-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Radlagervorrichtung für
die Lagerung von Rädern,
z.B. bei einem Kraftfahrzeug.
-
Stand der Technik
-
Im allgemeinen sind Radlagervorrichtungen für Anwendungen
mit Antriebsrädern
oder für
angetriebene Räder
klassifiziert. Eine Radlagervorrichtung für Antriebsräder zum Beispiel umfasst eine Radnabe
und ein zweireihiges Lager. Einige Vorrichtungen sind darüber hinaus
an einem Gleichlaufgelenk befestigt und Bestandteil einer Einheit.
-
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.
Gemäß einem
unlängst vorgeschlagenen
Verfahren erfolgt diese Verbindung durch Gesenkschmieden, wie z.B.
in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2001-18605 dargestellt, die
als vorteilhaft im Hinblick auf die effektive Nutzung von axialem
Raum des Lagers und eine erhöhte Festigkeit
des verbundenen Bereichs betrachtet werden kann. Durch dieses Verfahren
wird ein Teil des Schafts des äußeren Gelenkteils
plastisch in eine Richtung verformt, bei der der Durchmesser radial
so nach außen
erweitert wird, dass er mit im Innenumfang der Radnabe ausgebildeten
Unregelmäßigkeiten
fest verbunden werden kann.
-
Es besteht neuerdings auf dem Gebiet
der Radlagervorrichtungen nicht nur eine starke Nachfrage nach leichteren,
kompakten Vorrichtungen, sondern auch nach Verbesserungen hinsichtlich
Qualität und
Zuverlässigkeit
sowie einer Kostenreduzierung.
-
Die vorliegende Erfindung ist auf
eine Lösung
dieser Anforderung gerichtet, und es ist eine erste Aufgabe der
Erfindung, eine Radlagervorrichtung zu schaffen, die für einen
derartigen Gesenkschmiedevorgang eine hohe Bearbeitbarkeit und eine
hohe Verbindungsfestigkeit zu niedrigen Kosten ermöglicht.
-
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Radlagervorrichtung zu schaffen, deren Verbindungsbereich sich
aufgrund eines großen Belastungsmoments,
das auf ihn einwirkt, nicht lösen kann
und den Widerstand gegen ein Herausziehen (Lösewiderstand) mittels einer
einfachen Konstruktion zu erhöhen.
-
Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
-
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. Das Teil, das außen angeordnet ist, d.h. entweder
die Radnabe oder das Verbindungsstück, weist einen gehärteten unregelmäßigen Bereich
auf, und das andere Teil, das innen angeordnet ist, d.h. entweder
die Radnabe oder das Verbindungsstück, ist durch plastische Verformung
radial nach außen
verformt, so dass es mit dem unregelmäßigen Bereich in Eingriff geht,
damit die Radnabe und das Verbindungselement miteinander verbunden
sind.
-
Bei der Radlagervorrichtung ist das
Verhältnis
eines Innendurchmessers ΦdA
vor der plastischen Verformung bei einem plastisch verformten Bereich
des innen angeordneten Teils zu einem Innendurchmesser ΦdB nach
der plastischen Verformung (Δ = ΦdB/ΦdA) gleich
1,05 oder höher.
-
Ist das Verhältnis Δ kleiner als 1,05, wird die Größe des plastisch
verformten Bereichs reduziert, und die Verbindung des plastisch
verformten Bereichs mit dem außen
angeordneten Teil ist nicht fest genug.
-
Somit ist die Verbindungsfestigkeit
zwischen der Radnabe und dem Verbindungselement nicht ausreichend,
wodurch eine Anwendung der Radlagervorrichtung bei Kraftfahrzeugen
schwierig wird.
-
Für
das Verhältnis Δ kann ein
oberer Grenzwert anhand des Materials festgelegt werden, aus dem
das innen angeordnete Teil besteht.
-
Insbesondere kann dieser Wert anhand
des Kohlenstoffgehalts des Materials festgelegt werden, und je geringer
der Kohlenstoffgehalt ist, umso größer kann der obere Grenzwert
für das
Verhältnis Δ sein.
-
Besteht z.B. das innen angeordnete
Teil aus S53C, ist der obere Grenzwert für das Verhältnis Δ vorzugsweise gleich oder kleiner
als 1,15 (Δ ≤ 1,15). Besteht
das Teil aus S40C, das einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweist,
dann ist das Verhältnis Δ vorzugsweise
gleich oder kleiner als 1,20 ((Δ ≤ 1,20).
-
Zu beachten ist, dass sowohl S53C
als auch S40C Kohlenstoffstahl für
mechanische Konstruktionen sind, wie sie durch JIS G4051 definiert
sind, und dass die Zahlen hinter dem „S" jeweils den Durchschnittswert
des Kohlenstoffgehalts darstellen.
-
So enthält z.B. S53C folgende Bestandteile: 0,50
bis 0,53% C, 0,15 bis 0,35% Si, 0,60 bis 0,90% Mn, 0,03% oder weniger
P und 0,35% oder weniger S. Die einzelnen Be standteile von S40C
sind die gleichen wie die von S53C, mit der Ausnahme, dass der C-Gehalt zwischen 0,37
und 0,43% liegt.
-
Der mittels Wärmebehandlung gehärtete unregelmäßige Bereich
ist bei dem Verbindungselement vorhanden, und der plastisch verformte
Bereich des Teils, das innen angeordnet ist, ist fest mit dem unregelmäßigen Bereich
verbunden. Dadurch kann die Verbindungsfestigkeit zwischen der Radnabe
und dem Verbindungselement sowie die Dauerfestigkeit der Radlagervorrichtung
erhöht
werden. Auf diese Weise kann, wenn der plastisch verformte Bereich keiner
Wärmebehandlung
ausgesetzt worden ist, dieser Bereich plastisch leicht verformt
und fest mit dem unregelmäßigen Bereich
in Eingriff gebracht werden.
-
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. Das Teil, das außen angeordnet ist, d.h. entweder
die Radnabe oder das Verbindungsstück, weist einen gehärteten unregelmäßigen Bereich
auf, und das andere Teil, das innen angeordnet ist, d.h. entweder
die Radnabe oder das Verbindungsstück, ist durch plastische Verformung
radial nach außen
verformt, so dass es mit dem unregelmäßigen Bereich in Eingriff geht,
damit die Radnabe und das Verbindungselement miteinander verbunden
sind. Der unregelmäßige Bereich
ist zum Teil entfernt, so dass eine kreisförmige Ausnehmung gebildet ist,
und ein Teil des innen angeordneten Teils befindet sich in dieser
kreisförmigen
Ausnehmung.
-
Auf diese Weise wird die kreisförmige Ausnehmung
in dem unregelmäßigen Bereich
gebildet, und der Durchmesser des innen angeordnete Teils erstreckt
sich radial nach außen
und in die kreisförmige
Ausnehmung hinein, so dass der plastisch verformte Bereich des Teils
durch den unregelmäßigen Bereich
nicht eingegrenzt ist und sich sein Durchmesser weiter nach außen ausdehnen
kann. Daraus folgt, dass der Lösewiderstand
zwischen Radnabe und Verbindungselement durch eine einfache Konstruktion
erhöht
werden kann.
-
Die kreisförmige Ausnehmung ist vorzugsweise
an wenigstens einem Ende des unregelmäßigen Bereichs, mit Ausnahme
des mittleren Teils eines Bereiches für die Ausdehnung des Durchmessers angeordnet.
Auf diese Weise kann der Lösewiderstand
eher an dem Ende mit relativ geringer Durchmesser-Ausdehnungskraft
verbessert werden, als im mittleren Teil mit großer Durchmesser-Ausdehnungskraft,
so dass das am Verbindungsbereich zu übertragende Drehmoment auf
ein Minimum reduziert werden kann.
-
Darüber hinaus umfasst eine erfindungsgemäße Radlageranordnung:
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. Das Teil, das außen angeordnet ist, d.h. entweder
die Radnabe oder das Verbindungsstück, weist einen gehärteten unregelmäßigen Bereich
auf, und das andere Teil, das innen angeordnet ist, d.h. entweder
die Radnabe oder das Verbindungsstück, ist durch plastische Verformung
radial nach außen
verformt, so dass es mit dem unregelmäßigen Bereich in Eingriff geht,
damit die Radnabe und das Verbindungselement miteinander verbunden sind.
