DE10323447A1

DE10323447A1 - Radlagervorrichtung

Info

Publication number: DE10323447A1
Application number: DE10323447A
Authority: DE
Inventors: Eiji Iwata Tajima
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-01-15
Also published as: CN1473718A; US6969201B2; JP2004028143A; US20040252926A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung, die kostengünstig ist und eine hohe Lebensdauer aufweist. Ein äußeres Gelenkteil eines Gleichlaufgelenks ist an einem Innenumfang einer Radnabe befestigt, und das äußere Gelenkteil und die Radnabe sind durch plastische Verformung radial nach außen über ein Schaftteil des äußeren Gelenkteils miteinander verbunden. Das äußere Gelenkteil besteht aus einem Stahlmaterial, das hauptsächlich Eisen, 0,5 bis 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Silizium, 0,6 bis 1,0 Gew.-% Mangan und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung für Fahrzeuge wie z. B. Autos.
Stand der Technik
Im allgemeinen sind Radlagervorrichtungen für Anwendungen mit Antriebsrädern oder für angetriebene Räder klassifiziert. Eine Radlagervorrichtung für Antriebsräder umfasst im allgemeinen eine Radnabe und ein zweireihiges Lager oder eine Einheit bestehend aus einer Radnabe, einem Lager und einem Gleichlaufgelenk.

Eine der bekannten Radlagervorrichtungen weist eine Konstruktion auf, bei der einer der doppelten inneren Laufringe des Lagers an einem Außenumfang der Radnabe ausgebildet ist, während der andere an einem Außenumfang eines äußeren Gelenkteils des Gleichlaufgelenks ausgebildet ist. Bei dieser Art von Lagervorrichtung müssen Radnabe und Gleichlaufgelenk miteinander verbunden sein, um eine relative Positionierung der beiden inneren Laufringe zu erreichen und um eine gewisse, an der Innenseite des Lagers anliegende Vorbelastung aufrecht erhalten zu können. Hierfür ist eine neue Verbindungsart mittels Gesenkschmieden entwickelt worden, wie sie z.B. in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2001-18605 gezeigt wird, die als vorteilhaft im Hinblick auf die effektive Nutzung von axialem Raum des Lagers und eine Erhöhung der Festigkeit der Verbindung betrachtet werden kann. Durch dieses Verfahren wird ein Teil des Schafts des äußeren Gelenkteils durch plastische Verformung radial so nach außen verformt, dass es mit im Innenumfang der Radnabe ausgebildeten Unregelmäßigkeiten fest verbunden werden kann.

Für ein derartiges Gesenkschmieden muss der Teil des Schafts, der verformt wird, eine geringere Härte aufweisen, damit eine gute Bearbeitbarkeit während des Gesenkschmiedens erreicht und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit gewährleistet werden kann. Andererseits müssen einige Teile des äußeren Gelenkteils, wie z.B. Stege bzw. Bereiche, die Dichtungslippen und inneren Laufringe an der Außenumfangsfläche berühren, sowie in der Innenumfangsfläche des äußeren Gelenkteils ausgebildete Spurrillen eine hohe Härte aufweisen, um so eine Dauerfestigkeit gewährleisten zu können.

Somit sind bei dem vorgenannten durch Gesenkschmieden konstruierten äußeren Gelenkteil Bereiche hoher Härte und Bereiche geringer Härte erforderlich. Die Herstellung eines Teils mit unterschiedlichen Härtebereichen macht jedoch komplizierte Herstellungsprozesse erforderlich, was wiederum zu höheren Kosten führt. Wird zum Beispiel einsatzgehärteter Stahl wie SCM420 oder dergleichen als Grundmaterial für das äußere Gelenkteil verwendet, kann seine Härte durch einsatzhärtende Vergütung nach dem Schmieden des Stahls in die Form des äußeren Gelenkteils erhöht werden. In diesem Fall muss der Schaftteil entkarbonisiert und nach dem Aushärten vergütet werden, um so seine Härte erhöhen zu können; die Kosten hierfür sind entsprechend hoch.

Kohlenstoffreicher Chrom-Hartstahl für Lager wie z.B. SUJ2 oder dergleichen kann auch zu Gunsten einer längeren Rollfähigkeit verwendet werden, es ist jedoch aufgrund der hohen Materialhärte sogar vor der Wärmebehandlung schwierig, den Schaftteil glatt radial nach außen hin zu verformen. Zudem ist kohlenstoffreicher Chrom-Hartstahl für Lager hoher Härte als Grundmaterial für äußere Gelenkteile nicht geeignet, da diese meistens geschmiedet werden.

