DE3804922A1 - Anordnung in einer kraftuebertragung, speziell an der radnabe von schwenkbaren fahrzeugraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung in einer Kraft­ übertragung, speziell an der Radnabe von schwenkbaren Fahr­ zeugrädern, wo Kraft von einer treibenden Welle, wie z. B. von einer Antriebswelle auf eine getriebene Welle an die Radnabe, über ein homokinetisches Gelenk übertragen wird, dessen äußeres Teil an der Antriebswelle und inneres Teil an der getriebenen Welle befestigt ist, die mit Hilfe eines ersten, d. h. äußeren, Lagers und eines zweiten, d. h. inne­ ren, Lagers drehbar an einem die getriebene Welle umhüllenden Befestigungskörper abgestützt ist.

Konstruktionen, bei denen die steuernden Räder, gewöhn­ lich die Vorderräder als Antriebsräder dienen, kommen weit­ gehend in PKW′s und Lieferwagen, in schwereren Fahrzeugen zunächst nur in Verbindung mit Allradantrieb, zur Anwendung. In PKW′s und Lieferwagen werden als Antriebsgelenk homokine­ tische Gelenke verschiedenen Typs in verschiedenen Anordnun­ gen verwendet, aber in schweren Fahrzeugen konnten homokine­ tische Gelenke im allgemeinen aus im folgenden beschriebenen Gründen nicht eingesetzt werden.

An eine steuernde und antreibende Achse werden u. a. folgende Anforderungen gestellt. Infolge der auf das Rad wirkenden Seiten- und Längskräfte muß die Stützbreite der Radlagerung genügend groß sein, in der Praxis mindestens ca. 15% vom Raddurchmesser. Die Lagerung muß außerdem in Reifen­ breite annähernd zentral liegen. Die genannten Seiten- und Längskräfte verursachen außerdem, daß der Schnittpunkt der Verlängerung der Drehachse des Rades und der Straßenober­ fläche annähernd in der Mittelebene des Reifens liegen muß, d. h. er darf auf diese bezogen in der Praxis höchstens um ca. 15% der Reifenbreite innerhalb oder außerhalb liegen. Infolge der beim Einschwenken des Rades erfolgenden Begren­ zung der Längenänderung der Antriebswelle muß der Mittelpunkt des homokinetischen oder ähnlichen Kraftübertragungsgelenks annähernd in der Drehachse des Rades liegen.

Wie im vorstehenden festgestellt, sind in PKW′s und Lieferwgen mehrere verschiedene Lösungen bekannt, bei denen die Kraft von der Antriebswelle auf das steuernde Rad über ein homokinetisches Gelenk erfolgt. Die üblichste Konstruk­ tion in PKW′s und Lieferwagen besteht darin, daß die Befesti­ gung des steuernden Rades und der Bremsscheibe, die Radlage­ rung und das äußere Teil des homokinetischen Gelenks hinter­ einander liegend angeordnet sind. Das innere Teil des homo­ kinetischen Gelenks ist im allgemeinen an der Antriebswelle befestigt. Eine derartige Lösung wurde bereits vorgestellt u. a. der Veröffentlichung "Lagerung der Vorderräder front­ getriebener Personenkraftwagen" FAG Kugelfischer, Publikation Nr. 05 115 DA. In der DE-Schrift 35 48 722 wird ihrerseits eine auf die vorstehend genannte Anordnung bezogen umgekehrte Lösung vorgestellt, bei der das äußere Teil des homokineti­ schen Gelenks also an der Antriebswelle und das innere Teil an der Radnabe befestigt ist. Das homokinetische Gelenk und die Radlagerung sind auch in dieser Lösung hintereinander liegend angeordnet, wodurch die Konstruktion in Axialrichtung sehr lang geworden ist. Der Raum zwischen den Radlagern konn­ te auch in der Lösung nach dieser DE-Schrift nicht ausgenutzt werden.