Eine Endfläche
des unregelmäßigen Bereichs ist
teilweise entfernt, um eine vorstehend beschriebene kreisförmige Ausnehmung
zu bilden, und ein Teil des innen angeordneten Teils befindet sich
in dieser kreisförmigen
Ausnehmung.
-
Auf diese Weise wird die kreisförmige Ausnehmung
an der Endfläche
des unregelmäßigen Bereichs
gebildet, und der Durchmesser des innen angeordnete Teils verläuft radial
nach außen
und in die kreisförmige
Ausnehmung hinein. Die Scherkraft des ausge dehnten Bereichs erhöht den Lösewiderstand zwischen
Radnabe und äußerem Verbindungsteil.
-
Wenn der unregelmäßige Bereich ein Kreuz-Rillenmuster
mit mehreren einzelnen ringförmigen
Rillen und mehreren axialen Rillen, die sich im wesentlichen kreuzen,
ist, kann das zu übertragende Drehmoment
und der Lösewiderstand
am Verbindungsbereich effektiv erhöht werden.
-
Die kreisförmige Ausnehmung kann vorzugsweise
so ausgebildet sein, dass sie 0,5 bis 3,0 mal größer ist, als eine Gratneigung
der kreisförmigen
Rille von einer Endseite des Bereichs für die Durchmesserausdehnung.
Auf diese Weise kann die Scherkraft des mit dem unregelmäßigen Bereich ausgestatteten
Teils, zum Beispiel der Radnabe, gut gesichert sein, und das beim
Verbindungsbereich zu übertragende
Drehmoment wird nicht reduziert, während der Lösewiderstand erhöht wird.
-
Ferner kann eine axiale Größe der kreisförmigen Ausnehmung
zwischen 0,5 bis 3,0 mal so groß sein,
wie eine Gratneigung der kreisförmigen
Rille. Auf diese Weise kann die kreisförmige Ausnehmung leicht durch
Bearbeitung gebildet werden, und der Bereich der Scherebene des
in der kreisförmigen Ausnehmung
angeordneten verlängerten
Bereichs kann gut gesichert sein. Dadurch wird der Lösewiderstand
erhöht
und das beim Verbindungsbereich zu übertragende Drehmoment nicht
reduziert.
-
Darüber hinaus kann ein Bodendurchmesser der
kreisförmigen
Ausnehmung zwischen 1,01 bis 1,20 mal so groß sein, wie der Bodendurchmesser der
kreisförmigen
Rille bzw. der axialen Rille. Auf diese Weise kann das mit dem unregelmäßigen Bereich ausgestattete
Teil, zum Beispiel die Radnabe, ausreichende Festigkeit aufweisen
und der Lösewiderstand kann
erhöht
werden.
-
Darüber hinaus kann nach erfolgter
Ausdehnung des Durchmessers des plastisch verformten Bereichs ein
Außendurchmesser
zwischen 1,01 bis 1,15 mal so groß sein, wie der Bodendurchmesser der
kreisförmigen
Rille bzw. der axialen Rille. Auf diese Weise kann sowohl die Größe des zu übertragenden
Drehmoments, die Festigkeit einschließlich Lösewiderstand am Verbindungsbereich,
die Verformbarkeit des Materials des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs,
die Bearbeitbarkeit, als auch die Lebensdauer der Aufspannvorrichtungen
für die
Bestimmung der optimalen Größe der Durchmesserausdehnung
in Betracht gezogen werden.
-
Insbesondere kann bei der vorstehend
beschriebenen Radlagervorrichtung das Verbindungsstück zum Beispiel
ein äußeres Gelenkteil
eines Gleichlaufgelenks sein. In diesem Fall ist entweder die Radnabe
oder das äußere Gelenkteil
das Teil, das innen angeordnet und plastisch radial nach außen verformt
ist. Das andere Teil ist das Teil, das außen angeordnet ist. Wie auch
immer: die doppelten inneren Laufringe können am Außenumfang der Radnabe und des äußeren Gelenkteils
ausgebildet sein (siehe 1).
-
Alternativ dazu kann das Verbindungsstück ein an
der Radnabe befestigter Innenring sein.
-
In diesem Fall können die doppelten inneren Laufringe
am Außenumfang
von sowohl der Radnabe als auch des Innenrings (siehe 5) bzw. am Außenumfang
jedes der beiden Innenringe ausgebildet sein, die am Außenumfang
der Radnabe befestigt sind (siehe 6).
-
Die Fähigkeit eines Lagers mit zwei
Reihen von Rollelementen, wobei eines der Rollelemente an einer
Innenseite angeordnet ist, Belastungen zu widerstehen, kann größer sein,
als bei einem an der Außenseite
angeordneten Element. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der beiden
Lager im Gleichgewicht gehalten werden, so dass die Dauerfestigkeit der
Vorrichtung wesentlich verbessert ist.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
2 ist
eine Querschnittsansicht zum Zwecke der Darstellung des Gesenkschmiedens
in radial nach außen
gehender Richtung der Radlagervorrichtung.
-
3 ist
eine Querschnittsansicht, die den Zustand der Radlagervorrichtung
vor dem radial nach außen
gerichteten Gesenkschmieden zeigt.
-
4 ist
eine Querschnittsansicht, die den Zustand der Radlagervorrichtung
nach dem radial nach außen
gerichteten Gesenkschmieden zeigt.
-
5 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Radlagervorrichtung.
-
6 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Radlagervorrichtung.
-
7 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Radlagervorrichtung.
-
8 ist
eine grafische Darstellung von Vergleichswerten der Untersuchungen
zwischen dem erfindungsgemäßen Produkt
und einem Vergleichsbeispiel.
-
9 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Radlagervorrichtung.
-
10a ist
eine Querschnittsansicht der Form eines unregelmäßigen Bereichs für eine erfindungsgemäße Radnabe.
-
10b ist
eine Querschnittsansicht der Form eines unregelmäßigen Bereichs für eine erfindungsgemäße Radnabe.
-
11a ist
eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Radlagervorrichtung
gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
11b ist
eine Seitenansicht von 11a.
-
12 zeigt
einen plastischen Verbindungsbereich bei einer erfindungsgemäßen Radlagervorrichtung.
-
13a ist
eine vergrößerte Darstellung
eines wesentlichen Teils einer kreisförmigen Ausnehmung gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
-
13b ist
eine vergrößerte Darstellung
eines wesentlichen Teils einer kreisförmigen Ausnehmung gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
-
14a ist
eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Radlagervorrichtung
gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
14b ist
eine Seitenansicht von 14a.
-
15a ist
eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
15b ist
eine Seitenansicht von 15a.
-
16 ist
eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Radlagervorrichtung
gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
Genaue Beschreibung
der Erfindung
-
Im Folgenden werden die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 16 beschrieben.
-
1 zeigt
eine Radlagervorrichtung für
Antriebsräder
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Radlagervorrichtung umfasst eine Radnabe 10,
ein Lager 20 und ein Gleichlaufgelenk 40, wobei
diese Elemente eine Einheit bilden. Zu beachten ist, dass die Seite
der Lagervorrichtung, die sich an der Außenseite des Fahrzeugs befindet,
mit „Außenseite" (in
allen Zeichnungen links) bezeichnet wird, während die Seite der Lagervorrichtung
in der Nähe
der Fahrzeugmitte mit „Innenseite"
bezeichnet wird (in allen Zeichnungen rechts).
-
Die Radnabe 10 weist in
ihrem axialen Mittelpunkt eine Axialbohrung auf und ist innen hohl.
