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STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit einem auf
eine Welle aufgepassten Wälzlager.
Die Lagervorrichtung ist beispielsweise für eine Fahrzeug-Nabeneinheit
oder eine Führungsrolle
der Schiebetür
eines Kraftfahrzeugs und auf anderen generellen Gebieten für die Anwendung
von Lagervorrichtungen einsetzbar.
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Beschreibung des Stands der Technik:
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Die
den am nächsten
kommenden Stand der Technik darstellende EP-A-0 854 303 offenbart
die Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2. Mit Bezug auf 10 wird
eine Fahrzeug-Nabeneinheit
als Beispiel einer Lagervorrichtung beschrieben. In dieser Nabeneinheit
B ist ein doppelreihiges Schrägkugellager 82,
dessen Kontaktwinkel-Scheitelpunkte außerhalb des Lagers liegen,
auf einen Lagerzapfen 81 einer Radnabe 80 aufgepasst.
Das freie Ende des Lagerzapfens 81 ist zum Biegen radial nach
außen
wälzverstemmt.
Dieser gebogene verstemmte Bereich 85 ist auf die äußere Stirnfläche eines
Innenrings 84 des Lagers 82 geschoben. Dies hat
zur folge, dass das Lager 82 so auf der Radnabe montiert
ist, dass es an einem Ablösen
gehindert wird.
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Der
verstemmte Bereich 85 ist zu einer voll rundlichen äußeren Stirnfläche krümmt, wie
dies die 11 zeigt. Die Wölbung an
der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 85 weist einen einfachen Krümmungsradius
r0 auf.
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Das
zylindrische freie Ende des Lagerzapfens 81 der Radnabe 80 ist
wie aus 12 ersichtlich mittels eines
Verstemmwerkzeugs 90 wälzverstemmt.
Hierbei wird das vordere Ende des Verstemmwerkzeugs 90 auf
den Lagerzapfen 81 aufgesetzt und unter einem vorbestimmten
Winkel h entlang der einfachpunktierten Linie verwälzt. Hierdurch wird
das freie Ende des Lagerzapfens 81 radial nach außen gebogen,
so dass ein Ablösen
des Innenrings 84 durch den gebogenen verstemmten Bereich 85 verhindert
wird.
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Bei
dem vorbeschriebenen Beispiel nach dem Stand der Technik ist die
Sollform der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 85 nicht genau herstellbar. Diese äußere Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 85 weist normalerweise eine rundliche
Form auf. Damit kann die Form des verstemmten Bereichs 85 durch
das Verstemmen beeinträchtigt
werden. Im Extremfall kann der radial mittlere Teil des verstemmten
Bereichs 85 aus dem Innenring 84 austreten und
sich über
diesen hinweg ausbreiten. In diesem Falle besteht die Tendenz, dass der
Widerstand gegen eine Ablösekraft,
d.h. der Ablösewiderstand,
verringert wird.
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Andererseits
kann die äußere Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 85 in Form einer Wölbung mit einem einfachen Krümmungsradius
r0 ausgebildet sein. Der verstemmte Bereich 85 der so geformten äußeren Stirnfläche wird
hergestellt durch Verstemmen mit einem im Wesentlichen gleichen
Druck von der Anfangs- bis
zur Endphase des Verstemmprozesses. Auch in diesem Fall ist der
vorerwähnte Mangel
zu verzeichnen.
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Es
versteht sich, dass der verstemmte Bereich 85 nach seiner
Fertigstellung einer Sichtkontrolle unterzogen werden muss. Da jedoch
die äußere Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 85 eine rundliche Form aufweist, ist
es unmöglich,
anhand des äußeren Erscheinungsbilds
zu bestätigen,
ob der Fließzustand
eingetreten ist oder nicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Hauptaufgabe
der Erfindung ist deshalb die Bereitstellung einer Lagervorrichtung,
bei welcher der Ablösewiderstand
durch den verstemmten Bereich verbessert wird.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung betrifft die Bereitstellung einer
Lagervorrichtung, bei der nicht nur der Ablösewiderstand durch den verstemmten
Bereich verbessert, sondern auch die Entscheidungsfindung bei einer
durchzuführenden
Sichtkontrolle des verstemmten Bereichs vereinfacht wird.