Wenn in schweren Fahrzeugen die Anordnung der Radlage­ rung und des homokinetischen Gelenks in der aus den genannten Schriften bekannten Art und Weise realisiert werden soll, muß der Mittelpunkt des homokinetischen Gelenks sehr weit von der Mittelebene des Reifens weg gelegt werden, was bei schweren Fahrzeugen zu großem Stützabstand der Lagerung und einem großen homokinetischen Gelenk führt. Mit einer solchen Lösung kann die weiter oben genannte Forderung, nach der der Mittel­ punkt des homokinetischen Gelenks annähernd in der Drehachse des Rades liegen sollte als nicht erfüllt werden. Dies kommt daher, daß die seitliche Schrägstellung der Drehachse des Rades nicht zu sehr ansteigen darf, und als allgemein zuläs­ sig eine seitliche Schrägstellung in der Größe von ca. 3-10° angesehen wird.

Aus der DE-Schrift 29 03 231 ist eine Lösung bekannt, in der die Innenringe der Radlager als fester Bestandteil der Radnabe ausgeführt sind und der Lagerungsdurchmesser so groß ausgeführt ist, daß das äußere Teil des homokinetischen Ge­ lenks im ganzen innerhalb der Lagerung befestigt werden konn­ te. In schweren Fahrzeugen ist eine Lösung dieser Art jedoch nicht brauchbar, denn sie führt zu Lagern sehr großen Durch­ messers, z. B. in der Größenordnung von 300 mm. Die im vor­ stehenden beschriebenen Konstruktionslösungen haben zusätz­ lich den Nachteil, daß in ihnen seitens der Tragfähigkeit verhältnismäßig schwache Schrägkugellager in Spezialkonstruk­ tionen verwendet worden sind.

Ähnliche Lösungen sind in den US-Patentschriften 41 19 167 und 42 73 460 sowie in der GB-Anmeldung 21 55 414 und der SE-Offenlegungsschrift 4 37 491 beschrieben. Auch sind bei allen diesen Lösungen die Radlagerung und das homokineti­ sche Gelenk in Axialrichtung hintereinanderliegend angeord­ net, womit die Konstruktionen in genannter Axialrichtung sehr lang sind. Der Raum zwischen den Radlagern konnte auch bei diesen Veröffentlichungen nicht ausgenutzt werden.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine neue Anordnung in der Kraftübertragung zu schaffen, speziell an der Radnabe der schwenkbaren Räder von schweren Fahrzeugen, ohne daß damit Nachteile und Mängel im vorstehenden beschrie­ bener Art und Weise verbunden sind. Um dies zu verwirklichen ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß das innere Teil des homokinetischen Gelenks an der getrie­ benen Welle befestigt ist derart, daß sich das zweite Lager und das innere Ende des Befestigungskörpers beim gegensei­ tigen Einschwenken der treibenden Welle und der getriebenen Welle im Winkel zueinander wenigstens zum Teil innerhalb des Bewegungsbereichs des äußeren Teils des homokinetischen Gelenks befinden, und daß am Befestigungskörper im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Lager zu beiden Seiten der durch die getriebene Welle laufenden axialen Vertikalebene hauptsächlich in vertikaler Richtung verlaufende Aussparungen ausgebildet sind, die ausgeführt sind, daß bei in Richtung der genannten Aussparungen genügend großem Einschwenkwinkel zwischen getriebener Welle und treibender Welle in eine der Aussparungen das äußere Teil des homokinetischen Gelenks teilweise eindringt.

Einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung entspre­ chend ist an dem inneren Teil des homokinetischen Gelenks eine sich in Richtung der Radnabe öffnende axiale Vertiefung ausgebildet, in der sich wenigstens zum Teil das zweite Lager und das innere Ende des Befestigungskörpers befinden.