Ferner enthalten beide vorstehend genannten Lagerstahlarten teure Elemente, wie z.B. Chrom und Molybdän, und durch die hohen Kosten für das eigentliche Stahlmaterial erhöhen sich die Gesamtkosten für das Radlager.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Radlagervorrichtung zu schaffen, die zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann und eine gute Gesenkschmiedefähigkeit und eine hohe Verbindungsfestigkeit aufweist.

Eine erfindungsgemäße Radlagervorrichtung umfasst ein Außenteil, das an einem Innenumfang doppelte äußere Laufringe aufweist, ein Innenteil, das eine Nabe mit einem Flansch aufweist, an dem ein Rad befestigt wird, sowie ein Verbindungsstück, das an einem Innen- oder Außenumfang der Radnabe befestigt ist, wobei das Innenteil an einem Außenumfang doppelte innere Laufringe aufweist, und wobei zwei Reihen von Rollelementen zwischen den inneren und den äußeren Laufringen angeordnet sind. Entweder die Radnabe oder das innen angeordnete Verbindungsstück ist durch plastische Verformung radial so nach außen verformt, dass die Radnabe und das Verbindungsstück miteinander verbunden sind.

Bei dieser Ausführungsform der Radlagervorrichtung besteht zumindest entweder die Radnabe oder das Verbindungsstück aus einem Stahl, der aus Eisen, 0,5 bis 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, 0,1 bis 1,5 Gew.- % Silizium, 0,6 bis 1,0 Gew.-Mangan und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

Da dieser Stahl einen mittleren Kohlenstoffgehalt aufweist, ist seine Materialhärte vor der Wärmebehandlung geringer als z.B. kohlenstoffreicher Chrom-Hartstahl. Aus diesem Grund ist es möglich, Bereiche, die keiner Wärmebehandlung ausgesetzt werden, plastisch zu verformen, und darüber hinaus ist auch eine gute plastische Verformbarkeit gegeben. Eine Wärmebehandlung kann durch Induktionshärten erfolgen, wofür keine Vergütungs- oder Entkohlungsvorgänge erforderlich sind, wodurch rollende oder gleitende Bereiche gehärtet werden, so dass sie eine hohe Dauerfestigkeit aufweisen.

Da das Stahlmaterial darüber hinaus keine teuren Elemente wie z.B. Chrom oder Molybdän enthält, ist das Grundmaterial selbst nicht teuer, so dass die Gesamtkosten für das Lager reduziert werden konnten.

Vorzugsweise enthält der Stahl Silizium in einer Größenordnung von 0,6 bis 1,2 Gew.- %.

Vorzugsweise kann der Stahl eine Austenit-Korngrößennummer von 3 oder höher aufweisen, um die Dauerfestigkeit der Bereiche, die keiner Wärmebehandlung ausgesetzt worden sind, zu erhöhen, wodurch sich die Lebensdauer der Bestandteile erhöht.

Entweder die Radnabe oder das innen angeordnete äußere Gelenkteil, wird zur leichten plastischen Verformbarkeit keiner Wärmebehandlung ausgesetzt. Dadurch wird die Verformbarkeit der plastisch zu verformenden Bereiche erhöht und die Möglichkeit der Bearbeitung in diesen Bereichen und die Verbindungsfestigkeit aufgrund dieser hohen Verformbarkeit verbessert.

Die Verbindungsfestigkeit kann weiter erhöht werden, indem die Außenumfangsfläche des jeweils innen befindlichen Teils, d.h. Radnabe oder äußeres Gelenkteil, das einer plastischen Verformung ausgesetzt ist, mit wärmebehandelten bzw. ausgehärteten Unregelmäßigkeiten an der gegenüberliegenden Fläche in Eingriff gehen.

Bei einer Ausführungsform einer derartigen Radlagervorrichtung kann das Verbindungsstück ein äußeres Gelenkteil eines Gleichlaufgelenks sein. In diesem Fall ist entweder die Radnabe oder das äußere Gelenkteil innen angeordnet. Wie auch immer, die doppelten inneren Laufringe können am Außenumfang der Radnabe und des äußeren Gelenkteils ausgebildet sein (siehe 1).

Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Verbindungsstück ein an der Radnabe befestigter Innenring sein. In diesem Fall können die doppelten inneren Laufringe am Außenumfang der Radnabe und des Innenrings (siehe 2) bzw. an Außenflächen von zwei Innenringen ausgebildet sein, die am Außenumfang der Radnabe befestigt sind (siehe 3).