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Lagervorrichtung bereit
gestellt mit: einer Welle, von welcher ein axiales Ende zylindrisch
geformt ist, und einem Wälzlager,
das auf das axiale Ende der Welle aufgepasst ist, wobei das Wälzlager derart
auf der Welle befestigt ist, dass es durch Wälzverstemmen des axialen Endes
der Welle zum Biegen desselben radial nach außen und durch Pressen des gebogenen
verstemmten Bereichs auf die äußere Stirnfläche des
Innenrings am Ablösen
gehindert wird, und wobei der Bereich an der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs vom Biege-Anfangspunkt bis zum äußeren Umfangsrand
durch eine zusammengesetzte Wölbung
gebildet wird, die gekrümmte
Oberflächen
mit zumindest zwei unterschiedlichen Krümmungsradien verbindet.
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Bei
der Lagervorrichtung nach diesem ersten Aspekt sind die Krümmungsradien
der einzelnen gekrümmten
Oberflächen
der zusammengesetzten Wölbung
vorzugsweise auf der radial äußeren Seite größer gewählt.
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Der
verstemmte Bereich dieser Form wird beispielsweise durch Einstellen
des Drucks auf den Innenring beim Verstemmen spezifisch ausgebildet. Je
nach dem Verstemmverfahren lässt
sich der verstemmte Bereich auf seiner im Wesentlichen gesamten
Fläche
homogen auf die äußere Stirnfläche des Innenrings
drücken
und die axiale Dicke möglichst groß ausbilden.
Hierdurch kann der Ablösewiderstand
des verstemmten Bereichs gegenüber
dem Stand der Technik erhöht
werden.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Lagervorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 2 bereit gestellt. Bei der Lagervorrichtung nach
diesem zweiten Aspekt wird eine flache Fläche des verstemmten Bereichs
am axial äußersten
Ende der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs vorgesehen.
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Der
so geformte verstemmte Bereich wird beim Ausbilden der flachen Fläche in seiner
Gesamtheit zum Innenring gedrückt,
so dass er auf einfache Weise auf die äußere Stirnfläche des
Innenrings aufgebracht werden kann und damit der Ablösewiderstand
gegenüber
dem Stand der Technik vergrößert wird.
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Weiter
kann gesagt werden, dass mit der auf der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs auszubildenden flachen Fläche ein Formhinweis gegeben
ist. Die Gründe
hierfür
sind wie folgt: wird der verstemmte Bereich in seiner Gesamtheit
auf den Innenring aufgepasst, wo wird die flache Fläche sauber ausgebildet.
Selbst wenn nur ein Teil des verstemmten Bereichs über den
Innenring hinweg austreten würde,
ergäben
sich Wellen in der flachen Oberfläche. Nimmt man also die flache
Fläche
als Kriterium für
die Qualitätsbeurteilung
bei der Sichtkontrolle, so wird die Entscheidungsfindung vereinfacht.
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Befindet
sich andererseits die flache Fläche am
axial äußersten
Ende des verstemmten Bereichs, so bildet sie eine Bezugsebene für die Bestimmung der
axialen Breite des verstemmten Bereichs. Über die Ausbildung dieser flachen
Fläche
lässt sich
also die Gesamtlänge
der Lagervorrichtung problemlos festlegen. Andererseits bietet die
flache Fläche
auch eine Montage-Bezugsebene
für ein
auf der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
zu montierendes Objekt, so dass sich die axiale Abmessung im montierten
Zustand mit hoher Genauigkeit festlegen lässt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und weitere Aufgaben sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsseitenquerschnitt
einer Fahrzeug-Nabeneinheit nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
im größeren Maßstab gezeichneter
Querschnitt des verstemmten Bereichs aus 1;
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3A bis 3C Ablaufdiagramme
zur Erläuterung
des Verstemmverfahrens zur Herstellung des verstemmten Bereichs
gemäß 1;
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4 eine
Längsseitenansicht
eines in einem anderen erfindungsgemäßen Verstemmverfahren einzusetzenden
Wälzverstemmwerkzeugs;
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5 eine
Darstellung entsprechend 2, die jedoch ein abgewandeltes
Beispiel der ersten Ausführungsform
zeigt;
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6 ein
Längsseitenquerschnitt
einer Fahrzeug-Nabeneinheit nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ein
im größeren Maßstab gezeichneter
Querschnitt des verstemmten Bereichs aus 6;
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8A und 8B Ablaufdiagramme
zur Veranschaulichung des Verstemmverfahrens zur Herstellung des
verstemmten Bereichs aus 7;
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9 eine
Seitenansicht, aus welcher die Form eines Wälzverstemmwerkzeugs zur Herstellung
des verstemmten Bereichs gemäß 7 ersichtlich
ist;
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10 eine
Längsseitenansicht
des Beispiels einer Fahrzeug-Nabeneinheit
nach dem Stand der Technik;
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11 ein
im größeren Maßstab gezeichneter
Querschnitt des verstemmten Bereichs aus 10; und
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12 ein
Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Wälzverstemmverfahrens.
