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Lagerungsanordnung - Dokument DE3604630C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3604630C2 30.03.1989
Titel Lagerungsanordnung
Anmelder Löhr & Bromkamp GmbH, 6050 Offenbach, DE
Erfinder Welschof, Hans-Heinrich, Dipl.-Ing., 6459 Rodenbach, DE;
Beier, Rudolf, Dipl.-Ing., 6050 Offenbach, DE;
Walter, Heinz-Peter, Dipl.-Ing., 6090 Rüsselsheim, DE
Vertreter Harwardt, G., Dipl.-Ing.; Neumann, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 5200 Siegburg
DE-Anmeldedatum 14.02.1986
DE-Aktenzeichen 3604630
Offenlegungstag 27.08.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.03.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.1989
IPC-Hauptklasse B60B 27/04
IPC-Nebenklasse B60K 17/22   B21K 1/26   
Zusammenfassung Es wird ein Lösungsweg angegeben, um bei einer an sich bekannten, aus zwei voneinander unabhängigen Baueinheiten bestehenden Lagerungsanordnung einer über ein Gleichlaufdrehgelenk antreibbaren Radnabe am zugehörigen Radträger eines Kraftfahrzeuges die dem Verbinden beider Baueinheiten dienenden Stirnverzahnungen unter Anwendung des ebenfalls an sich bekannten Taumelpressens wirtschaftlicher herzustellen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine aus zwei voneinander unabhängigen Baueinheiten bestehende Lagerungsanordnung einer über ein Gleichlaufdrehgelenk antreibbaren Radnabe am zugehörigen Radträger eines Kraftfahrzeuges, wobei die durch den Radträger gehaltene Lagerung mit der Radnabe die eine und das Gelenk die andere Baueinheit bilden, beide Baueinheiten lösbar miteinander verbunden sind, und beide Bauteile mittels zueinander korrespondierender, sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung spielfrei ineinandergreifender Stirnverzahnungen an einander zugekehrten Flächen beider Baueinheiten, insbesondere an innerem Lagerring und äußerem Gelenkkörper, und mittels einer zentralen Schraube oder dergleichen verbunden sind.

In der DE-PS 31 16 720 wird eine Lagerungsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen. Aus Fig. 2 dieser Druckschrift ist beispielhaft die Ausbildung einer Stirnverzahnung ersichtlich. Selbstverständlich ist auch die Anwendung anderer Zahnformen oder -anordnungen möglich.

Lagerungsanordnungen der hiermit beschriebenen Art bieten den Vorteil, daß sie sich baugruppenweise vormontieren lassen. Im Einbaufalle lassen sich beide Baugruppen mittels ihrer Stirnverzahnungen und der zentralen Schraube leicht, unaufwendig und relativ spielfrei miteinander verbinden; im Demontagefall, etwa zur Vornahme von Reparaturen, gleten die oben schon genannten Vorteile sinngemäß.

In der DE-PS 31 16 775 wird eine Lagerungsanordnung vorgeschlagen, die aus zwei einzelnen und unabhängig voneinander fertigmontierten Baueinheiten besteht. Die Stirnseite des inneren Lagerringes der Lagerbaueinheit einerseits und die des äußeren Gelenkkörpers andererseits sind dabei miteinander formschlüssig verbindbar und im Bedarfsfall wieder voneinander lösbar, wobei jedoch in Umfangsrichtung eine gewisse Spielfreiheit vorhanden ist. Der Formschluß wird mittels Stirnverzahnungen hergestellt, die an den zueinander korrespondierenden Flächen beider Baugruppen angeordnet sind, und mittels einer zentralen Schraube dauerhaft gewährleistet.

Ungeachtet der geschilderten Vorteile ist die Herstellung der erforderlichen Stirnverzahnungen gleichermaßen arbeits- wie kostenintensiv. Dieses Kriterium gilt sowohl für spanend hergestellte Verzahnungen als auch für Verzahnungen, wie sie beispielsweise entsprechend dem Vorschlag nach der DE-OS 19 31 300 mittels Kaltpressen hergestellt werden, bei dem große axiale Preßkräfte aufgebracht werden müssen.