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4 ist eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 4 beschrieben.
1 zeigt eine Radlagervorrichtung für ein Antriebsrad gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Radlagervorrichtung ist eine Einheit, die aus einer Radnabe 10, einem Lager 20 und einem Gleichlaufgelenk 40 besteht. Die Begriffe „Außenseite" und „Innenseite" der folgenden Beschreibung beziehen sich auf die Außenseite und die Innenseite des in ein Fahrzeug eingebauten Lagers und entsprechen in der Zeichnung jeweils der linken und der rechten Seite.
Die Radnabe 10 ist ein Hohlkörper, durch dessen Mittelpunkt eine Axialbohrung verläuft. An einem Ende der Radnabe 10 befindet sich an der Außenseite ein Flansch 14, an dem ein (nicht dargestelltes) Rad montiert werden kann. Radnabenbolzen 15 sind in gleichmäßigen Abständen in den Umfang des Flansches 14 zur festen Befestigung einer Radscheibe eingesetzt. An einer Außenumfangsfläche der Radnabe 10 ist an der Innenseite relativ zum Flansch 14 ein innerer Laufring 27 an der Außenseite ausgebildet.
Das Gleichlaufgelenk 40 überträgt Drehkraft von der Antriebswelle über sein inneres Gelenkteil und Drehmomentübertragungskugeln (beide nicht dargestellt) an sein äußeres Gelenkteil 41. Mehrere Spurrillen 41a sind im Innenumfang des äußeren Gelenkteils 41 ausgebildet und bilden im Außenumfang des inneren Gelenkteils, zusammen mit mehreren entsprechenden Spurrillen, mehrere Kugellaufrillen. In diesen Kugellaufrillen befinden sich Drehmomentübertragungskugeln, die durch einen (nicht dargestellten) Käfig in der gleichen Ebene gehalten sind.
Das äußere Gelenkteil 41 ist ein Verbindungselement, das am Innenumfang der Radnabe 10 befestigt ist und einen Schaftteil 45 und ein Mündstück 46 in einem Stück umfasst. Der Schaftteil 45 ist in den Innenumfang der Radnabe 10 eingepasst, bis die Schulter 47 des Mündstücks 46 an die innere Endfläche der Radnabe 10 stößt, wodurch eine relative Positionierung der Radnabe 10 und des äußeren Gelenkteils 41 in axialer Richtung erreicht ist. Diese Anstoßstelle definiert auch den Abstand zwischen zwei inneren Laufringen 27 und 28. Der innere Laufring 28 an der Innenseite ist an einer äußeren Umfangsfläche des Mündstücks 46 nahe der Schulter 47 ausgebildet. Der Schaftteil 45 ist röhrenförmig und weist eine axiale Öffnung 48 auf, die mit dem Boden des tassenförmigen Mundstücks 46 in Verbindung steht.
Das äußere Gelenkteil 41 wird durch Schmieden gebildet, wonach es zum Teil einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Die gepunkteten Bereiche in 1 sind diejenigen, die durch Wärmebehandlung gehärtet worden sind: der die Schulter 27 umgebende Bereich, der an der Innenseite befindliche innere Laufring 28, und eine Dichtungszunge, mit der eine Dichtungslippe einer Dichtung 26 in Gleitkontakt steht; und der Bereich innerhalb des Mundstücks 46, der die Spurrillen 41a bedeckt, in denen die Drehmomentübertragungskugeln rollen. Beide sind auf HRC 58 oder mehr gehärtet. Für eine Wärmebehandlung ist Induktionshärten am besten geeignet, da es lokale Wärmezufuhr und freie Auswahl der Härtungsschichttiefe ermöglicht, während die nicht-gehärteten Teile des Grundmaterials einer geringen Wärmeeinwirkung ausgesetzt sind.
Weitere Teile einschließlich des gesenkgeschmiedeten Teils 34 des Schaftteils 45, der durch plastische Verformung mittels Gesenkschmieden radial nach außen verformt worden ist, was noch zu einem späteren Zeitpunkt erläutert wird, werden nach dem Schmieden nicht durch Wärmebehandlung gehärtet. Von diesen nicht mittels Wärme behandelten Teilen sollte das gesenkgeschmiedete Teil 34 vorzugsweise im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit während des Gesenkschmiedens eine möglichst geringe Härte aufweisen, so dass eine Verschlechterung der Dauerfestigkeit verhindert werden kann. Somit ist der bevorzugte Härtebereich für den gesenkgeschmiedeten Teil 34 HRC 13 bis 28, vorzugsweise HRC 18 bis 25.
