DE102020202620A1

DE102020202620A1 - Integriertes Lageelement- und Aufhängungsträgermodul sowie Verfahrung zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102020202620A1
Application number: DE102020202620.3A
Authority: DE
Inventors: Marco Falossi; Paolo A Re
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN111734745A; US11173761B2; IT201900004251A1; US20200307332A1

Abstract

Integriertes Modul (1) für eine Fahrzeugaufhängung, das ein Lagerelement (2) und einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel (3) aufweist, wobei das Lagerelement (2) ein Außenring (4) eines Wälzlagers ist, der aus einem ersten hochstarken Material hergestellt ist, und wobei zumindest ein Teil des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) aus einem zweiten Material hergestellt ist, das ein Metall ist und leichter ist als das erste Material, das radial an die Außenseite des Lagerelements (2) mitgeformt ist, wobei der Aufhängungsträger oder -achsschenkel (3) direkt an das Lagerelement (2) mittels eines Interfaces (7) für eine Formkopplung befestigt ist; wobei gegenüberliegende axiale Enden (13, 14) des Lagerelements dazu eingerichtet sind, während des Mitformens jeweilige Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) zum Schützen jeweiliger Laufbahnen (18) des Lagerelements und zum Abführen von Wärme aus den Laufbahnen während des Mitformenschritts aufzunehmen, wobei die Wärme auf sie übertragen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Modul für eine Fahrzeugaufhängung, die aus einem Lagerelement, insbesondere einem Außenring eines Wälzlagers, und einem Aufhängungsträger oder -achsschenkel besteht, der einstückig mit dem Lagerelement und radial außen an dem Lagerelement hergestellt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung dieses integrierten Moduls.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass in der Fahrzeugindustrie eine zunehmende Betonung auf die Gewichtsreduzierung von Fahrzeugkomponenten mit dem Ziel der Treibstoffeinsparung gelegt wird. Eine solche Komponente ist der Spurstangenachsschenkel, der das Radlager mit der Aufhängung des Fahrzeugs verbindet, allgemeiner umfassen die Komponenten, die leichter werden sollen, alle Aufhängungsträger der Fahrzeugaufhängung.
Leichtbaulenkungsträger und -achsschenkel werden gemeinhin durch Gießen aus Leichtmetall, üblicherweise aluminiumbasiert, hergestellt.
Wälzlager, üblicherweise das, was als HBU (Nabenlagereinheit)-Typ bekannt ist, werden anschließend an diesen Lenkungsträgern oder -achsschenkeln zum Tragen der Fahrzeugräder befestigt. Der Außenring jedes Wälzlagers, der aus Stahl hergestellt ist, wird einstückig mit einem Flansch hergestellt, der mit Schrauben an dem Lenkungsträger oder - achsschenkel der Aufhängung befestigt wird.
Jedoch erhöht das Vorliegen des Flansches und der Schrauben, die den Außenring des Lagers an dem Lenkungsträger oder -achsschenkel der Aufhängung befestigen, das Gesamtgewicht der Fahrzeugaufhängung stark und vergrößert auch die Gesamtabmessungen (Dicke) der funktionalen Einheit, die durch das Lagerelement und den Träger gebildet wird.
Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, dass der Außenring oder ein anderes Lagerelement in den aus einem Leichtmetall gebildeten Träger durch kraftschlüssiges Einsetzten oder Mitformen des Trägers an dem Lagerelement integriert wird, wodurch die Notwendigkeit für den Flansch und die entsprechenden Befestigungsschrauben vermieden wird.
In der Praxis ist jedoch eine solche Lösung äußerst schwer bereitzustellen.
Im Fall des mechanischen kraftflüssigen Einsetzens muss aufgrund der unterschiedlichen Expansionskoeffizienten von Stahl (aus dem das Lagerelement hergestellt ist) und Aluminium oder Leichtmetall (aus dem der Träger hergestellt ist) ein sehr hoher Grad an Eingriff bereitgestellt werden, wobei dieser Eingriff erhebliche Spannungen erzeugt, die zu vorzeitigem Riss im Gebrauch oder sogar während des Zusammenbaus führen können.
In dem Fall des Mitformens ist es an erster Stelle notwendig sicherzustellen, dass die radial äußere Seitenfläche des Lagerelements fest an dem Material des Lenkungsträgers oder - achsschenkels fixiert ist. Dazu schlägt die US6485188 vor, ein mechanisches Verriegelungsgelenk zwischen einem Lagerelement und einem Träger zu erzeugen, das durch eine oder mehrere Auskragungen der radial äußeren Seitenfläche des Lagerelements gebildet wird, die in das Material des Lenkungsträgers oder -achsschenkels eingebettet sind, der direkt an dem Lagerelement gegossen und geformt wird. Die US7175349 schlägt eine ähnliche Lösung vor, wenngleich hier der Träger an einem Verbindungselement mitgeformt wird, das durch eine aus Stahl hergestellte Hülse gebildet ist, in die ein gewöhnliches Wälzlager oder eine HBU dann kraftschlüssig eingesetzt wird.