Angesichts der bislang mit der Herstellung der Stirnverzahnungen für Radlagerungsanordnungen einhergehenden relativ hohen Arbeits- und Kostenintensität hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine etwa im Aufbau und Wirkungsweise dem Lösungsvorschlag nach DE-PS 31 16 720 und 31 16 775 entsprechende Radlagerungsanordnung zu schaffen, bei der jedoch die für beide Baugruppen erforderlichen Verzahnungen auf einfachere und damit zugleich auch weniger Arbeits- und Kostenaufwand erfordernde Weise bei zugleich hoher Genauigkeit und hoher Festigkeit hergestellt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Stirnverzahnungen taumelgepreßt sind und der dem Taumelpressen unterworfene Werkstoff Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in der Größenordnung von 0,4 . . . 1,2% ist, wobei die dem inneren Lagerring zugekehrte Fläche des äußeren Gelenkkörpers unter Verzicht auf einen sich in Axialrichtung an die Fläche einstückig anschließenden zylindrischen Absatz eben ausgebildet ist.

Mit der vorgeschlagenen Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher, deren wesentlichster in einer vereinfachten und daher auch wirtschaftlicheren Herstellung der Verzahnung bei zugleich hoher Genauigkeit besteht. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Anwendung des Taumelpressens ergibt, besteht darin, daß nur relativ kleine Preßkräfte notwendig sind, was nach Mössle ("Kaltmassivumformung durch Taumelpressen") in Z "Industrie", Nr. 79 vom 03. 10. 1979, Seite 66 f, für Werkteile mit ca. 80 . . . 100 mm Durchmesser eine zu Kaltumformungszwecken ausgelegte Taumelpesse mit einer Nennkraft von lediglich 1600 KN erfordert.

Nach Mössle aaO. geht die Grundidee des Taumelpressens im Vergleich zum konventionellen Stauchen in eine Richtung, bei der das Werkstück nicht im ganzen, sondern nur partiell umgeformt wird. Das Taumelpreßverfahren als solches besteht darin, daß das Werkstück zwischen zwei Gesenken umgeformt wird, von denen das obere definierte Taumelbewegungen um einen auf der Werkzeugoberfläche liegenden Mittelpunkt herum ausführt.

Infolge der sich periodisch wiederholenden Auslenkbewegungen des Obergesenkes konzentriert sich die Umformkraft auf eine beschränkte Umformzone, wobei diese, je nach dem, wie sich das Gesenk bewegt, über die gesamte Werkstückoberfläche wandert. Die Verkleinerung der Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug hat eine starke Verringerung der beim Stauchen auftretenden Gesamtkraft und auch der Normalspannung mit einer entsprechend geringeren Beanspruchung der Gesenke zur Folge.

Eine effiziente Anwendung des Taumelpressens zum Zwecke des Herstellens von Stirnverzahnungen setzt sowohl eine preßtechnisch sinnvolle Ausbildung der Werkstoff-Rohlinge als auch eine technologisch zweckmäßige, den Umformvorgang entgegenkommende Werkstoffauswahl voraus. In vorteilhafter Weise trägt die vorliegende Erfindung diesen Gegebenheiten Rechnung: Zum einen ist die dem inneren Lagerring zugekehrte Fläche des äußeren Gelenkkörpers unter Verzicht auf einen sich in Axialrichtung an die Fläche einstückig anschließenden zylindrischen Absatz eben ausgebildet, zum anderen enthält der dem Taumelpressen unterworfene Stahl einen Kohlenstoffgehalt in der Größenordnung von 0,4 . . . 1,2%. Obwohl nach allgemeiner Auffassung des Fachmannes ein Stahl in dieser Zusammensetzung für die Umformung weniger geeignet ist, hat sich in der Praxis eine vorteilhafte Bearbeitung in Verbindung mit dem erfindungsgemäß angewendeten Taumelpressen gezeigt. Dabei bewirkt der erhöhte Kohlenstoffgehalt eine größere Materialhärte, die unter anderem insbesondere für die einstückig mit der Stirnverzahnung hergestellten Lagerabschnitte notwendig ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine mit einem Gleichlaufdrehgelenk mittels Stirnverzahnungen lösbar verbundene Radlagerung,