Das Lager 20 umfasst ein Außenteil 21 und zwei Reihen von Rollelementen 22. Der Außenteil 21 umfasst einen Flansch 23 zur Befestigung an einer (nicht dargestellten) Fahrzeugkarosserie und ist an einer inneren Umfangsfläche mit doppelten äußeren Laufringen 24 versehen, auf denen die zwei Reihen von Rollelementen 22 laufen. Die zwei Reihen von Rollelementen 22 befinden sich zwischen den inneren Laufringen 27, 28 an der Radnabe 10 und dem äußerem Gelenkteil 41 und den doppelten äußeren Laufringen 24 am Außenteil 21. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel ein doppeltes winkelförmiges Kugellager dargestellt ist, bei dem die Rollelemente 22 Kugeln sind, ist festzustellen, dass bei Radlagervorrichtungen für Schwer-Kraftfahrzeuge oftmals doppelt angewinkelte Kegelrollenlager verwendet werden, die in dem Fall Kegelrollen sind. Dichtungen 25, 26 befinden sich an jedem offenen Ende des Außenteils 21, um ein Austreten von im Lager befindlichem Schmiermittel und ein Eindringen von Wasser oder Fremdsubstanzen von außen verhindern zu können.
Die am Innenumfang der Radnabe 10 ausgebildete Passfläche 16 weist gegenüber dem gesenkgeschmiedeten Teil 34 des äußeren Gelenkteils 41 Unregelmäßigkeiten 31 auf. Im allgemeinen weist die Fläche 16 im Gegensatz zu dem Unregelmäßigkeiten 31 aufweisenden Bereich eine glatte, zylindrische Fläche auf, die einen festen Kontakt mit der zylindrischen äußeren Umfangsfläche des Schaftteils 45 herstellt. Diese Unregelmäßigkeiten 31 können verschiedene Formen aufweisen, wie z.B. Gewinde, Verzahnungen einschließlich Keilverzahnungen sowie rautenförmige Rändelungen, bei denen sich mehrere Rillenreihen miteinander kreuzen. Diese Unregelmäßigkeiten 31 werden dann durch Wärmebehandlung gehärtet, um HRC 58-Standard oder einen besseren zu erreichen.
Die Radnabe 10 weist eine zum Teil gehärtete Schicht auf, die nicht nur genau im Bereich oberhalb der Unregelmäßigkeiten 31 im Innenumfang, sondern auch in einem Bereich am Außenumfang, der den Dichtungssteg der Dichtung 25 über dem inneren Laufring 27 bis hin zu der Endfläche an der Innenseite bedeckt, wie durch das Punktmuster in 1 dargestellt. Aus den gleichen Gründen wie vorstehend genannt sollte die Wärmebehandlung vorzugsweise durch Induktionshärten erfolgen. Wenn diese gehärteten Schichten nicht miteinander verbunden sind, wie in der Zeichnung dargestellt, können dadurch Vergütungsrisse in der Radnabe 10 vermieden werden.
Die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 sind plastisch durch Gesenkschmieden miteinander verbunden. Das heißt, nachdem der Schaftteil 45 des äußeren Gelenkteils 41 in den Innenumfang der Radnabe 10 eingepasst worden ist, wird der gesenkgeschmiedete Teil 34 des Schaftteils 45 plastisch radial nach außen verformt, wodurch bewirkt wird, dass die Unregelmäßigkeiten 31 in den Außenumfang des gesenkgeschmiedeten Teils 34 eingreifen, wodurch die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 plastisch miteinander verbunden sind. Diese Verbindung bestimmt den Abstand zwischen den beiden inneren Laufringen 27 und 28 und übt eine vorab eingestellte Vorbelastung innerhalb des Lagers 20 aus. Die plastisch miteinander verbundene Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 bilden miteinander ein Innenteil 29, das an den Außenumfängen die beiden inneren Laufringe 27 und 28 aufweist.
Die Unregelmäßigkeiten 31 geben dem durch das Gesenkschmieden ausgeübten Druck kaum nach, da sie, wie vorstehend erwähnt, einen hohen Härtegrad aufweisen. Andererseits weist der gesenkgeschmiedete Teil 34 eine geringere Härte auf als die Unregelmäßigkeiten 31 sowie eine hohe Verformbarkeit. Zum Gesenkschmieden kann er daher mit einem größeren Rand geformt sein, ohne dass sich dadurch die Gefahr von Schmiederissen im Schaftteil 45 erhöht. Folglich greifen die Unregelmäßigkeiten 31 durch das Gesenkschmieden tief in den gesenkgeschmiedeten Bereich 34 ein, wodurch eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen der Radnabe 10 und dem äußeren Gelenkteil 41 gewährleistet ist.
Der Gesenkschmiedevorgang erfolgt unter Verwendung eines Schmiedestempels, der in die Öffnung 48 innerhalb des Schaftteils 45 des äußeren Gelenkteils 41 eingeführt wird. Das heißt, nachdem der Schaftteil 45 des äußeren Gelenkteils 41 in den Innenumfang der Radnabe 10 eingepasst worden ist, wird ein Schmiedestempel mit einem größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Öffnung 48 in die Öffnung 48 eingepresst, wodurch der gesenkgeschmiedete Teil 34 des Schaftteils 45 radial nach außen verformt wird.
Das äußere Gelenkteil 41 sollte vorzugsweise aus einem Stahl (im folgenden „Spezialstahl" genannt) bestehen, der hauptsächlich aus Eisen und Legierungselementen wie z.B. Kohlenstoff in einer Größenordnung von 0,5 bis 0,7 Gew.-%, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Silizium und 0,6 bis 1,0 Gew.-% Mangan sowie anderen unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Silizium sollte vorzugsweise in einer Größenordnung von 0,6 bis 1,2 Gew.-% enthalten sein.