Zweitens bleibt, auch wenn eine stabile und direkte Verbindung zwischen dem Aluminium- oder dem Leichtmetallträger und dem Stahllagerelement gebildet wird, das Problem des Sicherstellens der Integrität und der angemessenen Härte der Laufbahnen des Wälzlagers, die üblicherweise auf einer radial inneren Seitenfläche des Lagerelements oder des Außenrings aus Stahl gebildet werden.
Das letztere Problem liegt vor, auch wenn das Gelenk zwischen dem Aufhängungsträger und dem Lagerelement gemäß der in WO 2018/085430 beschriebenen Technologie chemisch hergestellt ist.
Entsprechend gibt es keine signifikanten kommerziellen Anwendungen von US6485188 , US7175349 und W02018/085430 im Zusammenhang mit der Integration eines Lagerelements mit einem Lenkungsträger oder -achsschenkel einer Fahrzeugaufhängung.
EP2505381 , die von dem vorliegenden Anmelder eingereicht wurde, offenbart ein mechanisches Kopplungssystem zwischen einem Lagerelement oder Einsatz, der aus einem Lagerstahl hergestellt ist, und einem radial äußeren Element, das aus einem leichteren metallischen Material, wie beispielsweise Aluminium oder Leichtmetall, hergestellt ist, das dazu beabsichtigt ist, einen Flansch zum Befestigen des Lagers an dem Aufhängungsträger zu bilden. Diese Lösung kann nur teilweise das Gewicht der herkömmlichen Lösungen reduzieren (das Gewicht des Befestigungsflansches wird reduziert, aber das Gewicht der Befestigungsschrauben bleibt) und das Problem der großen Gesamtabmessungen der Lager/Träger-Kopplung bleibt bestehen. Ferner würde dennoch, auch wenn diese Lösung durch Befestigung des Lagerelements direkt an dem Aufhängungsträger angewendet wird, das Problem des Sicherstellens der chemischen Integrität, der mechanischen Präzision und der ausreichenden Härte an den Laufbahnen des Lagerelements bestehen bleiben.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Entsprechend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und insbesondere ein integriertes Lagerelement- und Aufhängungsträger oder -achsschenkelmodul bereitzustellen und ein Verfahren zum Konstruieren des Moduls bereitzustellen, die zuverlässig, kostengünstig, einfach und leicht zu implementieren sind, insbesondere durch Vermeiden der Notwendigkeit eine mechanische Bearbeitung oder Wärmebehandlung nach der Herstellung des Aufhängungsträgers oder - achsschenkels durchzuführen. Gemäß der Erfindung werden daher ein integriertes Lagerelement- und Aufhängungsträger oder -achsschenkelmodul und ein Verfahren zum Konstruieren des Moduls mit den Eigenschaften bereitgestellt, die in den angehängten Ansprüchen angegeben sind.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, die ein nicht beschränkendes Beispiel ihrer Ausführungsform zeigen, in denen:

1 schematisch eine Längsansicht im Aufriss und im Querschnitt an einer axialen Schnittebene eines integrierten Lagerelements und eines Aufhängungsträgers oder -achsschenkelmoduls zeigt, das gemäß der Erfindung hergestellt ist;
2 schematisch auf einer vergrößerten Skala einen Ausschnitt der 1 zeigt; und
3 schematisch und im axialen Querschnitt eine Ansicht im Aufriss eines Schritts in der Herstellung des integrierten Lagerelement- und Aufhängungsträger oder - achsschenkelmoduls der 1 und 2 zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Mit Bezug auf die 1 und 2 zeigen diese mit der Nummer 1 die Gesamtheit eines integrierten Lagerelement- und Aufhängungsträger oder -achsschenkelmoduls für eine Aufhängung eines Fahrzeugs einer beliebigen Art, wobei die Arten von Fahrzeugen bekannt sind und der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.
Das integrierte Modul 1 umfasst ein Lagerelement 2 und einen Aufhängungsträger oder - achsschenkel 3, der rein schematisch und der Einfachheit halber nur teilweise gezeigt ist.
