fahrweise, und somit je nach Belastungszustand des Radlagers, kann die Vorspannkraft des Radlagers angepasst werden. Bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs wird vorzugsweise eine geringe Vorspannkraft des Radlagers eingestellt, um die Reibverluste zu minimieren und somit Kraftstoff einzusparen. Demgegenüber wird bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs die Vorspannkraft des Radlagers vorzugsweise erhöht, um die Tragfähigkeit des Radlagers und somit auch die Stabilität des Fahrzeugs zu erhöhen.
Vorzugsweise weist der Aktuator mindestens ein Piezoelement auf, das zumindest axial zwischen den beiden axial verschiebbaren Elementen angeordnet ist. Insbesondere ist der Aktuator als Piezoaktuator ausgebildet, wobei die Einleitung einer elektrischen Spannung in den Piezoaktuator eine Formänderung, insbesondere eine Längenänderung des Piezoaktuators bewirkt. Somit wird der Piezoaktuator durch das Anlegen einer elektrischen Spannung gelängt, und mithin werden die axial verschiebbaren Elemente axial nach außen verschoben. Der Vorteil des mindestens einen Piezoelements liegt insbesondere darin, dass die Reaktionszeit hinsichtlich einer Formänderung sehr gering ist. Somit ist der Piezoaktuator insbesondere für schnelle Wechsel bei schlagartig auftretenden Kräften geeignet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Aktuator eine Vielzahl von stabförmigen Piezoelementen auf, die axial in dafür vorgesehene Taschen am Radträger eingeschoben sind. Dabei sind die Taschen axial zwischen den beiden axial verschiebbaren Elementen angeordnet. Die jeweilige Tasche ist im Wesentlichen dafür vorgesehen das jeweilige Piezoelement aufzunehmen und im Radträger zu fixieren.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Aktuator ein im Wesentlichen ringförmig ausgebildetes Piezoelement auf, das axial in eine dafür vorgesehene Tasche am Radträger eingeschoben ist. Somit erstreckt sich das im Wesentlichen ringförmig ausgebildetes Piezoelement radial beabstandet von dem Außenring um den gesamten Umfang des Radträgers. Die dafür vorgesehene Tasche im Radträger ist im Wesentlichen komplementär zum Piezoelement ausgebildet.
Des Weiteren bevorzugt weist das Radlager zwei axial innere und zwei axial äußere Wälzkörperreihen auf, wobei die vier Wälzkörperreihen parallel zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind jeweils zwei Wälzkörperreihen symmetrisch ausgebildet, wobei die beiden axial äußeren Wälzkörperreihen einen größeren Durchmesser aufweisen als die beiden axial inneren Wälzkörperreihen. Mithin ist das Radlager als sogenanntes Twin-Tandem Radlager ausgebildet.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die jeweilige axial innere Wälzkörperreihe radial zwischen dem jeweiligen Innenring und einem axial festgelegten Steg am Radträger angeordnet ist. Bei einer Grundlast verläuft ein Kraftfluss somit über die beiden axial inneren Wälzkörperreihen. Die beiden axial äußeren Wälzkörperreihen werden im Wesentlichen nicht belastet, wodurch die Reibverluste besonders gering sind.
Vorzugsweise ist die jeweilige axial äußere Wälzkörperreihe radial zwischen dem jeweiligen Innenring und dem jeweiligen axial verschiebbaren Element am Radträger angeordnet. Sofern eine erhöhte Tragfähigkeit benötigt wird, erfolgt eine axiale Verschiebung der beiden axial verschiebbaren Elemente axial nach außen, wodurch die beiden axial äußeren Wälzkörperreihen gegen den jeweiligen Innenring gedrückt werden. Dabei verläuft der Kraftfluss über alle vier Wälzkörperreihen, wodurch die Traglast erhöht wird.
Vorteilhafterweise ist der Aktuator über ein damit verbundenes Steuerelement steuerbar und regelbar. Das Steuerelement ist dabei insbesondere fahrsituationsabhängig und somit automatisch steuerbar und regelbar. Je nach Fahrsituation werden diesbezügliche Signale an das Steuerelement übermittelt und dementsprechend die Vorspannkraft des Radlagers über den Aktuator eingestellt. Mithin wird die Vorspannkraft des Radlagers an die jeweilige Fahrweise des Fahrzeugs angepasst.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit für eine Fahrzeugachse, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit für eine Fahrzeugachse, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Radlagereinheit 1 für ein – hier nicht dargestelltes – Fahrzeug. Die Radlagereinheit 1 umfasst einen Radträger 2 und eine Radnabe 3 sowie eine radial zwischen dem Radträger 2 und der Radnabe 3 angeordnetes Radlager 4. Das Radlager 4 weist zwei an der Radnabe 3 angeordnete Innenringe 5a, 5b und einen am Radträger 2 ausgebildeten Außenring 6 auf. Somit bildet eine Innenumfangsfläche des Radträgers 2 den Außenring 6. Radial zwischen dem Außenring 6 und dem jeweiligen Innenring 5a, 5b sind jeweils zwei Wälzkörperreihen 7a–7d angeordnet. Mithin sind zwischen dem Außenring 6 und den beiden Innenringen 5a, 5b insgesamt vier Wälzkörperreihen 7a–7d parallel zueinander angeordnet, wobei zwei Wälzkörperreihen 7a, 7b axial innen angeordnet sind, und wobei zwei Wälzkörperreihen 7c, 7d axial außen angeordnet sind. Die jeweilige axial innere Wälzkörperreihe 7a, 7b ist radial zwischen dem jeweiligen Innenring 5a, 5b und einem axial festgelegten Steg 11 am Radträger 2 angeordnet.
Demgegenüber ist die jeweilige axial äußere Wälzkörperreihe 7c, 7d radial zwischen dem jeweiligen Innenring 5a, 5b und einem jeweiligen axial verschiebbaren Element 6a, 6b am Radträger 2 angeordnet ist. Die beiden axial verschiebbaren Elemente 6a, 6b sind somit Teil des Radträgers 2. Ebenso umfasst der Radträger 2 einen Aktuator 8, wobei der Aktuator 8 zur variablen Einstellung einer Vorspannkraft des Radlagers 4 mit den beiden axial verschiebbaren Elementen 6a, 6b zusammenwirkt. Der Aktuator 8 ist über ein damit verbundenes Steuerelement 12 steuerbar und regelbar. Fahrsituationsabhängig werden über den Aktuator 8 die beiden axial verschiebbaren Elementen 6a, 6b axial voneinander beabstandet und dadurch die beiden axial äußere Wälzkörperreihe 7c, 7d belastet, wodurch sich insbesondere die Tragfähigkeit des Radlagers 4 schlagartig erhöht. In einem axial eingefahrenen Zustand der beiden axial verschiebbaren Elemente 6a, 6b sind lediglich die beiden axial inneren Wälzkörperreihen 7a, 7b belastet, sodass die Reibkräfte am Radlager 4 besonders gering sind.
Nach 1 weist der Aktuator 8 eine Vielzahl von axial zwischen den beiden axial verschiebbaren Elementen 6a, 6b angeordnete, stabförmig ausgebildete Piezoelemente 9a auf, wobei aufgrund der Schnittdarstellung lediglich ein Piezoelement 9a dargestellt ist. Mit anderen Worten ist der Aktuator 8 als Piezoaktuator ausgebildet, wobei die stabförmigen Piezoelemente 9a axial in dafür vorgesehene Taschen 10a am Radträger 2 eingeschoben sind.
Gemäß 2 ist der Aktuator 8 ebenfalls als Piezoaktuator ausgebildet und weist ein im Wesentlichen ringförmig ausgebildetes Piezoelement 9b auf, das axial in eine dafür vorgesehene Tasche 10b am Radträger 2 eingeschoben ist. Somit erstreckt sich das ringförmig ausgebildetes Piezoelement 9b über den gesamten Umfang des Radträgers 2.
Bezugszeichenliste