Fig. 2 eine - nach Mössle an sich bekannte - schematische Darstellung des Umformvorganges mit taumelndem Gesenk,

Fig. 3 mehrere mögliche Bewegungen des Obergesenkes beim Taumelpressen nach Mössle u. a., sowie schließlich

Fig. 4 eine schaubildliche Gegenüberstellung der Preßkraftverläufe (a) beim konventionellen Stauchen und (b) beim Taumelpressen, ebenfalls nach Mössle.

Die in Fig. 1 dargestellte Radlagerungsanordnung für ein Kraftfahrzeug besteht im wesentlichen aus einem an der Radnabe 2 angeordneten Ansatz 1, der zugleich als innerer Lagerring 22 ausgebildet ist. Sowohl in diesem Lagerring als auch in dem äußeren Lagerring 3 sind Laufbahnen zur Aufnahme von Wälzkörpern 4 so angeordnet, daß ein zweireihiges Schrägkugellager, also ein sogenanntes Radiaxlager, entsteht. Der Ansatz 1 weist auf der dem in seiner Gesamtheit mit 5 bezeichneten Gleichlaufdrehgelenk abgewandten Seite einen Zentrieransatz 6 auf. Dieser dient der Aufnahme einer - nicht dargestellten - Bremsscheibe. Das Gleichlaufdrehgelenk 5 weist seinerseits einen äußeren Gelenkkörper 7 auf, dessen Inneres mit Rillen 8 versehen ist. Im Inneren des äußeren Gelenkkörpers 7 ist zudem ein innerer Gelenkkörper 9 angeordnet, der ebenfalls mit Rillen 10 versehen ist.

Zwischen den Rillen 8, 10 sind Wälzkörper in Gestalt von Kugeln 11 angeordnet, die in Fenstern eines Käfigs 12 geführt sind und der Drehmomentübertragung dienen. Der innere Gelenkkörper 9 weist dabei eine Bohrung auf, in die eine Profilwelle 13 mittels Längsverzahnung od. dgl. aufgenommen und gelagert ist. Das Abdichten des Gleichlaufdrehgelenkes 5 erfolgt mittels eines Faltenbalges 14. Zwischen der Stirnseite 15 des äußeren Gelenkkörpers 7 und der Stirnseite 1a des Ansatzes 1 besteht eine formschlüssige Verbindung 16. Diese dient der Drehmomentübertragung vom Gleichlaufdrehgelenk 5 zum Ansatz 1 der Radnabe 2. Die formschlüssige Verbindung ist dabei als Stirnverzahnung ausgebildet. Die Zähne der Stirnverzahnung sind - in noch näher zu beschreibender Weise - mittels Taumelpressens hergestellt. Im Zentrum der an sich eben ausgebildeten Stirnseite 15 des äußeren Gelenkkörpers 7 ist eine mit Gewinde versehene Bohrung 18 angeordnet. In diese Gewindebohrung wird von der Seite der Radnabe 2 aus eine Schraube 19 eingeschraubt, wodurch die beiden Baugruppen (Radlager einerseits, Gleichlaufdrehgelenk andererseits) über ihre jeweils zueinander korrespondierenden Stirnverzahnungen 16 miteinander fest, jedoch jederzeit wieder lösbar, verbunden sind. Die Schraube 19 ist von der Zentralbohrung 20 aus zugänglich, die Zentralbohrung wiederum läßt sich durch die Mittelbohrung des Fahrzeugrades - nicht dargestellt - erreichen. Hierdurch ist sowohl die Montage als auch die Demontage der Gelenkwelle mit dem Gleichlaufdrehgelenk 5 von der Fahrzeug-Außenseite aus ohne weiteres möglich.