Kohlenstoff sollte in einer Größenordnung zwischen 0,5 und 0,7 Gew.-% vorhanden sein, und zwar aus folgenden Gründen: Bekanntermaßen sind wenigstens 0,5 Gew.-% oder mehr an Kohlenstoff erforderlich, um zumindest einen bestimmten Härtegrad durch Induktionshärten erreichen und eine bestimmte Dauer der Rollfähigkeit des Lagers bei hoher Belastung unter der Voraussetzung sicherstellen zu können, dass der Stahl einen bestimmten Anteil an Silizium und Mangan aufweist. In Anbetracht dessen sollte Kohlenstoff in einer Größenordnung von mindestens 0,5% oder mehr vorhanden sein. Da Kohlenstoff bzw. Karbid zu einer stabilen Härte beiträgt, wenn es in einer Größenordnung von mehr als 0,7% vorhanden ist, kann das Material zu hart werden, so dass seine Bearbeitbarkeit abnimmt. Darüber hinaus muss der Stahl weiteren teuren Wärmebehandlungsverfahren ausgesetzt werden, wie z.B. Hochtemperatur-Diffusionsbehandlung oder Durchwärmung, um eine Trennung der einzelnen Komponenten zu verhindern und Bearbeitungsschritte, welche die Karbidpartikel in Kugelformen bringen, zu ermöglichen. Angesichts der hohen Kosten für derartige Verfahren sollte Kohlenstoff nicht über 0,7% vorhanden sein.
Silizium ist als ein Element bekannt, welches das Grundmaterial verstärkt und die Rollfähigkeit verlängert. Es unterdrückt ferner ein Erweichen unter hohen Temperaturen und zögert strukturelle Veränderungen und das Entstehen von Rissen aufgrund wiederholter schwerer Belastungen hinaus. Somit sollte Silizium in einer Größenordnung von 0,6 oder mehr enthalten sein. Da eine erhöhte Siliziummenge nicht zu einer verstärkten Härte des Grundmaterials führt, wie dies bei Mangan der Fall ist, was zu einem späteren Zeitpunkt noch erläutert wird, kann sowohl die Kalt- als auch die Warmverformbarkeit abnehmen. Folglich sollte Silizium in einer Größenordnung vorhanden sein, die 1,2% nicht übersteigt.
Mangan verbessert die Vergütungseigenschaften von Stahl. Darüber hinaus wird durch eine feste Manganlösung im Stahl der Stahl verstärkt und die Menge an Abschreckaustenit erhöht, was eine Verlängerung der Rollfähigkeit bewirkt. Ähnlich wie Silizium verstärkt Mangan nicht nur das Grundmaterial, sondern ist im Karbid enthalten, wodurch dessen Härte erhöht wird. Da es zur Verstärkung der Materialhärte beiträgt, führt zu viel Mangan somit zu einer geringeren Verformbarkeit und maschinellen Verarbeitbarkeit. Angesichts dessen sollte Mangan in einer Größenordnung von 0,6 bis 1,0% enthalten sein.
Sobald das Lager 20 Belastungen ausgesetzt wird und anfängt zu rollen, wird es selbst bei normaler Benutzung wiederholt Belastungen ausgesetzt und aufgrund von Ermüdungserscheinungen der Rollelemente können Schäden wie z.B. Splitter auf den Laufflächen auftreten. Die Gesamtanzahl von Umdrehungen, der 90% einer Gruppe von offensichtlich identischen Lagern, die unter gleichen Bedingungen gelaufen sind, ohne Schäden aufgrund Ermüdungserscheinungen der Rollelemente zu entsprechen bzw. diese zu übersteigen, wird „Grundleistungs-Lebensdauer (L₁₀) von Lagern" genannt. Lager in Radlagervorrichtungen sollen im allgemeinen einen L₁₀-Wert von 5000 × 10⁴ oder mehr im Hinblick auf ihre Funktion aufweisen.
Da die Laufflächen 28 und die Spurrillen 41a des äußeren Gelenkteils 41 nicht nur Rollbewegungen, sondern auch Gleitbewegungen erfahren, sind sie anfällig für Risse in der Oberfläche. Diese Bereiche werden mittels Induktionshärten gehärtet, um dieses Problem, wie vorstehend bereits erwähnt, vermeiden zu können; zur Vermeidung von Oberflächenrissen reicht dies u.U. jedoch nicht aus. Angesichts dessen ist der untere Grenzwert ΔK_th des Belastungszunahmekoeffizienten relativ zum Fortschreiten der Spannungsermüdungsrisse in Berei chen, die einer Induktionshärtung ausgesetzt worden sind, vorzugsweise auf 6,2 MPa√m oder mehr festzusetzen. Stahl, der dieser Bedingung entspricht, weist einen höheren Widerstand gegen Entstehen und Fortschreiten von Ermüdungsrissen aufgrund wiederholter Zugspannung auf, wodurch Oberflächenrisse auf Gleitflächen nicht entstehen bzw. gefördert werden, selbst wenn die Flächen einer wiederholten Zugspannung aufgrund von Gleitbewegungen zusätzlich zu Rollbewegungen ausgesetzt sind, wodurch die Gesamtlebensdauer des äußeren Gelenkteils 41 verlängert wird.