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In
sämtlichen
Zeichnungen sind gleichen Bauteilen jeweils gleiche Bezugszeichen
zugeordnet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform der Erfindung:
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Es
folgt eine Beschreibung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit
Bezug auf 1 bis 3.
In diesen Zeichnungen steht das Bezugszeichen A für die Gesamtheit
einer Nabeneinheit als Lagervorrichtung. In diesem Falle ist die
Nabeneinheit von der Art, wie sie in einem Antriebsrad eines Fahrzeugs
einzusetzen ist. Es zeigen die Bezugsziffer 1 als Radnabe
eine Welle, 2 eine doppelreihiges Schrägkugellager,
dessen Kontaktwinkel-Scheitelpunkte außerhalb des Lagers liegen,
als Wälzlager, und 3 einen verstemmten Bereich.
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Die
Radnabe 1 weist eine ringförmige Platte 11 und
einen Lagerzapfen 12 auf. Auf der ringförmigen Platte 11 befindet
sich ein nicht dargestelltes Rad. Die Radnabe 12 dient
der Aufnahme des Lagers 2 und ist mit einem verstemmten
Bereich 3 versehen, der an seinem axialem Ende zur Befestigung des
Lagers 2 ausgebildet ist.
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Das
Lager 2 umfasst einen Innenring 21 mit einer einzelnen
Laufbahn, der auf einen radial kleineren äußeren Umfang des Lagerzapfens 12 aufzupassen
ist, einen einfachen Außenring 22 mit
zwei Laufbahnnuten, eine Anzahl von zweireihig angeordneten Kugeln 23 sowie
zwei gekrümmte
Käfige 24 und 25. Das
Lager 2 ist so konzipiert, dass als einzelner Innenring
der Lagerzapfen der Radnabe 1 einen radial größeren Umfang 12b aufweist.
Der Außenring 22 ist an
seinem äußeren Umfang
mit einem radial nach außen
sich erstreckenden Flansch 26 versehen, durch den er verdrehungsfrei
auf einer nicht dargestellten Wellenhülse montiert ist.
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Diese
erste Ausführungsform
ist durch die Form des verstemmten Bereichs 3 des Lagerzapfens 12 der
Radnabe 1 gekennzeichnet.
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Genauer
gesagt wird an der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 3 der Abschnitt vom Biege-Anfangspunkt
Y bis zum äußeren Umfangsrand
durch eine zusammengesetzte Wölbung gebildet,
die gekrümmte
Oberflächen
mit drei unterschiedlichen Krümmungsradien
r1, r2 und r3 verbindet, wie dies die 2 zeigt.
Diese drei unterschiedlichen Krümmungsradien
r1, r2 und r3 sind vorzugsweise in einem solchen Verhältnis zueinander
vorgesehen, dass der Krümmungsradius
der gekrümmten Oberflächen auf
der radial äußeren Seite
der größere ist,
d.h. r1 < r2 < r3.
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Es
folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung des verstemmten
Bereichs 3. Zunächst
wird der Innenring 21 beispielsweise durch Aufpressen auf
den radial kleineren Bereich 12a des Lagerzapfens 12 der
Radnabe 1 aufgebracht. Sodann wird ein zylindrisch geformter
Abschnitt auf der freien Stirnseite des Lagerzapfens 12 mittels
eines Verstemmwerkzeugs 90, wie dieses gemäß der Beschreibung
des Stands der Technik mit Bezug auf 19 benutzt
wird, wälzverstemmt.
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Hierbei
wird das Verstemmwerkzeug 90 mit seinem vorderen Ende auf
den Lagerzapfen 12 aufgesetzt und entlang der einfachpunktierten
Linie wälzbewegt.