Ein Flansch 14, an dem ein (nicht dargestelltes) Rad befestigt
werden kann, ist am Ende der Außenseite
der Radnabe 10 ausgebildet, und Radnabenbolzen 15 sind
in gleichmäßigen Abständen in
den Umfang des Flansches 14 zur festen Befestigung der
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
einer Antriebswelle an ein äußeres Gelenkteil 41 über ein
inneres Gelenkteil und Drehmomentübertragungskugeln (beides nicht
dargestellt). Das äußere Gelenkteil 41 weist
mehrere Spurrillen 41a im Innenumfang auf. Diese Spurrillen 41a bilden
zusammen mit mehreren entsprechenden Spurrillen, die sich im Außenumfang
des inneren Gelenkteils befinden, mehrere Kugellaufrillen. In den
Kugellaufrillen befinden sich jeweils 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. Das äußere Gelenkteil 41 umfasst
einen Schaftteil 45 und ein Mundstück 46, die einstöckig miteinander
sind, wobei der Schaftteil 45 am Innenumfang der Radnabe 10 befestigt
ist. Die Schulter 47 des Mündstücks 46 stößt an die
innere Endfläche
der Radnabe 10, so dass die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 axial
positioniert sind, wodurch der Abstand zwischen den inneren Laufringen 27 und 28 definiert
ist. Der innere Laufring 28 an der Innenseite ist an der äußeren Umfangsfläche des Mündstücks 46 nahe
der Schulter 47 ausgebildet. Der Schaftteil 45 ist
innen hohl und als eine axiale Öffnung 48 ausgebildet,
die mit dem Boden des tassenförmigen
Mundstücks 46 in
Verbindung steht.
-
Das äußere Gelenkteil 41 ist
durch Schmieden geformt und dann zum Teil einer Wärmebehandlung
ausgesetzt worden. Die schraffierten Bereiche in 1 zeigen, dass der durch Wärmebehandlung
gehärtete
Teil einen Bereich umfasst, der von der Schulter 47 über den
an der Innenseite befindlichen inneren Laufring 28 zur
verschiebbaren Kontaktfläche (Dichtungszunge)
mit einer Dichtungslippe einer Dichtung 26 verläuft, und
zu einem Bereich innerhalb der Spurrillen 41a im Innenumfang
des Mundstücks 46,
in denen die Drehmomentübertragungskugeln rollen.
Diese Bereiche sind beide auf HRc 58 oder höher gehärtet. Vorzugsweise
wird Induktionshärten für die Wärmebehandlung
verwendet. Bei diesem Verfahren kann Wärme lokal zugeführt werden,
die Härtungsschichttiefe
kann nach Wunsch ausgewählt werden,
die nicht-gehärteten
Teile werden der Wärmeeinwirkung
nur geringfügig
ausgesetzt, und die Funktion des Grundmaterials kann beibehalten
werden.
-
Der andere Teil, insbesondere der
Teil des Schaftteils 45, der durch plastische Verformung
mittels Gesenkschmieden radial nach außen verformt worden ist (plastisch
verformter Bereich 34), was noch zu einem späteren Zeitpunkt
erläutert
wird, ist nach dem Schmieden keiner Wärmebehandlung ausgesetzt worden.
In diesem nicht mittels Wärme behandelten
Teil sollte der plastisch verformte Teil 34 im Hinblick
auf die Bearbeitbarkeit während
des Gesenkschmiedens vorzugsweise eine möglichst geringe Härte aufweisen.
Ist die Härte
jedoch zu gering, verringert sich dadurch die Dauerfestigkeit. Daraus folgt,
dass der bevorzugte Härtebereich
für das
plastisch verformte Teil 34 zwischen 13 HRc bis 28 HRc liegen
sollte, vorzugsweise zwischen 18 HRC bis 25 HRc.
-
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 Rollelemente 22 laufen. Die zwei Reihen von
Rollelementen 22 befinden sich zwischen dem inneren Laufring 27 der Radnabe 10 und
dem inneren Laufring 28 des äußeren Gelenkteils 41 und
den doppelten äußeren Laufringen 24 des
Außenteils 21.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel
ein doppeltes winkelförmiges Kugellager
dargestellt ist, bei dem die Rollelemente 22 Kugeln sind,
können
bei Radlagervorrichtungen für
Schwer-Kraftfahrzeuge auch doppelte angewinkelte Kegelrollenlager
mit Kegelrollen verwendet werden. Dichtungen 25, 26 befinden
sich an den Öffnungen
beider Enden des Außenteils 21,
um ein Austreten von im Lager befindlichem Schmiermittel und ein
Eindringen von Wasser oder Fremdsubstanzen von außen verhindern
zu können.
-
Ein Teil der am Innenumfang der Radnabe 10 ausgebildeten
Passfläche 16 weist
gegenüber dem
plastisch verformten Teil 34 des äußeren Gelenkteils 41 einen
unregelmäßigen Bereich 31 auf. Der
Teil der Passfläche 16 weist
im Gegensatz zu dem unregelmäßigen Bereich 31 eine
zylindrische Form auf, die einen festen Kontakt mit der zylindrischen äußeren Umfangsfläche des
Schaftteils 45 herstellt. Die Form des unregelmäßigen Bereichs 31 ist
willkürlich
und kann beispielsweise in Form eines Gewindes, von Verzahnungen
einschließlich
Keilverzahnungen sowie sich kreuzende Rändelungen, bei denen sich mehrere
Reihen von Rillen miteinander kreuzen, auftreten. Der dadurch gebildete
unregelmäßige Bereich 31 wird
dann durch Wärmebehandlung
gehärtet,
so dass er eine Härte
zwischen 54 HRc bis 64 HRc erreichen kann.
-
Wie durch den schraffierten Bereich
in 1 dargestellt, besteht
die mittels Wärme
gehärtete Schicht
nicht nur im Bereich des unregelmäßigen Bereichs 31 im
Innenumfang der Radnabe 10, sondern auch in dem Bereich
im Außenumfang
der Radnabe 10 von der Dichtungszunge der Dichtung 25 über den inneren
Laufring 27 bis zur Endfläche des Endes an der Innenseite.
Die Bereiche werden aus den gleichen Gründen wie vorstehend beschrieben
vorzugsweise mittels Induktionshärten
wärmebehandelt.
Zu beachten ist, dass diese gehärteten
Schichten nicht, wie dargestellt, fortlaufend sind, so dass die
Radnabe 10 keine Vergütungsrisse
erhalten kann.
-
Die Radnabe 10 als das innen
angeordnete Teil und das äußere Gelenkteil 41 als
das Passelement sind plastisch durch Gesenkschmieden radial nach
außen
miteinander verbunden. Genauer gesagt: nachdem der Schaftteil 45 des äußeren Gelenkteils 41 in
den Innenumfang der Radnabe 10 eingepasst worden ist, wird
der plastisch verformte Teil 34 des Schaftteils 45 plastisch
von der Seite des Innendurchmessers zur Seite des Außendurchmessers
hin verformt. Der Außenumfang
des plastisch verformten Teils 34 greift fest in den unregelmäßigen Bereich 31 ein,
wodurch die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 plastisch
fest miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird der Abstand
zwischen den beiden inneren Laufringen 27 und 28 definiert
und eine vorab eingestellte Vorbelastung innerhalb des Lagers 20 gegeben.
Die plastisch miteinander verbundene Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 bilden
miteinander ein Innenteil 29, das an seinem Außenumfang
die beiden inneren Laufringe 27 und 28 aufweist.
-
Da der unregelmäßige Bereich 31 wie
vorstehend beschrieben eine hohe Härte aufweist, kann er während des
Gesenkschmiedens nicht leicht brechen, wohingegen der plastisch
verformte Teil 34 auf der Durchmesser-Ausdehnungsseite
eine geringere Härte
aufweist und verformbarer ist als der unregelmäßige Bereich 31. Zum
Gesenkschmieden kann er daher mit einem größeren Rand geformt sein, ohne dass
sich dadurch die Gefahr von Schmiederissen im Schaftteil 45 erhöht. Folglich
greift der unregelmäßige Bereich 31 tief
in den plastisch verformten Bereich 34 ein, wodurch eine
hohe Verbindungsfestigkeit zwischen der Radnabe 10 und
dem äußeren Gelenkteil 41 gewährleistet
ist.