In dem dargestellten nicht limitierenden Beispiel ist der Aufhängungsträger oder - achsschenkel (das heißt, ein Träger, der für gelenkte Räder gedacht ist und daher auch mit Seitenarmen zum Verbinden des Lenkungsmechanismus versehen ist) einstückig hergestellt, aber die folgende Beschreibung ist auch auf Träger anwendbar, die aus zwei oder mehr Stücken hergestellt sind, die, falls notwendig, miteinander verbunden werden können.
Gemäß einer ersten Eigenschaft der Erfindung ist das Lagerelement 2 ein vollständiger Außenring 4 (oder zumindest einen Teil davon) eines Wälzlagers (der Einfachheit halber nicht dargestellt).
Der Außenring 4 ist aus einem ersten Material, das eine hohe Stärke hat, wie beispielsweise Lagerstahl, hergestellt. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Außenring 4 durch mechanisches Bearbeiten eines Standardstahls für Lager („Lagergütestahl“) hergestellt.
Demgegenüber ist der Aufhängungsträger oder -achsschenkel 3 insgesamt oder zumindest in einem von seinen Teilen 5, die an dem Außenring 4 angrenzen, falls er gemäß einer alternativen Ausführungsform, die der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, aus zwei oder mehr Teilen hergestellt ist, wie voranstehend angedeutet, aus einem zweiten Material hergestellt, das ein metallisches Material sein muss, das leichter ist als das erste Material, wie beispielsweise ein Leichtmetall. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Träger in einem Stück durch Gieß-Formen hergestellt, der direkt radial an die Außenseite des Lagerelements 2 (durch einen Überformverfahren) aus Aluminium oder Legierungen davon oder aus jedem anderen Leichtmetall, das für die spezifische Anwendung geeignet ist, mitgeformt wird. Eventuell geeignete Gieß-Formverfahren umfassen Hochdruckgießen (mit oder ohne Bildung eines Vakuums in der Gussform), Niederdruckgießen und halbfestes Gießen.
Der Aufhängungsträger oder -achsschenkel 3 oder zumindest der Teil oder Abschnitt 5 davon wird direkt mechanisch an der radial äußeren Seitenfläche 6 des Außenrings 4 des Wälzlagers mittels eines Interface 7 für die Formkopplung fixiert, einschließlich zumindest eines Paars von gegenüberliegenden axialen Schultern 8 und 9 und mehreren umfängliche Schultern 10, die alle an der radial äußeren Seitenfläche 6 des Außenrings 4 des Wälzlagers gebildet und voneinander beabstandet sind.
Bei dem nicht limitierenden Beispiel, das gezeigt ist, werden die axialen Schultern 8 und 9 durch gegenüberliegende laterale Seiten eines ringförmigen Kanals 11 gebildet, der an einer ringförmigen Auskragung 12 der Seitenfläche 6 gebildet ist, wobei sich die ringförmige Auskragung 12 von der Seitenfläche 6 auf der gegenüberliegenden Seite von der Symmetrieachse A des Außenrings 4 radial nach außen erstreckt.
Bei dem gezeigten Beispiel sind zusätzlich die umfänglichen Schultern 10 durch jeweilige Flacherzeugnisse gebildet, die an einer radial äußeren Endkante der ringförmigen Auskragung 12 gebildet sind, wobei sie in die entgegengesetzte Richtung von dem ringförmigen Kanal 11 zeigen.
Folglich wird eine feste und permanente mechanische Verbindung zwischen dem Träger 3 und dem Lagerelement 2 in sowohl der axialen als auch einer umfänglichen Richtung bereitgestellt, so dass die Schultern 10 ein Mittel zum Verhindern der Rotation um die Achse A bilden.
Allgemeiner ist das Interface 7 bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, gemäß den Lehren der EP2505381 (veröffentlicht am 03. Oktober 2011) hergestellt, wobei die notwendigen Teile des Inhalts derselben hier durch Bezugnahme eingeschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung und in Kombination mit den anderen Eigenschaften, die voranstehend beschreiben sind, sind die gegenüberliegenden axialen Enden 13 und 14 des Außenrings 4 des Wälzlagers dazu ausgelegt, während eines Vorgangs des Mitformens (nachstehend ausführlich beschrieben) zumindest des Teils 5 des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels 3 über und um das Lagerelement 2 herum (3) entsprechende Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 aufzunehmen.