Wie aus 3A bis 3C ersichtlich, sind
die ersten bis letzten Stufen des gesamten Verstemmprozesses in
drei Phasen unterteilt in der Weise, dass die Wälzwinkel h 1 bis h 3 mit fortschreitendem
Verfahren von der ersten bis zur dritten Stufe allmählich in
der Reihenfolge h 1 > h
2 > h 3 kleiner ausgebildet
werden.
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Da
der zylindrische Abschnitt auf der freien Stirnseite des Lagerzapfens 12 radial
nach außen gebogen
ist, verändert
also der verstemmte Bereich 3 den Krümmungsradius seine äußere Stirnfläche in der
Aufeinanderfolge r1, r2 und r3 in den einzelnen Stufen, so dass
er die äußere Stirnflächenform
mit den zusammengesetzten Oberflächen
wie in 2 dargestellt annimmt.
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Da
der Druck somit in Richtung einer in den einzelnen Stufen des Verstemmprozesses
aufeinanderfolgenden Abnahme eingestellt ist, kann die stumpf gegen
die äußere Stirnfläche des
Innenrings 21 zu lagernde gesamte Fläche des verstemmten Bereichs 3 unter
Minimierung des axialen Drucks im Wesentlichem homogen angepresst
werden, um so eine axiale Gesamtdicke des verstemmten Bereichs 3 zu
erreichen, die größer ist
als die Dicke beim Beispiel nach dem Stand der Technik. In dem so
nach diesem Verstemmverfahren erhaltenen verstemmten Bereich 3 lässt sich
deshalb der Ablösewiderstand des
Lagers 2 gegenüber
dem Stand der Technik erhöhen.
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Die
bisher beschriebene erste bevorzugte Ausführungsform lässt sich
wie folgt abwandeln:
- (1) In der ersten Ausführungsform
wird der Wälzwinkel
für das
Wälzverstemmen
so eingestellt, dass die zusammengesetzten gekrümmten Oberflächen auf
der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 3 gebildet werden. Mittels des in 4 aufgezeigten
Wälzverstemmwerkzeugs 90' lässt sich
jedoch der Wälzwinkel
auf eine im Wesentlichen konstante Größe festlegen. Das Werkzeug 90' gemäß 4 ist
zum Ausbilden des verstemmten Bereichs wie in 2 dargestellt
vorgesehen und weist eine solche umlaufende Ausnehmung 92 im äußeren Umfang
eines Vorsprungs 91 an ihrem vorderen Ende auf, dass seine
innere Bo denfläche
beispielsweise die Form zusammengesetzter gekrümmter Oberflächen mit
den drei Krümmungsradien
r1, r2 und r3 aufweist. Mittels dieses Werkzeugs 90' wird eine Wälzverstemmbearbeitung
unter einem vorbestimmten Winkel h in der in Verbindung mit dem Beispiel
nach dem Stand der Technik mit Bezug auf 12 beschriebenen
Art und Weise durchgeführt.
In dieser Abwandlung wird die Form der inneren Bodenfläche der
Ausnehmung 92 in der Endphase der Wälzverstemmbearbeitung auf die äußere Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 3 übertragen.
- (2) Zwar werden in der ersten bevorzugten Ausführungsform
die drei zusammengesetzten gekrümmten
Oberflächen
auf der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 3 ausgebildet, doch lassen sich diese
auch durch zwei oder mehr als drei zusammengesetzte gekrümmte Oberflächen ersetzen.
- (3) In der ersten Ausführungsform
kann zur Ausbildung eines verstemmten Bereichs 3 von rundlicher
Form auf äußeren Umfangsrandseite
wie beispielsweise bei der Abwandlung gemäß 5 in der
letzten Stufe des Verstemmprozesses dargestellt auf die äußere Umfangsrandseite
des verstemmten Bereichs 3 ein höherer Druck ausgeübt werden
als in den vorhergehenden Stufen. Da bei dieser Abwandlung in der
Endstufe ein höherer Druck
beaufschlagt wird als in den vorhergehenden Stufen des Verstemmprozesses,
ist die axiale Dicke der äußeren Umfangsseite
des verstemmten Bereichs 3 geringer als bei der vorbeschriebenen
Ausführungsform.