-
Wie in 2 zum
Beispiel dargestellt, kann der Gesenkschmiedevorgang durch Einführen eines Schmiedestempels 60 in
die Öffnung 48 am
Innenumfang des Schaftteils 45 des äußeren Gelenkteils 41 erfolgen.
Der Schmiedestempel 60 umfasst, von seiner Spitze (die
in den Schaftteil 45 einzuführende Seite) her betrachtet:
einen zylindrischen Bereich 61 mit geringem Durchmesser,
einen verjüngten
Bereich 62 und einen zylindri schen Bereich 63 mit
großem Durchmesser.
Der Außendurchmesser
des zylindrischen Bereichs 61 mit geringem Durchmesser
ist kleiner als der Innendurchmesser ΦdA des plastisch verformten
Teils 34 (siehe 3)
vor dem Gesenkschmieden. Der Außendurchmesser
des zylindrischen Teils 63 mit großem Durchmesser ist größer als
der Innendurchmesser ΦdA.
-
Wie in 2 dargestellt,
wird während
des Gesenkschmiedens, bei dem das äußere Gelenkteil 41 in
den Innenumfang der Radnabe 10 eingeführt wird, die Radlagervorrichtung
auf eine Unterlage 64 gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt trägt die Endfläche an der
Außenseite
des Radbefestigungsflansches 14 an der Endfläche der
Unterlage 64. Der Bolzen 15 befindet sich in einem
in der Unterlage 64 vorgesehenen Loch 65.
-
In diesem Zustand wird der Schmiedestempel 60 in
die Bohrung 48 des äußeren Gelenkteils 41 von
der Innenseite her eingepresst. Auf diese Weise wird der plastisch
verformte Bereich 34 des Schaftteils 45 unter
Druck durch die verjüngte
Oberfläche 62 des
Schmiedestempels 60 und dann durch dessen zylindrisches
Teil 63 mit großem
Durchmesser ausgedehnt und plastisch radial nach außen hin
verformt, so dass die Fläche
des Außenumfangs
fest mit dem unregelmäßigen Bereich 31 am
Innenumfang der Radnabe 10 verbunden ist.
-
Nun wird der Schmiedestempel 60 eingepresst,
das äußere Gelenkteil 41 nimmt
die auf die Außenseite
wirkende Druckkraft auf. Die auf der Unterlage 64 ruhende
Radnabe 10 widersteht der Druckkraft, so dass das axial
anstoßende
Teil zwischen Radnabe 10 und äußerem Gelenkteil 41 (zwischen
der Schulter 47 des äußeren Gelenkteils 41 und
der Endfläche
der Radnabe 10 an der Innenseite) einer Druckbelastung
ausgesetzt ist. Dadurch wird die axiale Lagerspalte negativ und
das Lager 20 kann vorbelastet werden, so dass die Vorbelastung eingestellt
werden kann, sobald die Verbindung durch Gesenkschmieden beendet
ist. Der gleiche Effekt entsteht, wenn der Schmiedestempel 60 in
die Richtung eingeführt
wird, so dass die Druckbelastung an dem anstoßenden Teil (axiales Endteil)
zwischen den beiden zu verbindenden Teilen durch Gesenkschmieden
bewirkt wird.
-
Unterdessen wäre beim Gesenkschmieden des
plastisch verformten Bereichs 34 ein niedrigerer Grenzwert
für die
Größe gegeben,
um die der Durchmesser radial nach außen auszudehnen ist. Übersteigt
dieser Wert eine fixe Größe nicht,
ist der plastisch verformte Bereich 34 nicht fest genug
mit dem unregelmäßigen Bereich 31 verbunden
und es kann keine für
die Radlagervorrichtung erforderliche Verbindungsfestigkeit geschaffen
werden.
-
Auf der Grundlage der vorstehenden
Annahme sind Untersuchungen durchgeführt worden. 3 zeigt den Innendurchmesser ΦdA des plastisch
verformten Bereichs 34 vor der plastischen Verformung. 4 zeigt den Innendurchmesser ΦdB des plastisch
verformten Bereichs 34 nach erfolgter plastischer Verformung.
Es ist festgestellt worden, dass das Verhältnis Δ dieser Durchmesser ΦdA und ΦdB (Δ=ΦdB/ΦdA), genauer
gesagt, das Verhältnis der
Durchmesserausdehnung nicht unter 1,05 liegt, wobei eine ausreichende
Festigkeit der Verbindung (Zielfestigkeit) zwischen der Radnabe 10 und
dem äußeren Gelenkteil 41 erhalten
wird, wie in 8 dargestellt.
In 8 repräsentiert
x ein Vergleichsbeispiel, und die anderen Zeichen repräsentieren jene
gemäß der Erfindung.
-
Der untere Grenzwert für Δ könnte kaum durch
das Material des plastisch verformten Bereichs 34 beeinflusst
werden und ist bei unterschiedlichen Stahlarten normal.
-
Ist das Verhältnis Δ zu groß, ist das Material extrem
verformbar, was zu einem erhöhten
Schadensrisiko, z.B. in Form von Gesenkschmiederissen, führen kann.
Der obere Grenzwert für Δ variiert
aufgrund des Kohlenstoffgehalts im Material für den plastisch verformten
Bereich 34 und ist größer, da
der Gehalt geringer ist.
-
Untersuchungen haben ergeben, dass
sich dann, wenn das Material des äußeren Gelenkteils 41 zum
Beispiel aus S40C besteht (dessen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,37% und
0,43% beträgt)
und das Verhältnis Δ über 1,20
liegt, Gesenkschmiederisse bilden. In diesem Fall darf der Wert Δ höchstens
bei 1,20 (Δ ≤ 1,20) liegen.
-
Ferner ist festgestellt worden, dass
sich dann, wenn das Material des äußeren Gelenkteils 41 zum
Beispiel aus S53C besteht (dessen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,50%
und 0,56% beträgt)
und das Verhältnis Δ über 1,15
liegt, Gesenkschmiederisse bilden. In diesem Fall darf der Wert Δ höchstens
bei 1,15 (Δ ≤ 1,15) liegen.
-
Als Material für das äußere Gelenkteil 41 kann
nicht nur, wie vorstehend beschrieben, S40C bzw. S53C verwendet
werden, sondern auch andere Arten von Kohlenstoffstahl für mechanische
Konstruktionen (klassifiziert durch JIS), deren Kohlenstoffgehalt
zwischen 0,30% und 0,61% liegt. Durch jeden in diesen Bereich fallenden
Kohlenstoffstahl für Maschinen
kann die Rollfestigkeit der Laufringe mittels Induktionshärten auf
einen Stand erhöht
werden, der mit dem eines tauchgehärteten Chromlagerstahls mit
hohem Kohlenstoffgehalt oder aufgekohltem einsatzgehärtetem Stahl
verglichen werden kann. Das Produkt kann zu geringen Kosten hergestellt
werden und weist eine lange Lebensdauer auf. Die Härte des plastisch
verformten Bereichs 34 kann herabgesetzt werden und eine
hohe Bearbeitbarkeit durch Schmieden kann selbst ohne Wärmebehandlung
gewährleistet
werden. Dadurch können
die Kosten weiter reduziert werden.
-
Darüber hinaus kann ein Stahlmaterial
mit 0,5–0,7
Gew.-% C, 0,6–1,2
Gew.-% Si, 0,6–1,0 Gew.-%
Mn und Fe sowie unvermeidbaren Verunreinigungen verwendet werden.
Untersuchungen haben ergeben, dass das Verhältnis Δ für das Stahlmaterial vorzugsweise
wie folgt sein sollte: 1,05 ≤ Δ ≤ 1,14.
-
Zu beachten ist, dass gemäß 1 die Radnabe 10 außerhalb
des gesenkgeschmiedeten Bereiches liegt, umgekehrt jedoch das äußere Gelenkteil 41 außerhalb
angeordnet sein kann (7).