Die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 sind in der Form eines Stöpsels, einer Kappe oder anderen Element, das zum Abschließen eines inneren Abteils 16 des Außenrings 4 des Wälzlagers in einer fluiddichten Weise geeignet ist, ausgebildet, wobei dieses Abteil 16 mit entsprechenden Laufbahnen 18 des Lagerelements 2 versehen ist, die dazu eingerichtet sind, in einer bekannten Weise bekannte Wälzkörper (die Kugeln in dem dargestellten Beispiel sind, aber auch Kegel- oder Tonnenrollen sein können), die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, zum Lagern der Radnabe in Rotation aufzunehmen, wobei diese Nabe ebenfalls bekannt und der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
Der Aufhängungsträger oder -achsschenkel 3 wird bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, insgesamt über und um das Lagerelement 2 herum mitgeformt, so dass (1 und 2) zumindest ein erstes axiales Ende 13 des Außenrings 4 des Wälzlagers, das im Gebrauch in Richtung der Außenseite des Fahrzeugs (auf die „Außenbord“-Seite) gerichtet ist, bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, fluchtend mit einem entsprechenden ersten Ende 19 des Aufhängungsträgers oder Achsschenkels 3 positioniert ist. Umgekehrt kann das zweite axiale Ende 14 des Außenrings 4 genauso gut fluchtend mit einer Innenseite 19 des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels 3 gebildet sein, wie in 2 gezeigt ist, oder kann bei einer möglichen Variante, die der Einfachheit halber nicht gezeigt ist, so geformt sein, um von der Innenseite 19 separierbar zu sein, um ein leeres ringförmiges Abteil zwischen dem Ende 14 und der Innenseite 19 freizulassen.
Die gegenüberliegenden axialen Enden 13 und 14 des Außenrings 4 des Wälzlagers begrenzen jeweils zwischen sich eine entsprechende Ausnehmung 20, die dazu eingerichtet ist, in Kontakt ein erstes Ende 21 (3) einer jeweiligen Schließ- und Dichtvorrichtung 15 aufzunehmen, während ein zweites Ende 22 von jeder Schließ- und Dichtvorrichtung 15, das dem ersten Ende 21 gegenüberliegt, mit dem entsprechenden axialen Ende 13, 14 des Außenrings 4 des Wälzlagers gekoppelt wird und angrenzt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erstreckt sich jede Ausnehmung axial zu der unmittelbaren Nähe einer jeweiligen Laufbahn 18 des Lagerelements 2, so dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 geeignet sind/sein können, Wärme von den Laufbahnen 18 während des Mitformens des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels 3 über dem Lagerelement 2 abzuführen.
Wie schematisch in gestrichelten Linien in 3 gezeigt ist, kann eine von den Schließ- und Dichtvorrichtungen 15, nämlich die, die bei dem nicht limitierenden, dargestellten Beispiel in der Ausnehmung 20 des Endes 13 montiert ist, ihr Ende 21 über zumindest eine der Laufbahnen 18, die in dem dargestellten Beispiel die Laufbahn 18 ist, die in Richtung der Seite zeigt oder positioniert ist, die näher zu dem Ende 13 ist, bis zu der anderen Laufbahn 18 erstrecken, die bei dem dargestellten Beispiel die Laufbahn 18 ist, die in Richtung der Seite zeigt oder positioniert ist, die näher zu dem Ende 14 ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich zu den vorherigen Eigenschaften das Lagerelement 2 aus einem gehärteten Lagerstahl hergestellt und so ausgewählt, dass es eine Anlasstemperatur ähnlich zu der Gusstemperatur des zweiten Materials hat, mit anderen Worten, des metallischen Materials (Leichtmetall), aus dem der Aufhängungsträger oder -achsschenkel 3 hergestellt ist.
Die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 haben im Wesentlichen drei Funktionen:

◯ Schützen gegen äußere Mittel,
◯ Verhindern des Verlusts, durch Leckage oder Verdampfung, von Schutzfluiden, die auf oder in den Laufbahnen 18 angewendet sind,
◯ Verteilen der Wärme, die von dem Gussmaterial während des Abkühlens auf den Einsatz übertragen wird, der durch das Lagerelement 2 gebildet wird.

Die Konfiguration der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 ist daher derart, dass der Oberflächenbereich in Kontakt mit dem Einsatz, der durch das Lagerelement, oder durch einen Außenring 4 eines Wälzlagers (wie in gestrichelten Linien in 3 gezeigt ist) gebildet ist, maximiert wird, während eine fluiddichte Dichtung bereitgestellt wird.
Eines der Elemente in Kontakt, von den Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 und den Enden 13, 14 und /oder einer radial inneren Seitenfläche 17 des Außenrings 4, an dem die Laufbahnen 18 auch gebildet sind, kann beispielsweise mit Dichtelementen 26 wie beispielsweise nachgiebige Hochtemperaturdichtungen versehen sein, die typischerweise aus Silikonmaterialien hergestellt sind, um eine fluiddichte Dichtung bereitzustellen und den Ausfluss von Schutzfluiden zu verhindern, die an der Innenfläche 17 angebracht sind.