Als Spezialstahl kann Stahl mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt verwendet werden, z.B. S53C Kohlenstoffstahl für mechanische Strukturen, wie er durch die japanische Industrienorm spezifiziert worden ist, der 0,5 bis 0,6 % Kohlenstoff, 0,1 bis 0,4% Silizium und 0,6 bis 1,0% Mangan aufweist, bzw. Kohlenstoffstahl der 0,5 bis 0,6% Kohlenstoff, 0,7 bis 0,9% Silizium und 0,6 bis 1,0 Mangan aufweist. Letzterer weist in den nicht wärmebehandelten Bereichen eine höhere Dauerfestigkeit als der erstere auf, da er mehr Silizium enthält.
Jeder der vorstehend genannten Spezialstahlarten zur Bildung des äußeren Gelenkteils 41, weist in seinen nicht-wärmebehandelten Bereichen eine geringere Härte und eine bessere Bearbeitbarkeit auf als ein Chromlagerstahl wie z.B. SUJ2 mit hohem Kohlenstoffgehalt. Daher verläuft der gesenkgeschmiedete Bereich 34 aufgrund plastischer Verformung leicht radial nach außen. Gesenkschmieden ist leicht durchzuführen und bewirkt eine zuverlässige Festigkeit der Verbindung. Da eine Vergütung durch Induktionshärten erreicht werden kann, sind lästige Verfahren wie z.B. Vergüten bei Tauchabschreckung eines Chromlagerstahls mit hohem Kohlenstoffgehalt oder Entkohlung bei der Aufkohlung von Einsatzstahl nicht erforderlich, wodurch sich die Kosten verringern.
Ferner enthalten die vorstehend genannten Spezialstahlarten keine teuren Elemente wie z.B. Chrom oder Molybdän, so dass die Materialkosten an sich niedrig sind, was ebenfalls zu einer Kostenreduzierung führt.
Obwohl sich die vorgenannte Ausführungsform auf ein Beispiel bezieht, bei dem das äußere Gelenkteil 41 aus dem Spezialstahl besteht, kann die Radnabe 10 auch aus einer der vorgenannten Spezialstahlarten bestehen. Die Radnabe 10 muss in den Bereichen um die Bolzenlöcher herum eine geringere Härte aufweisen, so dass sich Rändelungen an den Radnabenbolzen 15 damit fest verbinden können, wenn die Bolzen 15 in das Bolzenloch gepresst werden, um eine Drehung des Bolzens 15 zu verhindern. Eine Herstellung der Radnabe 10 aus dem Spezialstahl mit Teilhärtung, wie beim Induktionshärten erforderlich, kann zur Kostenreduzierung beitragen, da ein Vergütungs- und/oder Entkohlungsverfahren nicht notwendig ist.
Aus den gleichen Gründen kann das Außenteil 21 ebenfalls aus dem Spezialstahl bestehen. In diesem Fall kann eine gehärtete Schicht mittels Induktionshärten in einem Bereich entstehen, die die beiden äußeren Laufringe 24 verbindet und bedeckt, wie durch das Punktmuster in 1 dargestellt.
Wenn sowohl das äußere Gelenkteil 41, die Radnabe 10 und das Außenteil 21 aus dem Spezialstahl bestehen, kann es sein, dass einige der nicht mit Wärme behandelten Teile, die etwas weicher sind, wie z.B. die Bereiche A–C der Flansche 14, 23 und verschiedene Bereiche D–F an der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkteils 41, ungenügende Dauerfestigkeit aufweisen, so dass diese weicheren Teile vorzugsweise durch Wärmebehandlung gehärtet werden sollten. Dieses Problem kann jedoch überwunden werden, indem einer der vorgenannten Spezialstahle verwendet wird, der eine Austenitkorngrößennummer von 3 oder höher aufweist. Spezialstahl von einer Korngrößennummer von 3 oder höher weist wegen der kleinen Kristallkorngröße selbst in den nicht-wärmebehandelten Bereichen eine hohe Dauerfestigkeit auf. Die vorgenannten Bereiche A–F müssen dann keiner Wärmebehandlung ausgesetzt werden, wodurch eine weitere Kostenreduzierung erreicht wird. Zur genauen Messung der Austenitkorngröße kann das Wärmebehandlungs-Korngrößentestverfahren gemäß JIS G 0551 oder das Bechet-Beaujard-Verfahren erforderlich sein. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein einfacheres Messverfahren angewendet worden: hochglanzpolierte Probenquerschnitte wurden mit einer 5%igen Lösung aus Salpetersäure in Alkohol geätzt, um die Ferrit-Perlit-Struktur sichtbar zu machen, und die Größe der Knollen der Perlit-Struktur, die von primär abgesetztem Ferrit, das von Austenitkörnern herrührt, umgeben ist, wurde durch ein Mikroskop als Austenit-Kristallkorn gemessen.