In diesem Fall ist die Radnabe 10 das Teil, das innen dort angeordnet
ist, wo der plastisch verformte Bereich 34 ausgebildet
ist. Das äußere Gelenkteil 41 dient als Verbindungsstück, das
am Außenumfang
der Radnabe 10 eingepasst werden soll. In diesem Fall ist
das Verhältnis Δ der Innendurchmesser
des plastisch verformten Bereichs 34 vor und nach der plastischen Verformung
im gleichen Bereich zueinander wie vorstehend genannt eingestellt.
-
Im folgenden wird eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. In diesen
Zeichnungen dargestellte Elemente, die in gleicher Weise wirken
wie jene gemäß 1, haben gleiche Bezugsziffern
und werden nicht näher
beschrieben.
-
5 zeigt
die erfindungsgemäße Ausführungsform,
bei der eine Radnabe 10 und ein Innenring 35 im
Außenumfang
der Radnabe 10 eingepasst sind und so ein Innenteil 29 bilden.
Der Laufring 27 an der Außenseite des Innenteils 29 ist
am Außenumfang
der Radnabe 10 ausgebildet. Der Laufring 28 an
der Innenseite ist am Außenumfang
des Innenrings 35 ausgebildet.
-
Bei dieser Ausführungsform ist der Innenring 35 fest
am 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 verbunden. Es kann sich nicht von der Radnabe 10 lösen, da
es von einem Ring 38 gehalten ist. Die Endfläche an der
Innenseite des Innenrings 35 stößt an der Schulter 42 des äußeren Gelenkteils 41,
während die
Endfläche
an der Außenseite
an die Schulter 18 der Radnabe 10 stößt.
-
Bei dieser Ausführungsform ist der plastisch verformte
Bereich 34 im zylindrischen Abschnitt 19 mit kleinem
Durchmesser der Radnabe 10 ausgebildet, und der gehärtete unregelmäßige Bereich 31 ist im
Innenumfang des Innenrings 35 ausgebildet. Dieser unregelmäßige Bereich 31 ist
durch Kreuzchen gekennzeichnet. Der plastisch verformte Bereich 34 der
Radnabe 10 wird keiner Wärmebehandlung ausgesetzt und
ist plastisch radial nach außen
verformt. Auf diese Weise geht der Außenumfang des zy lindrischen
Bereichs 19 mit kleinem Durchmesser eine feste Verbindung
mit dem unregelmäßigen Bereich 31 des
Innenrings 35 ein, wodurch die Radnabe 10 und
der Innenring 35 plastisch miteinander verbunden werden.
In diesem Fall ist die Radnabe 10 das Teil, das innen angeordnet
ist und der Innenring 35 ein Passelement, das am Außenumfang
der Radnabe 10 eingepasst ist.
-
Nach dieser Ausführungsform befindet sich das
Verhältnis Δ der Innendurchmesser
des plastisch verformten Bereichs 34 der Radnabe 10 vor
und nach der plastischen Verformung zueinander im vorstehend beschriebenen
Bereich.
-
6 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der eine Radnabe 10 und ein erster und zweiter Innenring 32 bzw. 33,
die in den Außenumfang
der Radnabe 10 eingepasst sind, ein Innenteil 29 bilden.
Die inneren Laufringe 27 und 28 des Innenteils 29 sind
jeweils im Außenumfang
der Innenringe 33 und 32 ausgebildet. Das nicht
dargestellte äußere Gelenkteil
ist am Innenumfang der Radnabe 10 befestigt, so dass eine
Drehmomentübertragung
zwischen dem Teil und der Radnabe 10 möglich ist.
-
Eine axiale Verlängerung 36 ist am
Ende der Innenseite des ersten Innenrings 32 ausgebildet,
und ein durch Wärmebehandlung
gehärteter
unregelmäßiger Bereich 31 ist
im Innenumfang der Verlängerung 36 ausgebildet.
Der plastisch verformte Bereich 34 am Ende der Innenseite
der Radnabe 10 ist keiner Wärmebehandlung ausgesetzt worden,
und dieser Bereich wird durch plastische Verformung radial nach außen verformt
und verbindet sich fest mit dem unregelmäßigen Bereich 31.
Auf diese Weise werden die Radnabe 10 und der Innenring 51 plastisch
miteinander verbunden. In diesem Fall ist die Radnabe 10 das innen
angeordnete Teil und die Innenringe 32 und 33 stellen
ein Passelement dar, das mit dem Außenumfang der Radnabe 10 verbunden
ist.
-
Auch bei dieser Ausführungsform
befindet sich das Verhältnis Δ der Innendurchmesser
des plastisch verformten Bereichs 34 der Radnabe 10 vor und
nach der plastischen Verformung zueinander im vorstehend beschriebenen
Bereich.
-
Zu beachten ist, dass die 5 und 6 eine Radlagervorrichtung für Antriebsräder zeigen,
die die Radnabe 10, das Lager 20 und das äußere Gelenkteil
in Form einer Einheit als Beispiel darstellt. Die erfindungsgemäße Radlagervorrichtung
kann jedoch auch bei getriebenen Rädern Anwendung finden, wobei
dann kein äußeres Gelenkteil,
sondern nur eine Radnabe und ein Lager vorgesehen sind.
-
Wie vorstehend anhand der vorliegenden
Erfindung beschrieben, wird der Umfang der plastischen Verformung
des verformten Bereichs im Hinblick auf einen passenden Wert kontrolliert
und somit eine ausreichende Verbindungsfestigkeit zwischen dem Teil,
das innen angeordnet ist und dem Passelement gewährleistet. Eine Beschädigung des
plastisch verformten Bereichs, z.B. durch Risse, die durch eine
zu starke plastische Verformung hervorgerufen werden, kann vermieden
werden, wodurch die Bearbeitbarkeit verbessert wird. Auf diese Weise kann
die Festigkeit der Radlagervorrichtung verbessert und die Qualität der Vorrichtung
stabilisiert werden.
-
9 ist
eine Längsschnittansicht
einer Radlagervorrichtung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Radlagervorrichtung
umfasst eine Radnabe 10, ein zweireihiges Wälzlager 20 und
ein Gleichlaufgelenk 40, die miteinander eine Einheit bilden.
-
Die Radnabe 10 weist einen
integral ausgebildeten Flansch 14 auf, an dem ein (nicht
dargestelltes) Rad am Ende der Außenseite befestigt werden kann.
Ein unregelmäßiger Bereich 31 ist
im Innenumfang der Radnabe 10 ausgebildet. Eine gehärtete Schicht 12 ist
durch Wärmebehandlung
entstanden und weist eine Oberflächenhärte von
54 HRc bis 64 HRc auf (durch den gepunkteten Bereich in der Zeichnung
gekennzeichnet). Als Wärmebehandlung wird
vorzugsweise Induktionshärten
angewendet, da dieses Verfahren eine lokale Erwärmung erlaubt und die Tiefe
der gehärteten
Schicht relativ einfach einzustellen ist.
-
Zu beachten ist, dass der unregelmäßige Bereich 31 ein
Muster aufweisen kann, bei dem sich beispielsweise Sätze von
Rillen miteinander kreuzen, wie in den 10a und 10b dargestellt. 10a zeigt Rillen 6,
die schräg
zueinander angeordnet sind und 10b zeigt
gekreuzte Rändelungen
mit sowohl in Axial- als auch in Umfangsrichtung angeordneten Rillen 6'.
Der hochragende Teil des unregelmäßigen Bereichs 31 weist
ein spitzes Ende, z.B. in Form eines Dreiecks, auf, um sicherzustellen,
dass das Teil gut eingreifen kann. Hier sind mehrere kreisförmige Rillen 6a unabhängig voneinander
ausgebildet, zum Beispiel unter Verwendung einer Drehbank, sowie
mehrere axial angeordnete Rillen 6b, die z.B. durch Räumen entstanden
sind, wobei die Rillen so angeordnet sind, dass sie sich im wesentlichen
kreuzen, um so ein Kreuz-Rillen-Muster 6' bilden zu können.
-
Das zweireihige Wälzlager 20 umfasst
ein Außenteil 21,
ein Innenteil 29 sowie mehrere Wälzelemente 22, 22.