Hierdurch dürfte
es kaum dazu kommen, dass sich der äußere Umfangsrand des verstemmten
Bereichs 3 aufgrund einer Rückfederung nach dem Verstemmen
ablöst. Dies
hat zur Folge, dass der Ablösewiderstand des
Lagers gegenüber
dem der vorbeschriebenen Ausführungsform
erhöht
werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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Es
folgt eine Beschreibung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf 6 bis 8. Bei dieser zweiten Ausführungsform werden
eine flache Fläche 3a in
einem radial mittleren Bereich der äußeren Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 3 und eine Schrägfläche 3b, die in einem
vorbestimmten Winkel bezüglich
einer gedachten Ebene in der radialen Richtung geneigt ist, im radial äußeren Bereich
der flachen Fläche 3a gebildet.
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Zur
Herstellung dieses verstemmten Bereichs 3 wird zunächst eine
Wälzverstemmung durchführt.
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Wie
aus 12 ersichtlich, wird genauer gesagt nach dem Stand
der Technik die Verstemmvorrichtung 90 mit ihrem vorderen
Ende auf den zylindrischen Abschnitt 12c des Lagerzapfens 12 aufgesetzt und
unter einem vorbestimmten Winkel a entlang der einfachpunktierten
Linie O verwälzt.
Hierdurch wird der zylindrische Abschnitt 12c des Lagerzapfens
zur Ausbildung des rundlichen verstemmten Bereichs 3 wie
aus 11A ersichtlich radial nach außen gebogen.
Anschließend
wird wie in 8B dargestellt ein Formpresswerkzeugs 200 auf
dem verstemmten Bereich 3 platziert, um die äußere Stirnfläche des
verstemmten Bereichs 3 unter einem vorbestimmten Druck
zum Ausbilden der flachen Fläche 3a auf
diesem Bereich sowie der Schrägfläche 3b,
die unter einem vorbestimmten Winkel h bezüglich der radialen Ebene geneigt
ist, auf dem radial äußeren Bereich der
flachen Fläche 3a durch
Pressen herzustellen. Das hier einzusetzende Formpresswerkzeug 200 weist
eine Ausnehmung 201 auf seiner vorderen Stirnfläche und
eine zur Öffnung
in der unteren Ecke der Ausnehmung hin divergierende Schrägfläche 202 auf.
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Der äußere Umfangsrand
des verstemmten Bereichs 3 wird beim Pressvorgang in Richtung
auf den Innenring 21 gedrückt, so dass ein Rückfedern dieses äußeren Umfangsrands
des verstemmten Bereichs 3 sofort nach dem Formen verhindert
und der ausgelegte Ablösewiderstand
gewährleistet
wird.
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In
diesem Zusammenhang kann die vorbeschriebene zweite Ausführungsform
wie folgt abgewandelt werden:
In den vorstehend erläuterten
zweiten bis vierten Ausführungsformen
werden die Wälzverstemm-
und die Pressverarbeitung zum Ausbilden der flachen Fläche 3a auf
dem verstemmten Bereich zusammen durchgeführt. Es besteht jedoch die
Möglichkeit,
die verstemmten Bereiche 3 der zweiten und dritten Ausführungsform
ausschließlich
durch das Wälzverstemmen
herzustellen. In diesem Falle ist die Form des vorderen Endes des
Werkzeugs 90 wie in 9 dargestellt
vorgesehen.
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Was
das Werkzeug 90 gemäß 9 anbetrifft,
so wird die Innenfläche
der Ausnehmung 92 auf der Seite des Randes 93 mit
einer Neigung 96 unter einem vorbestimmten Winkel h2 bezüglich der
Neigung 94 ausgebildet. Mit diesem Werkzeug 90 lässt sich
die flache Fläche 3a in
dem verstemmten Bereich 3 mit der Neigung 94 versehen,
indem der Winkel h1 der Neigung gleich dem Wälzwinkel a im Wälzverstemmprozess
gewählt
wird. Durch die Neigung 96 des Werkzeugs 90 wird
andererseits die radial äußere Seite 3b des
verstemmten Bereichs 3 abgeschrägt. Über den Einsatz dieses Werkzeugs
kann der Formpressschritt in der vorerwähnten zweiten Ausführungsform
zur Senkung der Produktionskosten entfallen.
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Zwar
wurde in den vorstehend erläuterten ersten
und zweiten Ausführungsformen
die Lagervorrichtung anhand einer Fahrzeug- Nabeneinheit beschrieben, doch ist ihre
Anwendung auch auf anderen generellen Gebieten wie beispielsweise
für die Führungsrolle
einer KFZ-Schiebetür
möglich.