1 zeigt ein Beispiel, bei dem die Radnabe 10 außerhalb und das äußere Gelenkteil 41 innerhalb des gesenkgeschmiedeten Bereichs angeordnet ist. Diese Anordnung kann umgekehrt werden, wie in 4 dargestellt, wobei die Radnabe 10 innen mit dem gesenkgeschmiedeten Teil 34 ausgebildet und das äußere Gelenkteil 41 am Außenumfang des gesenkgeschmiedeten Bereichs befestigt ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben, wobei andere Radlagertypen verwendet worden sind. Jene Teile, die mit den in 1 gezeigten übereinstimmen, weisen gleiche Bezugsziffern auf und werden daher nicht nochmals beschrieben.
2 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Innenteil 29 aus einer Radnabe 10 und einem Innenring 35 besteht, der am Außenumfang der Radnabe 10 befestigt ist. Der innere Laufring 27 an der Außenseite ist an einem Außenumfang der Radnabe 10 und der innere Laufring 28 an der Innenseite ist an einem Außenumfang des Innenrings 35 ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform ist der Innenring 35 fest an einem Außenumfang eines zylindrischen Bereichs 19 mit kleinem Durchmesser am Ende der Innenseite der Radnabe 10 eingepasst. Das äußere Gelenkteil 41 ist am Innenumfang der Radnabe 10 befestigt und damit über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 37 wie z.B. Keilverzahnungen oder dergleichen mit einem Ring 38 verbunden, um mit der Radnabe 10 eine feste Verbindung einzugehen. Die Endfläche an der Innenseite des Innenrings 35 stößt an der Schulter 42 des äußeren Gelenkteils 41 an, und die Endfläche an der Außenseite stößt an der Schulter 18 der Radnabe 10 an.
Bei dieser Ausführungsform ist der gesenkgeschmiedete Teil 34 im zylindrischen Abschnitt 19 mit kleinem Durchmesser der Radnabe 10 ausgebildet, und die gehärteten Unregelmäßigkeiten 31 sind im Innenumfang des Innenrings 35 in dem Bereich ausgebildet, der in 2 durch Kreuzchen gezeigt ist. Der gesenkgeschmiedete Teil 34 der Radnabe 10 wird keiner Wärmebehandlung ausgesetzt und ist durch plastische Verformung radial nach außen verformt, so dass sich der Außenumfang des zylindrischen Bereichs 19 mit kleinem Durchmesser fest mit den Unregelmäßigkeiten 31 am Innenring 35 verbindet, wodurch die Radnabe 10 und der Innenring 35 plastisch miteinander verbunden werden. In diesem Fall stellt der Innenring 35 ein Passelement dar, das am Außenumfang der Radnabe 10 eingepasst ist.
Bei dieser Ausführungsform können die Radnabe 10, der Innenring 35, das Außenteil 21 und das äußere Gelenkteil 41 ebenfalls einzeln oder mehrere von ihnen aus dem vorstehend genannten Spezialstahl bestehen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Innenteil 29 eine Radnabe 10 aufweist, und sowohl ein erster Innenring 51 als auch ein zweiter Innenring 52 am Außenumfang der Radnabe 10 befestigt sind. Die inneren Laufringe 27 und 28 des Innenteils 29 sind jeweils an Außenumfängen der Innenringe 51 und 52 vorgesehen. Ein nicht dargestelltes äußeres Gelenkteil ist am Innenumfang der Radnabe 10 befestigt und wirksam für eine Drehmomentübertragung damit verbunden.
Der erste Innenring 51 an der Innenseite weist an einem Ende der Innenseite eine axiale Verlängerung 53 auf, die im Innenumfang mit wärmebehandelten bzw. gehärteten Unregelmäßigkeiten 31 ausgebildet ist. Der gesenkgeschmiedete Teil 34 ist an einem Ende an der Innenseite der Radnabe 10 vorgesehen und keiner Wärmebehandlung ausgesetzt worden, so dass er durch plastische Verformung radial nach außen verformt ist und sich fest mit den Unregelmäßigkeiten 31 verbindet, wodurch die Radnabe 10 und der Innenring 51 plastisch miteinander verbunden werden. In diesem Fall stellen die Innenringe 51 und 52 ein Passelement dar, das mit dem Außenumfang der Radnabe 10 verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform können die Radnabe 10, der Innenring 35, der zweite Innenring 52, das Außenteil 21 und das äußere Gelenkteil ebenfalls einzeln oder mehrere von ihnen aus dem vorstehend genannten Spezialstahl bestehen.
Obwohl die 2 und 3 Beispiele von Antriebsradlagervorrichtungen mit der Radnabe 10, dem Lager 20 und dem äußeren Gelenkteil als eine Einheit zeigen, kann die erfindungsgemäße Radlagervorrichtung auch bei einem getriebenen Rad Anwendung finden, das kein äußeres Gelenkteil, sondern nur eine Radnabe und ein Lager umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Stahlteile, die sowohl wärmebehandelte als auch nicht-wärmebehandelte Bereiche aufweisen, zu geringen Kosten hergestellt und gute Bearbeitbarkeit für plastische Verformung von nicht-wärmebehandelten Bereichen gewährleistet werden. Somit können kostengünstige Radlagervorrichtungen mit hoher Lebensdauer geschaffen werden.