Das Außenteil 21 weist
am Außenumfang
einen integral ausgebildeten Flansch 23 auf, der an einer
(nicht dargestellten) Fahrzeugkarosserie befestigt werden kann,
sowie doppelte äußere Laufringe 24, 24,
die am Innenumfang ausgebildet sind. Das Innenteil 29 bezieht
sich auf die Radnabe 10 und ein äußeres Gelenkteil 41,
was noch zu einem späteren
Zeitpunkt beschrieben wird. Der innere Laufring 27 an der
Außenseite,
der dem äußeren Laufring 24 des
Außenteils 21 gegenüberliegt,
ist im Außenumfang
der Radnabe 10 ausgebildet, und der innere Laufring 28 an
der Innenseite ist im Außenumfang des äußeren Gelenkteils 41 ausgebildet.
Die zwei Reihen von Wälzelementen 22, 22 befinden
sich zwischen den Laufringen 24 und 27 und zwischen
den Laufringen 24 und 28 in Käfigen 30, 30,
so dass die Wälzelemente
nach Wunsch gerollt werden können. Am
Ende des zweireihigen Wälzlagers 20 befinden sich
Dichtungen 25 und 26, die das Austreten von im Lager
befindlichem Schmiermittel sowie das Eindringen von Regen oder Staub
verhindern. Am Außenumfang
der Radnabe 10 geht die Dichtungslippe der Dichtung 25 einen
Gleitkontakt mit einem Bereich der Dichtungszunge ein. Eine gehärtete Schicht 12' wird durch
Induktionshärten
im Bereich der Dichtungszunge, des inneren Laufrings 27 und
der Fläche
des aufnehmenden Bereichs 10a angrenzend an die Schulter 47 des äußeren Gelenkteils 41 gebildet
(durch den gepunkteten Bereich gekennzeichnet). In der vorstehenden
Beschreibung ist das zweireihige Wälzlager 20 ein zweireihiges,
winkelförmiges
Kontaktkugellager, bei dem Kugeln 22 zu Darstellungszwecken
als Wälzelemente
dienen. Es kann jedoch auch ein zweireihiges Kegelrollenlager mit
Kegelrollen als Wälzelemente
verwendet werden.
-
Bei dieser Art von Lagervorrichtung
für Antriebsräder ist
die Innenseite des zweireihigen Wälzlagers 20 einem
etwas stärkeren
Belastungsmoment ausgesetzt. Damit Drehfestigkeit und Lebensdauer der
rechten und linken Teile weiterhin ausgeglichen sind, weisen die
beiden Reihen von Wälzelementen 22 zwischen
Außen-
und Innenseite unterschiedliche PCDs (Pitch Circle Diameters = Wälzkreisdurchmesser)
auf. Der PCD an der Innenseite ist etwas größer als der an der Außenseite,
da die Innenseite ein etwas stärkeres
Belastungsmoment trägt.
Auf diese Weise kann die Belastungsfähigkeit erhöht werden. Alternativ dazu
kann die Anzahl bzw. Größe der Wälzelemente 22 an
der Innenseite verändert
werden, so dass sich die Belastungsfähigkeit an der Innenseite des
Lagers erhöht.
-
Ein Gleichlaufgelenk 40 umfasst
ein äußeres Gelenkteil 41,
einen inneren Gelenkring 42, einen Käfig 43 und eine Drehmomentübertragungskugel 44.
Das äußere Gelenkteil 41 umfasst
einen tassenförmigen
Mundbereich 46, einen Schulterbereich 47, der
den Boden des Mundbereichs 46 bildet, sowie einen axialen
Bereich 45 (Schaftteil), der sich axial vom Schulterbereich 47 erstreckt.
Eine gekrümmte
Spurrille 41a verläuft
axial im Innenumfang des Mundbereichs 46.
-
Der vorstehend beschriebene innere
Laufring 28 befindet sich im Außenumfang des Schulterbereichs 47 des äußeren Gelenkteils 41,
das innen hohl ist. Der axiale Bereich 20 weist einen gestuften Bereich 45a mit
kleinem Durchmesser auf, in den der aufnehmende Bereich 10a der
Radnabe 10 gepresst ist, sowie einen plastisch verformten
Bereich 34, der an der Radnabe 10 befestigt wird.
Der aufnehmende Bereich 10a der Radnabe 10 wird
in den gestuften Bereich 45a mit kleinem Durchmesser gepresst.
Nun stößt der aufnehmende
Bereich 10a gegen den Schulterbereich 47 und der
plastisch verformte Bereich 34 wird in die Radnabe 10 eingepasst,
während sich
der plastisch verformte Bereich 34 fest mit dem unregelmäßigen Bereich 31 der
Radnabe 10 verbindet, da der Durchmesser des plastisch
verformten Bereichs 34 durch geeignete Mittel, wie z.B.
einen Formkern, der in den Innendurchmesser des Bereichs 34 eingeführt/hineingezogen/herausgezogen wird,
radial nach außen
geformt ist. Auf diese Wei se wird der plastisch verformte Bereich 34 gesenkgeschmiedet,
so dass die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 plastisch
miteinander verbunden sind. Dadurch dient der Verbindungsbereich
als Drehmomentübertragungseinrichtung
und als Verbindungseinrichtung für
die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41.
Somit sind herkömmliche
Drehmomentübertragungseinrichtungen
wie z.B. Kerbverzahnungen an der Radnabe 10 oder dem äußeren Gelenkteil 41 nicht
erforderlich.
-
Beim äußeren Gelenkteil 41 wird
ein im Innenumfang des Mundbereichs 46 ausgebildeter Bereich
der Spurrille 41a sowie ein Bereich entlang des Teils der
Dichtungszunge, mit dem die Dichtung 26 in Gleitkontakt
steht, über
den inneren Laufring 28 zum gestuften Bereich 45a mit
kleinem Durchmesser, einer Oberflächenhärtung ausgesetzt. Als Härteverfahren
wird hierfür
Induktionshärten
bevorzugt. Der radial ausgedehnte plastisch verformte Bereich 34 ist
ein nicht gehärteter
Bereich und das Material dieses Bereichs weist nach dem Schmieden
eine Oberflächenhärte von
18HRc bis 24HRc auf. Der vorstehend beschriebene Unterschied in
der Oberflächenhärte zwischen
dem plastisch verformten Bereich 34 und dem unregelmäßigen Bereich 31 der
Radnabe 10 (zwischen 54 HRc und 64 HRc) beträgt vorzugsweise
30 HRc oder höher.
Auf diese Weise kann sich der plastisch verformte Bereich 34 mit
dem unregelmäßigen Bereich 31 leicht
und tief verbinden, so dass das Ende des unregelmäßigen Bereichs 31 nicht
nachgibt und beide plastisch fest miteinander verbunden werden können. Zu
beachten ist, dass eine Lagerabdeckung 48 am Innendurchmesser
des hohlen äußeren Gelenkteils 41 befestigt
ist und dass im Mundbereich 46 eingeschlossenes Schmiermittel
am Austreten und Staub am Eintreten gehindert werden kann.
-
Wie vorstehend beschrieben ist der
unregelmäßige Bereich 31 im
Innenumfang der Radnabe 10 ausgebildet und verläuft ungefähr von einem
vorstehenden Bereich 13 der Radnabe 10 bis hin
in die Nähe
der Aktionslinie der Wälzelemente 22 an
der Außenseite
(die Linie, die sich von der Verbindungslinie der Kontaktstelle
zwischen dem Wälzelement 22 und
dem inneren Laufring 27 und dem Mittelpunkt des Wälzelements 22 erstreckt)
durch den Radmontierflansch 14. Eine kreisförmige Ausnehmung 51 ist an
der Außenseite
des unregelmäßigen Bereichs 31 ausgebildet.