Das Taumelpressen eines Werkstückes 25 gem. Fig. 2 erfolgt zwischen dem feststehenden Untergesenk 26 und dem taumelnden Obergesenk 24; im Untergesenk ist in üblicher Weise ein Auswerfer 27 angeordnet.

In Fig. 3 sind vier mögliche geometrische Konfigurationen gezeigt, nach welchen sich das Taumeln des Obergesenkes 24 vollziehen kann:

  • a) Kreisbewegungen, bei denen sich die Kontaktfläche nur in Umfangsrichtung verschieben kann. Eine solche Bewegungsart findet dann vor allem Anwendung, wenn ein intensiver Materialfluß notwendig ist, beispielsweise beim Umformen von Werkstücken mit relativ großen und dünnen Flanschen,
  • b) Spiralbewegungen, die dann vorteilhaft sind, wenn in der Mitte des Werkstückes aufgrund einer komplizierten Form große Umformgrade auftreten,
  • c) Pendelbewegungen in einer Ebene, die besonders für die Umformung von langen Werkstücken geeignet sind, und schließlich
  • d) Mehrblattkurvenbewegungen, die eine radiale Verlagerung der Umformzone bewirken. Derartige Bewegungen sind für das Umformen von Werkstücken mit konzentrischen Rippen, etwa Kegelzahnräder oder verzahnte Kupplungsscheiben, geeignet.


Fig. 4 zeigt einen Vergleich der Preßkraftverläufe beim konventionellen Stauchen zwischen ebenen Stauchbahnen (linkes Diagramm) und beim Stauchen mit taumelndem Gesenk (rechtes Diagramm). Die Kontaktfläche im linken Diagramm ist mit 28 und im rechten Diagramm mit 29 bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1 Ansatz

1a Stirnseite des Ansatzes

2 Radnabe

3 äußerer Lagerring

4 Wälzkörper, etwa Kugeln

5 Gleichlaufdrehgelenk

6 Zentrieransatz

7 äußerer Gelenkkörper

8 Rillen

9 innerer Gelenkkörper

10 Rillen

11 Wälzkörper, etwa Kugeln

12 Käfig

13 Profilwelle

14 Faltenbalg

15 Stirnseite des äußeren Gelenkkörpers

16 formschlüssige Verbindung

18 Bohrung

19 Schraube

20 Zentralbohrung

22 innerer Lagerring

24 taumelndes Obergesenk

25 Werkstück

26 feststehendes Untergesenk

27 Auswerfer

28 Kontaktfläche

29 Kontaktfläche


Anspruch[de]
  1. Lagerungsanordnung aus zwei voneinander unabhängigen Baueinheiten bestehende Lagerungsanordnung einer über ein Gleichlaufdrehgelenk antreibbaren Radnabe am zugehörigen Radträger eines Kraftfahrzeuges, wobei die durch den Radträger gehaltene Lagerung mit der Radnabe die eine und das Gelenk die andere Baueinheit bilden, beide Baueinheiten lösbar miteinander verbunden sind, und beide Bauteile mittels zueinander korrespondierender, sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung spielfrei ineinandergreifender Stirnverzahnungen an einander zugekehrten Flächen beider Baueinheiten, insbesondere an innerem Lagerring und äußerem Gelenkkörper, und mittels einer zentralen Schraube oder dergleichen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverzahnungen (16) taumelgepreßt sind und der dem Taumelpressen unterworfene Werkstoff Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in der Größenordnung von 0,4 . . . 1,2% ist, wobei die dem inneren Lagerring (22) zugekehrte Fläche des äußeren Gelenkkörpers (7) unter Verzicht auf einen sich in Axialrichtung an die Fläche einstückig anschließenden zylindrischen Absatz eben ausgebildet ist.






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