Dies liegt daran, dass die Fläche 17 und insbesondere die Laufbahnen 18 nicht nur vor möglichen Einschlägen oder Verunreinigungen, die schädlichen Auswirkungen auf ihre geometrische Gleichmäßigkeit haben können, sondern auch vor jeglichen anderen Angriffen durch korrosive Mittel abgeschirmt werden müssen, vor dem Hintergrund, dass die Herstellung des kombinierten Lager- 2 und Außenringelements 4, die den Einsatz der Erfindung bilden, wahrscheinlich an einem Ort stattfindet, der verschieden von dem ist, wo das Überformen ausgeführt wird. Das kombinierte Ring- 4 und Lagerelement 2 wird daher mit Schutzelementen, die durch die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 gebildet werden, am Ende der Fertigung, eventuell durch Robotervorrichtungen oder manueller Operationsunterstützungsvorrichtungen (Cobots) aufgrund des Gewichts der zu handhabenden Teile und der hohen Produktionsrate, versehen, um sie beim Transit zum Gussort, den Vorgängen in der Fertigung und bei der Rückkehr zum Endmontageort zu schützen.
Im Hinblick auf die Geometrie der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 kann, da die axialen Lagerkräfte im geschlossenen Zustand auf die Seitenflächen 30 der Enden 13, 14 ausgeübt werden (die in dem nicht limitierenden, dargestellten Beispiel auch die Dichtungen 26 aufnehmen), kein Kontakt mit der Innenfläche 17 durch die Kombination der Bearbeitungstoleranzen des kombinierten Ringeinsatzes 4 und Lagerelements 2 selbst und der Dichtelemente 26 sichergestellt werden. Um eine hohe Wärmeableitung unter allen Umständen zu erreichen, werden die Fläche 17 des kombinierten Ring- 4 und Lagerelements 2 und die Dichtelemente 26 mit einem hochwärmeleitenden Fett oder einer Paste (der Einfachheit halber nicht dargestellt) behandelt/beschichtet. Solche Materialien sind typischerweise aus einer Silikon- oder urethanbasierten Matrix mit hochwärmeleitenden Füllern, wie zum Beispiel Aluminium- oder Zinkoxid, hergestellt. Die Fett- oder Pastenmischung kann verwendet werden, um das Spiel zwischen den Flächen, die nicht in Kontakt sind, aufzunehmen, während sie eine hohe Wärmeübertragung bereitstellen und den gewünschten Effekt erreichen.
Hinsichtlich des Schutzes der Laufbahnen 18 werden diese, wie voranstehend erwähnt, mit einem geeigneten Schutzfluid (der Einfachheit halber nicht dargestellt) beschichtet, das bevorzugt aus niederviskosen dearomatisierten Hydrocarbonlösungsmitteln besteht.
Zusätzlich zu dem Schutzfluid für die Innenfläche 17 und die Laufbahnen 18 ermöglicht die beschriebene Konfiguration der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15, dass die innere Aushöhlung oder das Abteil 16 unter Vakuum gesetzt werden kann, um die Oxidation der Metallflächen zu minimieren.
Für diesen Zweck wird eine der zwei Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 (3) mit einem Prüfventil 27 (das nur schematisch dargestellt ist), mit dem die innere Kammer mit einer Vakuumleitung 28 kommunizieren kann, entweder an dem Ende der Fertigung oder vor dem Überformvorgang versehen. Das Prüfventil 27 ermöglicht, dass das innere Vakuum in allen Schritten der Bearbeitung aufrechterhalten werden kann, die nun beschrieben werden.
Es ist aus der vorangehenden Beschreibung klar, dass die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen des integrierten Moduls 1 für eine Fahrzeugaufhängung betrifft, die ein Lagerelement 2 und einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel 3 aufweist, in dem das Lagerelement 2 ein Außenring 4 eines Wälzlagers ist, der Laufbahnen 18 hat, die, wie bekannt ist, einen hohen Grad von Härte haben und daher gehärtet werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst die folgenden Schritte.
Ein erster Schritt zum maschinellen Bilden des Außenrings 4 eines Wälzlagers in einer fertigen Konfiguration, bei der die jeweiligen Laufbahnen 18 des Wälzelements 2 eine Form und Abmessungen und Oberflächeneigenschaften (Härte und Rauigkeit) haben, die identisch zu den Ausgestaltungseigenschaften sind, die den üblichen Maschinentoleranzen unterworfen sind.
Dieser erste Schritt wird ebenfalls in einer solchen Weise ausgeführt, dass eine radial äußere Seitenfläche 6 des Lagerelements 2 oder des Außenrings 4 ein Interface 7 zum Bilden einer Kopplung hat, die zumindest ein Paar von gegenüberliegenden axialen Schultern 8, 9 und mehrere umfängliche Schultern 10 umfasst, beispielsweise gemäß EP2505381 .