Genauer gesagt: Wie in 11a dargestellt
ist die kreisförmige
Ausnehmung 51 am Ende der Außenseite des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs
L ausgebildet. Der plastisch verformte Bereich 34 weist
im axialen Bereich 45 einen radial nach außen geformten
Durchmesser auf, so dass sich der Bereich des Außendurchmessers des plastisch
verformten Bereichs 34 fest mit dem unregelmäßigen Bereich 31 verbinden
kann. Somit ist der unregelmäßige Bereich 31 zum
Teil entfernt, um die kreisförmige
Ausnehmung 51 bilden zu können, so dass der plastisch
verformte Bereich 34 nicht eingegrenzt ist und sein Durchmesser
weiter ausgedehnt sein kann. Der Lösewiderstand in axialer Richtung
nimmt folgerichtig zu.
-
Untersuchungen im Hinblick auf eine
Ausdehnung des Durchmessers, die von der Anmelderin durchgeführt worden
sind, haben ergeben, dass der Mittelpunkt des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs L
am tiefsten mit dem unregelmäßigen Bereich 31 in Eingriff
geht. Dies kann aufgrund der Form der inneren Durchmesserfläche des
plastisch verformten Bereichs 34 wie in 12 dargestellt angenommen werden. Daraus
folgt, dass durch die im Mittelpunkt ausgebildete kreisförmige Ausnehmung 51 der
Lösewiderstand
zwar erhöht,
die am Verbindungsbereich zu übertragende
Größe des Drehmoments
jedoch reduziert wird, was nicht erwünscht ist. Die den Lösewiderstand
erhöhende
kreisförmige
Ausnehmung 51 ist an jeder axialen Stelle gleich ausgebildet.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist die Ausnehmung an der Endseite des Durchmesser-Ausdehnungsbereiches L
ausgebildet, wodurch die Größe der Drehmomentübertragung
auf ein Minimum reduziert werden kann; in der Praxis bedeutet dies
0,5 bis 3,0 mal so groß wie
die Gratneigung t0 der kreisförmigen
Rille 6a vom Ende der Außenseite des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs
L. Die an der Außenseite
ausgebildete kreisförmige
Ausnehmung 51 bewirkt, dass die Scherkraft an der Seite
der Radnabe 10 reduziert wird und der gewünschte Lösewiderstand
nicht gegeben ist. In umgekehrter Weise bewirkt die mehr an der
Innenseite ausgebildete kreisförmige
Ausnehmung 51, dass die Größe des am Verbindungsbereich
zu übertragenden
Drehmoments stark reduziert wird, was nicht erwünscht ist.
-
Gemäß 11a ist die Breite t1 der kreisförmigen Ausnehmung 51 0,5
bis 3,0 mal so groß wie die
Gratneigung t0 der unabhängigen
kreisförmigen Rille 6a.
Der Bodendurchmesser d5 der kreisförmigen Ausnehmung 51 ist
1,01 bis 1,20 mal größer als der
Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen
Rille 6a bzw. als der Bodendurchmesser d3 der axialen Rille 6b,
die in 11b dargestellt
ist. Im allgemeinen sind der Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen Rille 6a und
der Bodendurchmesser d3 der axialen Rille 6b gleich geformt.
Besteht ein Unterschied zwischen den beiden Bodendurchmessern d3
und d4, wird der größere Durchmesser
angewandt.
-
Ist die Breite t1 der kreisförmigen Ausnehmung 51 nicht
mehr als 0,5 mal so groß wie
die Gratneigung t0 der kreisförmigen
Rille 6a, wird dadurch nicht nur die Bearbeitbarkeit erschwert,
sondern auch der Bereich der Scherebene bei dem ausgedehnten Bereich,
der die kreisförmige
Ausnehmung 51 füllt,
reduziert, so dass der Lösewiderstand
nicht wie erwartet erhöht
werden kann. Ist demgegenüber die
Breite nicht weniger als 3,0 mal so groß wie die Gratneigung t0, wird
dadurch die Größe der beim Verbindungsbereich
zu übertragenden
Drehmoments erheblich vermindert, was eine Vergrößerung des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs
L erforderlich macht. Eine derartige Vergrößerung des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs
L kann zu einem erhöhten
Gewicht der Vorrichtung führen,
was nicht erwünscht
ist.
-
Der Bodendurchmesser d5 der kreisförmigen Ausnehmung 51 ist
1,01 bis 1,20 mal so groß wie der
Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen
Rille 6a bzw. wie der Bodendurchmesser d3 der axialen Rille 6b,
was jedoch vom Material des äußeren Gelenkteils 41 abhängt. So
beträgt
z.B. der garantierte Mindestwert für die Ausdehnung von S53C 15%,
daher sollte der Wert vorzugsweise 1,20 sein. Jeder Wert, der nicht
unter 1,20 liegt, trägt
nicht zur Erhöhung
des Lösewiderstandes
bei, sondern verringert stattdessen die Festigkeit der Radnabe 10,
was nicht erwünscht
ist.
-
Als nächstes wird nun die Größe der Durchmesserausdehnung
des plastisch verformten Bereichs 34 beschrieben. Wie bereits
vorstehend gesagt, wird ein geeignetes Werkzeug, wie z.B. ein Formkern
in den Innendurchmesser des plastisch verformten Bereichs 34 eingeführt/hineingezogen herausgezogen,
um den Durchmesser dehnen zu können
und es dem Bereich 34 zu ermöglichen, in den unregelmäßigen Bereich 31 der
Radnabe 10 eingreifen zu können. Werte hinsichtlich z.B.
Festigkeit einschließlich
die beim Verbindungsbereich zu übertragende
Größe des Drehmoments
oder des Lösewiderstandes,
Verformbarkeit des Materials, Bearbeitbarkeit, Lebensdauer von Aufspannvorrichtungen und
dergleichen werden zur Bestimmung der Größe der Durchmesserausdehnung
in Betracht gezogen. Genauer gesagt: Der Innendurchmesser des unregelmäßigen Bereichs
der Radnabe 10, der Innendurchmesser des plastisch verformten
Bereichs 34 und der Außendurchmesser
der Aufspannvorrichtung wie z.B. ein Formkern, wie er zum Ausdehnen des
Durchmessers verwendet wird, werden hier bestimmt. Gemäß der Ausführungsform
ist, wie in den 11a und 11b dargestellt, nach erfolgter
Ausdehnung des Durchmessers der Außendurchmesser d2 des plastisch
verformten Bereichs 34 in der kreisförmigen Ausnehmung 51 1,01
bis 1,15 mal so groß wie der
Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen
Rille 6a bzw. der Bodendurchmesser d3 der axialen Rille 6b. Zu
beachten ist, dass die Querschnittsform der kreisförmigen Ausnehmung 51 nicht
nur rechteckig, sondern auch dreieckig sein kann, wie die kreisförmige Ausnehmung 51' gemäß 13a bzw. halbrund wie die
kreisförmige
Ausnehmung 51" gemäß 13b.
-
Zu beachten ist, dass das Lager gemäß der Ausführungsform
ein sogenanntes Radlager der vierten Generation ist, bei dem die
inneren Laufringe 27, 28 des zweireihigen Wälzlagers 20 direkt
in der Außenumfangsfläche der
Radnabe 10 und der Außenumfangsfläche des äußeren Gelenkteils 41 ausgebildet
sind. Solange jedoch bei dieser Konstruktion der plastische Verbindungsbereich
zwischen der Radnabe und dem äußeren Gelenkteil
an der Außenseite der
Vorrichtung angeordnet ist, ist die Erfindung ebenso auf herkömmliche
Radlagervorrichtungen der zweiten und dritten Generation anwendbar
(siehe jeweils 5 und 6). Genauer gesagt: Während die Merkmale
der Konstruktionen unverändert
geblieben sind, kann verhindert werden, dass der Verbindungsbereich
durch wiederholt auftretende Beanspruchung gelöst wird, die entsteht, wenn
das Biege-Belastungsmoment auf die Vorrichtung einwirkt, während das
Fahrzeug wendet und der axiale Bereich des äußeren Gelenkteils einschließlich des
Verbindungsbereiches gebogen wird. Darüber hinaus kann eine Reduzierung
der Größe des beim
Verbindungsbereich zu übertragenden
Drehmoments verhindert und der Lösewiderstand
mittels einer einfachen Konstruktion erhöht werden.