Als wichtigste Vorteile gegenüber bekannten Lösungen kann angesehen werden, daß die axiale Länge der erfindungs­ gemäßen Konstruktion äußerst klein wurde, wobei in der Rad­ lagerung gleichzeitig gewöhnliche Kegelrollenlager verwendet werden können und zum anderen erreicht wurde, daß mit der Konstruktion ein genügend großer Drehwinkel zwischen der treibenden und der getriebenen Welle erzielt wird. Infolge­ dessen eignet sich die erfindungsgemäße Konstruktion sehr gut für den Einsatz in schweren Fahrzeugen, wie z. B. in LKW′s und Reisebussen sowie verschiedenen Kraftfahrzeugen und Ar­ beitsmaschinen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung und als Beispiel ausführ­ lich beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch als Schnittbild von oben gesehen eine erfindungsgemäße Kraftübertra­ gungsanordnung.

Fig. 2 zeigt eine alternative Konstruktion der Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein vergrößertes Teilbild aus Fig. 1 von oben gesehen.

Fig. 4 zeigt dasselbe wie Fig. 3 als Schnittbild von der Seite gesehen.

Fig. 5 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen An­ ordnung entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten.

Fig. 1 und 2 zeigen also alternative und von oben ge­ sehene Schnittbilder einer erfindungsgemäßen Kraftübertra­ gungsanordnung. Die Abbildungen zeigen die Radbaugruppe eines Fahrzeugs, wobei deutlichkeitshalber Teile der Radaufhängung und -bremsen weggelassen sind, da diese nicht zur Erfindung gehören. In Fig. 1 und 2 ist mit Bezugszeichen 1 die trei­ bende Welle bezeichnet, die in der Ausführung der Abbildungen die Antriebswelle des Fahrzeuges ist. Um die Antriebswelle 1 ist ein Schutzrohr 15 oder dergleichen angebracht. Von der Antriebswelle 1 wird die Kraft auf die getriebene Welle 2 über ein homokinetisches Gelenk übertragen, das in den Abbil­ dungen allgemein mit Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist. Die getriebene Welle 2 ist an der Radnabe 8 des Fahrzeuges befe­ stigt, an der ihrerseits auf gewöhnliche Weise die Radfelge 17 befestigt ist. In den abgebildeten Ausführungen wird als homokinetisches Gelenk 3 ein sog. verbessertes Rzeppa-Gelenk verwendet, obgleich in der erfindungsgemäßen Kraftübertra­ gungsanordnung auch homokinetische Gelenke anderen Typs ver­ wendbar sind. Das homokinetische Gelenk 3 besteht somit aus einem äußeren Teil 4, das mit einer Nutung versehen ist, so­ wie aus einem inneren Teil 5, an dem sich eine entsprechende Nutung befindet. In den Nutungen des äußeren und inneren Teils 4 und 5 des Gelenks sind Kugeln 6 oder dergleichen angebracht, über welche die Kraft oder das Biegemoment vom äußeren Teil 4 auf das innere Teil 5 des Gelenks oder umge­ kehrt übertragen wird. Nach Fig. 1 und 2 ist das äußere Teil 4 des homokinetischen Gelenks am Ende der Antriebswelle 1 befestigt und das innere Teil 5 dementsprechend auf geeignete Weise an der getriebenen Welle 2 bezüglich dieser nicht dreh­ bar befestigt. Die getriebene Welle 2 ist in den Befesti­ gungskörper 7 eingepaßt, von dem die getriebene Welle 2 mit einem ersten Lager 9 und einem zweiten Lager 10 getragen wird, die die Radlagerung bilden. Der Befestigungskörper 7 rotiert nicht und er ist an den Tragarmen der Radaufhängung in geeigneter Weise über Gelenke befestigt derart, daß die Federungs- und Schwenkbewegung des Rades möglich ist. Die Tragarme und übrigen Aufhängungselemente der Radaufhängung sind deutlichkeitshalber in der Darstellung weggelassen.