Ein zweiter Schritt zum Dichten jeweiliger gegenüberliegender axialer Enden 13, 14 des Außenrings 4 eines Wälzlagers mit jeweiligen Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 (die in dem nicht limitierenden, dargestellten Beispiel aus einer Art von thermisch hochleitendem „Stopfen“, der mit Dichtungen 26 versehen ist, bestehen), um in einer im Wesentlichen fluiddichten Weise ein inneres Abteil 16 des Außenrings 4 des Wälzlagers abzuschließen, das die Laufbahnen 18 aufnimmt.
Ein dritter Schritt zum Einsetzen des Außenrings 4 eines Wälzlagers, wobei die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 direkt in einer Gussform 23 in einer Weise angebracht werden, die schematisch in 3 gezeigt ist.
Ein vierter Schritt zum radialen Mitformen an der Außenseite des Lagerelements 2 von zumindest dem Teil 5 eines Aufhängungsträgers oder Achsschenkels 3 durch Gießen eines Leichtmetalls in die Gussform 23, um darin das Formkopplungsinterface 7 einzubinden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 aus einem Material, das ein guter Wärmeleiter ist, bevorzugt einem metallischen Material, hergestellt.
Zusätzlich sin die Ausnehmungen 20 dazu eingerichtet, die jeweiligen Schließ- und Dichtvorrichtungen 15, in Kontakt (die den voranstehend beschriebenen Grenzen unterworfen sind) und mit thermischer Kopplung, aufzunehmen, wobei die ersten Enden 21 der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 in die jeweiligen Ausnehmungen 20, bevorzugt über die gesamte Länge der Enden 21 und möglicherweise über die Ausnehmungen 20 hinaus, eingesetzt sind.
Die Ausnehmungen 20 sind auch dazu eingerichtet, sich axial zu einem Punkt in der unmittelbaren Nähe der jeweiligen Laufbahnen 18 des Lagerelements 2 zu erstrecken, und (wie in den gestrichelten Linien in 3 gezeigt ist) die ersten Enden 21 der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 über ihre gesamte axiale Ausdehnung oder möglicherweise darüber hinaus aufzunehmen.
In Kombination mit dem Voranstehenden ist das zweite Ende 22 der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15, das dem ersten Ende 21 gegenüberliegt und eine radiale Amplitude hat, die größer ist als die der Enden 21, dazu ausgelegt, mit einem entsprechenden axialen Ende 13 oder 14 des Außenrings 4 des Wälzlagers gekoppelt zu werden und anzugrenzen.
Folglich sind die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 dazu geeignet, aus den Laufbahnen 80 alle Wärme, die an sie über das Lagerelement 2 während des Schritts des Mitformens des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels 3 durch Gießen übertragen wird, zu entfernen.
Um das Abkühlen der Laufbahnen 18 während das Mitformungsschritts (und während allen anderen Schritten mit Wärmebehandlung T6 des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung, aus der der Träger 3 hergestellt ist) zu verbessern, wird die Gussform 23 mit einem Kühlkreis 24 versehen, der in der Nähe der zweiten Enden 22 von beiden der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 positioniert ist, wobei dieser Kreis während des Mitformungsschritts verwendet wird, um von den Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 die Wärme abzuführen, die durch sie von den Laufbahnen 18 abgeführt wird.
Als Resultat dieser Anordnungen wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung das Lagerelement 2 vor dem Mitformungsschritt zumindest an den Laufbahnen 18 gehärtet und ein Anlassen oder eine spannungsfrei glühende Wärmebehandlung wird, falls notwendig, ebenfalls an dem Lagerelement 2 ausgeführt, um jede innere Spannung zu eliminieren, die durch den Härtungsvorgang zurückgelassen sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden vor dem Einsetzen der Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 in die Ausnehmungen 20 die Laufbahnen 18 mit einer Schutzsubstanz einer bekannten Art, wie beispielsweise niederviskosen dearomatisierten Hydrocarbonlösungsmitteln, gefüllt, um ihre Oxidation oder andere mögliche Oberflächenschäden zu verhindern. Die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 werden dann an den gegenüberliegenden axialen Enden 13, 14 des Außenrings 4 des Lagers verbunden, um alle Dämpfe, die durch die Schutzsubstanz während des Mitformens innerhalb des Lagerelements 4 generiert werden, zurückzuhalten.