Claims

Radlagervorrichtung, mit: einem Außenteil, das an einem Innenumfang doppelte äußere Laufringe aufweist; einem Innenteil, das eine Nabe mit einem Flansch aufweist, an dem ein Rad befestigt wird, sowie ein Verbindungsstück, das an einem Innen- oder Außenumfang der Radnabe befestigt ist, wobei das Innenteil an einem Außenumfang doppelte innere Laufringe aufweist, wobei entweder die Radnabe oder das innen angeordnete Verbindungsstück durch plastische Verformung radial nach außen verformt ist, so dass die Radnabe und das Verbindungsstück miteinander verbunden sind; und mit zwei Reihen von Rollelementen, die zwischen den äußeren und den inneren Laufringen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest entweder die Radnabe oder das Verbindungsstück aus einem Stahl besteht, der aus Eisen, 0,5 bis 0,7 Gew.- % Kohlenstoff, 0,1 bis 1,5 Gew.- % Silizium, 0,6 bis 1,0 Gew.-Mangan sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Radlagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlmaterial Silizium in einer Menge von 0,6 bis 1,2 Gew.- % enthält.
Radlagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlmaterial eine Austenit-Korngrößennummer von 3 oder höher aufweist.
Radlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Verbindungsstück ein äußeres Gelenkteil eines Gleichlaufgelenks ist, und dass die doppelten inneren Laufringe an Außenumfängen der Radnabe und des äußeren Gelenkteils ausgebildet sind.
Radlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück ein Innenring ist, der am Außenumfang der Radnabe befestigt ist.
Radlagervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelten inneren Laufringe an Außenumfängen der Radnabe und des Innenrings ausgebildet sind.
Radlagervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelten inneren Laufringe an Außenumfängen von zwei Innenringen ausgebildet sind, die am Außenumfang der Radnabe befestigt sind.