Am Befestigungskörper 7, der die getriebene Welle 2 umhüllt, sind zu beiden Seiten der durch die Welle 2 verlaufen­ den Vertikalebene im wesentlichen vertikal verlaufende Aus­ sparungen 11 gebildet, die das Einschwenken der getriebenen Welle 2 bezüglich der treibenden Welle, d.h. der Antriebswelle 1, in einem genügend großen Winkel, z. B. in einem in Fig. 1 und 2 gezeigten Drehwinkel von ca. 45°, ermöglichen. Wenn die genannten Aussparungen 11 nicht im Befestigungskörper 7 ausgeführt wären, würde der mögliche Drehwinkel bedeutend kleiner sein, wie sich bereits aus Fig. 1 und 2 schließen läßt.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungen unterschei­ den sich voneinander nur in Bezug auf den Schutz des homo­ kinetischen Gelenks und der Radlagerung. Aus verständlichen Gründen sind die genannten Elemente gegen das Eindringen von Staub, Schnee und ähnlichem Schmutz zu schützen. In der Aus­ führung nach Fig. 1 ist der Schutz derart ausgeführt, daß zunächst am Befestigungskörper 7 ein kugelförmiges Schutz­ stück 12 gebildet ist, welches das homokinetische Gelenk 3 zum Teil umhüllt. Dementsprechend ist auf der Seite der An­ triebswelle 1 ein kugelförmiger Schutz 13 angebracht, der in geeigneter Weise z. B. am Schutzrohr 15 befestigt ist. Auch der genannte kugelförmige Schutz 13 umhüllt zum Teil das homokinetische Gelenk 3. Der Durchmesser des kugelförmigen Schutzes 13 ist kleiner als der Durchmesser des kugelförmigen Schutzteils 12 des Befestigungskörpers derart, daß das kugel­ förmige Schutzteil 13 und das kugelförmige Schutzteil 12 des Befestigungskörpers zum Teil ineinander liegen. Der kugelförmge Schutz 13 und das Schutzteil 12 des Befestigungskörpers kön­ nen damit beim Einlenken des Rades aufeinander bezogen gegen­ seitig einschwenken, wobei in eingeschwenkter Lage der kugel­ förmige Schutz 13 in die im Befestigungskörper gebildete Aussparung 11 eindringt, und dabei eine ausreichende Schwenk­ bewegung ermöglicht. Zwischen dem Schutzteil 12 des Befesti­ gungskörpers und dem Schutz 13 ist eine Dichtung 14 ange­ bracht, die das Eindringen von Schmutz in das homokinetische Gelenk oder die Radlagerung verhindert.

In der Ausführung nach Fig. 2 ist der Schutz des homo­ kinetischen Gelenks 3 mit einem Balg 13 a ausgeführt, der einerseits in geeigneter Weise am Schutzrohr 15 und anderer­ seits am Schutzteil 12 a des Befestigungskörpers befestigt ist, das wegen des Balges 13 a etwas kleiner sein kann als das in Fig. 1 gezeigte Schutzteil 12. Der Balg 13 a ist mit geeig­ neten Befestigungselementen 14 a am Schutzteil 12 a des Befe­ stigungskörpers 7 befestigt.

Das homokinetische Gelenk 3 sowie die Radlagerung müs­ sen naturgemäß auch demontierbar sein. Dazu ist das innere Teil 5 des homokinetischen Gelenks 3 z. B. mit Hilfe einer Nutung an der getriebenen Welle 2 befestigt und das genannte innere Teil 5 ist mit einem durch die getriebene Welle 2 führenden axialen Befestigungsbolzen 16 an seinem Platz ver­ riegelt. Genannter Befestigungsbolzen 16 arretiert gleich­ zeitig das erste und zweite Lager 9 und 10 der Lagerung an ihren Plätzen in der richtigen Lage.