Die Schließ- und Dichtvorrichtungen 15 werden verbunden und gegen die gegenüberliegenden axialen Enden 13, 14 des Außenrings 4 des Wälzlagers mittels eines Ziehbolzens 25 (3) gedrückt, der durch das Lagerelement 2 koaxial mit der Achse A axial hindurch geht.
Bei einer Alternative zu dem Voranstehenden oder zusätzlich wird das Lagerelement 2 vor dem Mitformungsschritt zumindest an den Laufbahnen 18 gehärtet, aber ohne jedes Anlassen oder eine spannungsfrei glühende Wärmebehandlung, da der Stahl, aus dem das Lagerelement 2 hergestellt ist, dazu ausgewählt ist, eine Anlass- oder Spannungsentlastungstemperatur in der Nähe der Gusstemperatur des Leichtmetalls, aus der zumindest der Teil 5 des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels 3 hergestellt ist, zu haben.
Daher behalten während des Mitformungsschritts (und/oder allen anderen Schritten mit Wärmebehandlung T6 des Leichtmetalls, aus dem der Träger 3 hergestellt ist) die gehärteten Spuren 18 ihre Härte, während der Außenring 4 des Wälzlagers aufgrund der Wärme, die durch das Material des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels 3 übertragen wird, einer Anlass/spannungsfrei glühenden Wärmebehandlung unterworfen wird, die die inneren Spannungen eliminiert und eine beachtenswerte Beschleunigung des Herstellungsvorgangs bereitstellt, da zwei unterschiedliche und notwendige Schritte gleichzeitig ausgeführt werden.
Als ein Ergebnis der voranstehend beschriebenen Technologien werden alle Nachteile des Stands der Technik eliminiert, während der Herstellungsvorgang ebenfalls vereinfacht und beschleunigt werden kann, was folglich seine Kosten reduziert und ein hochqualitatives monolithisches Produkt (das integrierte Modul 1) erzeugt.
Alle Aufgaben der Erfindung werden daher erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6485188 [0009, 0012]
US 7175349 [0009, 0012]
WO 2018/085430 [0011, 0012]
EP 2505381 [0013, 0026, 0045]

Claims

Integriertes Modul (1) für eine Fahrzeugaufhängung, das ein Lagerelement (2) und einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel (3) aufweist, wobei das Lagerelement (2) ein äußerer Wälzlagerring (4) ist, der aus einem ersten hochstarken Material, wie beispielsweise ein Lagerstahl, hergestellt ist, und wobei zumindest ein Teil (5) des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) aus einem zweiten Material hergestellt ist, das ein Metall ist und leichter ist als das erste Material, das radial an die Außenseite des Lagerelements (2) mitgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination: i)- der zumindest eine Teil (5) des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) direkt mechanisch an einer radial äußeren Seitenfläche (6) des äußeren Wälzlagerrings (4) mittels eines Formkopplungsinterfaces (7) befestigt ist; und ii)- gegenüberliegende axiale Enden (13, 14) des äußeren Wälzlagerrings (4) dazu eingerichtet sind, während des Mitformens von zumindest einem Teil des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) jeweilige Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) aufzunehmen, um ein inneres Abteil (16) des äußeren Wälzlagerrings (4), der mit jeweiligen Laufbahnen (18) des Lagerelements versehen ist, fluiddicht abzuschließen.
Integriertes Modul für eine Fahrzeugaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängungsträger oder -achsschenkel (3) insgesamt über das Lagerelement (2) mitgeformt ist, wobei zumindest ein erstes axiales Ende (13) des äußeren Wälzlagerrings (4), das im Gebrauch der Außenbordseite des Fahrzeugs gegenüberliegt, bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, fluchtend mit einem entsprechenden ersten Ende (19) des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels angeordnet ist.
Integriertes Modul für eine Fahrzeugaufhängung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden axialen Enden (13, 14) des äußeren Wälzlagerrings (4) jeweils eine jeweilige Ausnehmung (20) begrenzen, die dazu eingerichtet ist, in Kontakt oder mit einer thermischen Kopplung ein erstes Ende (21) einer jeweiligen Schließ- und Dichtvorrichtung (15) aufzunehmen, während ein zweites Ende (22) davon, das dem ersten gegenüberliegt, in Angrenzung gegen das jeweilige axiale Ende (13, 14) des äußeren Wälzlagerrings koppelt, wobei jede Ausnehmung (20) sich axial in die unmittelbare Nähe einer jeweiligen Laufbahn (18) des Wälzlagers (2) erstreckt, so dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) Wärme aus den Laufbahnen (18) während des Mitformens des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) über dem Lagerelement (2) abführen kann; wobei die Formkopplung zumindest ein Paar von gegenüberliegenden axialen Schultern (8, 9) und mehrere umfängliche Schultern (10) umfasst, die an der radial äußeren Seitenfläche (6) des äußeren Wälzlagerrings (4) erhalten sind.