1: Radlagereinheit
2: Radträger
3: Radnabe
4: Radlager
5a, 5b: Innenring
6: Außenring
6a, 6b: axial verschiebbares Element
7a–7d: Wälzkörperreihe
8: Aktuator
9a, 9b: Piezoelement
10a 10b: Tasche
11: Steg
12: Steuerelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013205340 A1 [0003]
DE 10331936 A1 [0004]

Claims

Radlagereinheit (1) für eine Fahrzeugachse, umfassend einen Radträger (2) und eine Radnabe (3) sowie ein radial zwischen dem Radträger (2) und der Radnabe (3) angeordnetes Radlager (4), wobei das Radlager (4) zwei an der Radnabe (3) angeordnete Innenringe (5a, 5b) und einen an dem Radträger (2) ausgebildeten Außenring (6) sowie mindesten zwei radial zwischen dem Außenring (6) und dem jeweiligen Innenring (5a, 5b) angeordnete Wälzkörperreihen (7a, 7b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger (2) zwei axial verschiebbare Elemente (6a, 6b) und einen Aktuator (8) umfasst, wobei der Aktuator (8) zur variablen Einstellung einer Vorspannkraft des Radlagers (4) mit den beiden axial verschiebbaren Elementen (6a, 6b) zusammenwirkt.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) mindestens ein Piezoelement (9a) aufweist, das zumindest axial zwischen den beiden axial verschiebbaren Elementen (6a, 6b) angeordnet ist.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) eine Vielzahl von stabförmigen Piezoelementen (9a) aufweist, die axial in dafür vorgesehene Taschen (10a) am Radträger (2) eingeschoben sind.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) ein im Wesentlichen ringförmig ausgebildetes Piezoelement (9b) aufweist, das axial in eine dafür vorgesehene Tasche (10b) am Radträger (2) eingeschoben ist.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radlager (4) zwei axial innere und zwei axial äußere Wälzkörperreihen (7a–7d) aufweist, wobei die vier Wälzkörperreihen (7a–7d) parallel zueinander angeordnet sind.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige axial innere Wälzkörperreihe (7a, 7b) radial zwischen dem jeweiligen Innenring (5a, 5b) und einem axial festgelegten Steg (11) am Radträger (2) angeordnet ist.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige axial äußere Wälzkörperreihe (7c, 7d) radial zwischen dem jeweiligen Innenring (5a, 5b) und dem jeweiligen axial verschiebbaren Element (6a, 6b) am Radträger (2) angeordnet ist.
Radlagereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) über ein damit verbundenes Steuerelement (12) steuerbar und regelbar ist.