Fig. 3 und 4 zeigen ein vergrößertes Detail der Lösung nach Fig. 1. Wie aus diesen Abbildungen zu erkennen ist, ist am inneren Teil 5 des homokinetischen Gelenks 3 eine axiale Vertiefung 20 ausgeführt, dank welcher das zweite Lager 10, d. h. das innere Lager der Lagerung, und das innere Ende des Befestigungskörpers 7 innerhalb des inneren Teils 5 des homo­ kinetischen Gelenks eingebaut werden konnte. Durch diese Anordnung wurde die gemeinsame axiale Länge von Lagerung und homokinetischem Gelenk 3 wesentlich verkürzt. Nach Fig. 3 und 4 sind die bereits genannten Aussparungen 11 im Befestigungs­ körper 7 nur an den Seitenflächen des Befestigungskörpers angebracht. Entsprechende Aussparungen an den Ober- und Unterseiten des Befestigungskörpers sind nicht nötig, weil die zur Federung nötige Winkelbewegung in einzelaufgehäng­ ten Achsenkonstruktionen so klein ist, daß das äußere Teil 4 des homokinetischen Gelenks 3 während der Federbewegung auch nicht gegen die nicht ausgesparten Flächen des Befestigungs­ körpers 7 stößt. Außerdem sind die Lagerkräfte der Lager 9 und 10 der Lagerung über den nicht ausgesparten Bereich des Befestigungskörpers 7 weiter auf die Trag- und Aufhängungs­ elemente zu übertragen, weshalb zur Erzielung der genügenden Festigkeit im Befestigungskörper 7 an den Ober- und Untersei­ ten des Befestigungskörpers 7 keine Aussparungen angebracht werden können.

Dank der im Befestigungskörper 7 gebildeten Aussparun­ gen 11 konnte die Lagerung unter Verwendung günstiger Stan­ dardlager, z. B. in der Art der in den Abbildungen gezeigten Kegelrollenlager, ausgeführt werden. Außerdem wurde mit der Lösung ein genügend großer Stützabstand der Lagerung zur Aufnahme der auf das Rad gerichteten Seiten- und Längskräfte erzielt. Die in Fig. 4 eingetragene Schwenkachse X-X des Rades läuft in geeigneter Schrägstellung (ca. 5°) durch den Mittelpunkt des homokinetischen Gelenks 3 und ihre Verlänge­ rung schneidet die Straßenfläche in Nähe der Mittelebene des Reifens. Dank der am Befestigungskörper 7 zwischen den Lagern 9 und 10 gebildeten Aussparungen 11 wurde in der Anordnung eine genügend große Schwenkbarkeit erzielt, ohne daß das homokinetische Gelenk oder dessen Schutzteile gegen benach­ barte Teile stoßen. Die erfindungsgemäße Kraftübertragungs­ anordnung kann naturgemäß auch für andere Zwecke als für Fahrzeuge angewendet werden. Dabei können, sofern zwischen Treibwelle und getriebener Welle ein großer, z. B. 90° Schwenkwinkel, verlangt wird, in der Kraftübertragungsanord­ nung z. B. zwei hintereinander liegende erfindungsgemäße homokinetische Gelenke und Lagerungseinheiten angeordnet werden. Diese Anordnung ist speziell möglich, wenn die ge­ triebene Welle im wesentlichen keine vertikale Federbewegung auszuführen braucht. Die Anwendung von zwei hintereinander liegenden erfindungsgemäßen Kraftübertragungsanordnungen eignet sich offenbar nicht für den Einsatz in Fahrzeugen infolge der axialen Länge der Anordnung.

In Fig. 5 ist ein Beispiel gezeigt, das sich von der Konstruktion nach Fig. 1 bis 4 darin unterscheidet, daß am inneren Teil 5 des homokinetischen Gelenks 3 keine in den Abbildungen dargestellte, sich zur Radnabe 8 hin öffnende axiale Vertiefung 20 gebildet ist. In dem Beispiel nach Fig. 5 sind das innere Lager 10′ und das innere Teil 5 des homo­ kinetischen Gelenks 3 hingegen in Axialrichtung nebeneinander angeordnet. Diese Ausführung kann nicht als so günstig ange­ sehen werden wie die vorher gezeigte, weil in Fig. 5 der Stützabstand der Lagerung infolge der Konstruktion nicht so groß ist wie in Fig. 1 bis 4. Die Ausführung nach Fig. 5 ist jedoch in der Beziehung genauso günstig wie die vorher be­ schriebenen, daß dank der am Befestigungskörper 7 gebildeten Aussparungen 11 auch bei der Ausführung nach Fig. 5 ein gro­ ßer Schwenkwinkel zwischen der treibenden Welle 1 und der getriebenen Welle 2 erreicht wird. Als Lager können anstelle der in den Figuren abgebildeten Kegelrollenlager 9, 10′ z. B. auch Schrägkugellager eingesetzt werden.