Integriertes Modul für eine Fahrzeugaufhängung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (2) aus einem gehärteten Stahl für Lager hergestellt ist und so gewählt ist, um eine Abschrecktemperatur zu haben, die ungefähr die gleiche ist wie die Gusstemperatur des zweiten Materials.
Verfahren zum Erzeugen eines integrierten Moduls (1) für eine Fahrzeugaufhängung, die ein Lagerelement (2) und einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel (3) umfasst, wobei das Lagerelement ein äußerer Wälzlagerring (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist: a)- mechanisches Erzeugen des äußeren Wälzlagerrings (4) in einer fertigen Konfiguration, wobei jeweilige Laufbahnen (18) des Lagerelements Formen, Abmessungen und Oberflächeneigenschaften haben, die identisch zu der Designspezifikation sind, was normale Arbeitstoleranzen erlaubt; und dass eine radial äußere Seitenfläche (6) davon ein Formkopplungsinterface (7) hat, das zumindest ein Paar von gegenüberliegenden axialen Schultern (8, 9) und mehrere umfängliche Schultern (10) umfasst; b)- Abdichten jeweiliger gegenüberliegender axialer Enden (13, 14) des äußeren Wälzlagerrings (4) mit jeweiligen Schließ- und Dichtvorrichtungen (15), um im Wesentlichen ein inneres Abteil (16) des äußeren Wälzlagerrings, das die Laufbahnen (18) aufnimmt, in einer fluiddichten Weise abzuschließen, c)- Einsetzen des äußeren Wälzlagerrings (4) in eine Gussform (23), wobei die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) eingesetzt sind; d)- radiales Mitformen von zumindest einem Teil (5) eines Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) an der Außenseite des Lagerelements (2) durch Gießen einer Leichtmetalllegierung in die Gussform (23), um in ihm das Formkopplungsinterface (7) einzubinden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt sind, und dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) mit einem ersten Ende davon (21) in jeweilige Ausnehmungen (20) des gegenüberliegenden axialen Endes (13, 14) eingesetzt sind, das dazu eingerichtet ist, in Kontakt oder in thermischer Kopplung die jeweiligen Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) aufzunehmen, während ein zweites Ende (22) der Schließ- und Dichtvorrichtungen, das dem ersten Ende gegenüberliegt und das eine größere radiale Breite hat, in Angrenzung gegen ein entsprechendes axiales Ende (13, 14) des äußeren Wälzlagerrings (4) koppelt; wobei die Ausnehmungen (20) sind dazu eingerichtet, sich axial bis zu der unmittelbaren Nähe der jeweiligen Laufbahnen (18) des Lagerelements zu erstrecken und die ersten Enden (21) der Schließ- und Dichtvorrichtungen über ihre axiale Erstreckung hinaus aufzunehmen, so dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) dazu eingerichtet sind, aus den Laufbahnen (18) jegliche Wärme abzuführen, die auf sie während des Mitformungsschritts des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) über das Lagerelement übertragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (23) mit einem Kühlkreis (24) versehen ist, der in der Nähe des zweiten Endes (22) der Dicht- und Schließvorrichtungen (15) angeordnet ist, und der während der Mitformungsphase verwendet wird, um aus den Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) die Wärme abzuführen, die sie aus den Laufbahnen (18) abführen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (18) vor dem Einsetzen der Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) mit einer Schutzsubstanz gefüllt werden, und dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) mit den gegenüberliegenden axialen Enden (13, 14) des Lageraußenrings gekoppelt werden, um jegliche Dämpfe in dem Lagerelement (2) zu halten, die während der Mitformungsphase durch die Schutzsubstanz erzeugt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche aus 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließ- und Dichtvorrichtungen (15) miteinander verbunden sind und mittels eines Zugbolzens (25), der axial durch das Lagerelement kreuzt und hindurchgeht, gegen die gegenüberliegenden axialen Enden (13, 14) des Wälzlageraußenrings (4) gedrückt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (2) vor der Mitformungsphase zumindest an den Laufbahnen (18) gehärtet wird, ohne dass eine thermische Behandlung eines Anlassens oder spannungsfrei Glühens ausgeführt wird, und dass der Stahl des Lagerelements (2) so ausgewählt wird, eine Anlasstemperatur oder eine Temperatur zum spannungsfrei Glühen aufzuweisen, die bei der Gusstemperatur der Leichtmetalllegierung liegt, mit der zumindest ein Teil des Aufhängungsträgers oder -achsschenkels (3) erzeugt wird.