-
14a ist
eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Radlagervorrichtung
gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform und 14b ist eine Seitenansicht
davon. Hierbei ist ein unregelmäßiger Bereich 31 im
Innenumfang einer Radnabe 10 und eine kreisförmige Ausnehmung 51 ist
an der Außenseite
ausgebildet. Diese Ausführungsform
ist im wesentlichen identisch mit der Ausführungsform nach 9, wobei der einzige Unterschied
darin besteht, dass zusätzlich
zur kreisförmigen
Ausnehmung 51 nach 11a eine
weitere kreisförmige
Ausnehmung 51 am Ende der Innenseite des Durchmesser-Ausdehnungsbereichs
L ausgebildet ist. Gleiche Bauteile und Bereiche weisen gleiche
Bezugsziffern auf und werden nicht weiter beschrieben. Auf diese
Weise sind die kreisförmigen Ausnehmungen 51 an
beiden Enden des Durchmesser-Ausdehnungsbereiches L ausgebildet,
so dass die Größe des beim
Verbindungsbereich zu übertragenden
Drehmoments nicht reduziert wird und der Lösewiderstand sogar noch weiter
erhöht
werden kann. Festzustellen ist, dass Position, Größe etc.
der kreisförmigen
Ausnehmungen 51 denen gemäß der vorstehenden Ausführungsform
gleichen.
-
15a ist
eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer Radlagervorrichtung
gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform und 15b ist eine Seitenansicht
davon. Diese Ausführungsform
ist im wesentlichen identisch mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei
der einzige Unterschied in der Konstruktion der Radnabe besteht.
Gleiche Bauteile und Bereiche weisen gleiche Bezugsziffern auf und
werden nicht weiter beschrieben.
-
Die Radnabe 10 weist im
Innenumfang einen gehärteten
unregelmäßigen Bereich 31 auf
und ermöglicht
es dem plastisch verformten Bereich 34 eines axialen Bereichs 45 in
einem äußeren Gelenkteil 41,
sich fest mit dem unregelmäßigen Bereich 31 zu verbinden,
damit die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 plastisch
miteinander verbunden sind. Ähnlich
wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bedeckt der Bereich
des unregelmäßigen Bereichs 31 den
Bereich ab dem vorstehenden Bereich 13 über den Radmontierflansch 14 bis
hin in die Nähe
der Aktionslinie der Wälzelemente
(nicht dargestellt) an der Außenseite.
Die Endfläche
der Außenseite
der Radnabe 10 ist hier versenkt und bildet so eine kreisförmige Ausnehmung 52.
Der Durchmesser des plastisch verformten Bereichs 34 des
axialen Bereichs 45 erstreckt sich radial nach außen, so dass
der Bereich des Außendurchmessers
des plastisch verformten Bereichs 34 in den unregelmäßigen Bereich 31 eingreift.
Die durch Entfernen eines Teils des unregelmäßigen Bereichs 31 gebildeten
kreisförmige
Ausnehmung 52 erlaubt es, dass der plastisch verformte
Bereich 34 bei dem Teil unbegrenzt und weiter ausgedehnt
ist. Folglich wird durch den ausgedehnten Bereich in der kreisförmigen Ausnehmung 52 der
Lösewiderstand
in axialer Richtung erhöht.
-
Gemäß 15a ist die Tiefe der kreisförmigen Ausnehmung 52,
genauer gesagt, die Größe t2 des
plastisch verformten Bereichs 34 von der Endfläche 34a im
Bereich zwischen 0,5 bis 3,0 mal so groß wie die Gratneigung t0 der
unabhängigen
kreisförmigen
Rille 6a. Der Bodendurchmesser d5 der kreisförmigen Ausnehmung 52 ist
nicht geringer als der Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen Rille 6a bzw. der
Bodendurchmesser d3 der axialen Rille 6b gemäß 15b und 1 mm kleiner als
der Außendurchmesser
D1 des vorstehenden Bereichs 13 in der Radnabe 10 (D1–1(mm)).
-
Ist die Tiefe t2 der kreisförmigen Ausnehmung 52 nicht
mehr als 0,5 mal so groß wie
die Gratneigung t0 der kreisförmigen
Rille 6a, ist der Bereich der Scherebene des sich in die
kreisförmige
Ausnehmung 52 erstreckenden Bereichs reduziert und der Lösewiderstand
kann nicht wie erwünscht
erhöht werden.
Ist demgegenüber
die Tiefe nicht weniger als 3,0 mal so groß wie die Gratneigung t0, wird
dadurch die Größe des beim
Verbindungsbereich zu übertragenden
Drehmoments erheblich reduziert, was nicht erwünscht ist.
-
Der Bodendurchmesser d5 der kreisförmigen Ausnehmung 52 beträgt nicht
mehr als D1–1 (mm)
in Anbetracht der Festigkeit und Bearbeitbarkeit des Bereichs 13.
Folglich kann, ähnlich
wie bei der kreisförmigen
Ausnehmung 51 gemäß der früher beschriebe nen
Ausführungsformen,
der Durchmesser zwischen 1,01 bis 1,20 mal so groß sein wie
der Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen Rille 6a bzw.
der Bodendurchmesser d3 der axialen Rille 6b.
-
Ähnlich
wie bei den zu einem früheren
Zeitpunkt beschriebenen Ausführungsformen
werden im Hinblick auf die Größe der Durchmesserausdehnung des
plastisch verformten Bereichs 34 Werte wie z.B. Festigkeit
einschließlich
der beim Verbindungsbereich zu übertragenden
Größe des Drehmoments bzw.
des Lösewiderstandes,
Verformbarkeit des Materials, Bearbeitbarkeit, Lebensdauer von Aufspannvorrichtungen
in Betracht gezogen, um den Innendurchmesser des unregelmäßigen Bereichs 31 der Radnabe 10,
den Innendurchmesser des plastisch verformten Bereichs 34 und
den Außendurchmesser des
Werkzeugs für
die Ausdehnung des Durchmessers, wie z.B. einen Formkern, zu bestimmen.
Genauer gesagt: Der Außendurchmesser
d2 des plastisch verformten Bereichs 34 in der kreisförmigen Ausnehmung 52 ist
nach der Durchmesserausdehnung 1,01 bis 1,15 mal so groß wie der
Bodendurchmesser d4 der kreisförmigen
Rille 6a bzw. der Bodendurchmesser der axialen Rille 6b.
-
16 zeigt
eine Radlagervorrichtung gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Dabei unterscheidet sich die Radlagervorrichtung von der in 9 gezeigten Radlagervorrichtung
dadurch, dass das Ende des äußeren Gelenkteils 41 plastisch
radial nach außen
verformt ist und so einen gesenkgeschmiedeten Bereich 53 bildet,
der die Radnabe 10 und das äußere Gelenkteil 41 axial
fixiert. Die vorstehend beschriebenen kreisförmigen Ausnehmungen 51 und 52 können bei
der Radlagervorrichtung ausgebildet sein.
-
Wie bei den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
der erfindungsgemäßen Radlagervorrichtung
ist ein unregelmäßiger Bereich
teilweise entfernt worden, um eine festgelegte kreisförmige Ausnehmung
zu bilden, so dass sich das Teil, das innen angeordnet ist, zum
Teil in die kreisförmige Ausnehmung
erstreckt. Auf diese Weise ist der plastisch verformte Bereich bei
dem Teil durch den unregelmäßigen Bereich
unbegrenzt und weiter ausgedehnt. Folglich kann der Lösewiderstand
zwischen Radnabe und äußerem Gelenkteil
mittels einer einfachen Konstruktion erhöht werden.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung
im Detail beschrieben und dargestellt worden ist, dient dies nur der
Darstellung und als Beispiel und ist nicht als Einschränkung anzusehen.
Weitere Ausbildungsformen sind möglich,
ohne dass vom Geist der Erfindung abgewichen wird. Der Umfang der
Erfindung ist durch die beigefügten
Ansprüche
angezeigt und sämtliche Änderungen,
die der Bedeutung sowie dem Umfang der Erfindung äquivalent
sind sollen demzufolge durch sie gedeckt sein.