Die Erfindung wurde anhand von Beispielen unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die Erfindung soll damit aber nicht auf die abgebildeten Bei­ spiele beschränkt werden, sondern es sind im Rahmen des in den beigefügten Patentansprüchen definierten erfinderischen Gedankens viele Varianten möglich.

Claims (6)

1. Anordnung in einer Kraftübertragung, speziell an der Radnabe von schwenkbaren Fahrzeugrädern, wo Kraft von einer treibenden Welle (1), wie z. B. von einer Antriebswelle auf eine getriebene Welle (2) an die Radnabe (8) über ein homokinetisches Gelenk (3) übertragen wird, dessen äußeres Teil (4) an der Antriebswelle (1) und inneres Teil (5) an der getriebenen Welle (2) befestigt ist, die mit Hilfe eines ersten, d. h. äußeren Lagers (9) und eines zweiten, d. h. inneren Lagers (10, 10′) drehbar an einem die getriebene Welle umhüllenden Befestigungskörper (7) abgestützt ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das innere Teil (5) des homokine­ tischen Gelenks (3) an der getriebenen Welle (2) befestigt ist derart, daß sich das zweite Lager (10, 10′) und das inne­ re Ende des Befestigungskörpers (7) beim gegenseitigen Ein­ schwenken der treibenden Welle (1) und der getriebenen Welle (2) im Winkel zueinander wenigstens zum Teil innerhalb des Bewegungsbereichs des äußeren Teils (4) des homokinetischen Gelenks (3) befinden, und daß am Befestigungskörper (7) im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Lager (9, 10, 10′) zu beiden Seiten der durch die getriebene Welle (2) laufenden axialen Vertikalebene hauptsächlich in vertikaler Richtung verlaufende Aussparungen (11) ausgebildet sind, die ausge­ führt sind, daß bei in Richtung der genannten Aussparungen (11) genügend großem Einschwenkwinkel zwischen getriebener Welle (2) und treibender Welle (1) in eine der Aussparungen das äußere Teil (4) des homokinetischen Gelenks (3) teilweise eindringt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem inneren Teil (5) des homokinetischen Gelenks (3) eine sich in Richtung der Radnabe (8) öffnende axiale Ver­ tiefung (20) ausgebildet ist, in der sich wenigstens zum Teil das zweite Lager (10) und das innere Ende des Befestigungs­ körpers (7) befinden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das innere Teil (5) des homokinetischen Gelenks (3) am inneren Ende der getriebenen Welle (2) mit Hilfe einer axialen Nutzung und einem axial durch die getriebene Welle (2) gehenden Befestigungsbolzen (16) lösbar befestigt ist, mit dem auch die Lagerspiele der Lager (9, 10, 10′) einstell­ bar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Befestigungskörper (7) ein hauptsächlich kugelartiges Schutzstück (12, 12 a) ausgebildet ist, das wenigstens zum Teil die Lagerung (9, 10) und das homokine­ tische Gelenk (3) umhüllt und schützt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß genanntes Schutzstück (12, 12 a) zusammen mit einem an ihm befestigten balgartigen, kugelförmigen oder ähnlichen Schutz (13, 13 a) ausgeführt ist, das homokinetische Gelenk (3) und die daran befestigten Teile gegen eindringenden Schmutz zu schützen.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß genannte Lager (9, 10, 10′) gewöhnliche Stan­ dardlager, vorteilhaft Kegelrollenlager, sind.