DE112004001656T5 - Radtraglagerbaugruppe - Google Patents

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DE112004001656T5
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raceway surfaces
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hub axle
bearing assembly
raceway
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DE112004001656T
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Hisashi Iwata Ohtsuki
Masuo Takaki
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

Radtraglagerbaugruppe für das drehbare Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie, wobei die Baugruppe ein äußeres Bauelement mit einem äußeren, mit einem Flansch gebildeten Umfang und auch einen inneren, mit Laufbahnoberflächen gebildeten Umfang aufweist; ein inneres Bauelement, das mit Laufbahnoberflächen gebildet ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen; Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement bzw. Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement angeordnet sind; und eine Dichtungseinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist, aufweist;
wobei das innere Bauelement eine Nabenachse aufweist, die mit einer der Laufbahnoberflächen und einem Radmontageflansch gebildet ist; und
wobei der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf mindestens eine der Laufbahnflächen in der Nabenachse und die Laufbahnflächen im äußeren Bauelement ist so gewählt, dass er gleich oder kleiner als 15° ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radlagerbaugruppe zum drehbaren Tragen (Halten) eines Fahrzeugrads wie zum Beispiel eines Kraftfahrzeugrads.
  • ALLGEMEINER HINTERGRUND
  • Sowohl eine Nabenachse als auch ein äußerer Läufer (outer race) der Radtraglagerbaugruppe eines Typs einer Nabeneinheit werden durch ein Bearbeitungsverfahren hergestellt, das anschließend an ein Schmiedeverfahren ausgeführt wird. Das Schmiedeverfahren wird allgemein durch Erhitzen eines, beispielsweise, 0,4 bis 0,8% Kohlenstoff enthaltenden Kohlenstoffstahlstabs auf ca. 1.100°C durchgeführt, nachdem ein derartiger Kohlenstoffstahlstab in Querrichtung geschnitten wurde. Anschließend werden die Vorgänge Stauchen, Vorformung, Fertigschmieden und Bohren ausgeführt.
  • Da die Nabenachse und der äußere Läufer jeweils auf die oben angegebene Weise geschmiedet sind, verkörpern der vom Kohlenstoffstahlstab für die Nabenachse gezeigte Faserverlauf (fiber flow) und der für den äußeren Läufer nach dem Schmiedeverfahren gezeigte Faserverlauf, beispielsweise, das was in der 11 bzw. 13 veranschaulicht ist. In diesen Abbildungen sind die fertigen Konturen der Nabenachse 81 und der des äußeren Läufers, beide nach der Bearbeitung, jeweils durch gestrichelte Linien gezeigt.
  • 12 veranschaulicht eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils A der 11, die eine Laufbahnoberfläche 90 der Nabenachse 81 zeigt, die durch Bearbeitung geformt, worden ist. 14A und 14B veranschaulichen Schnittansichten der Teile A und B der 13, die Laufbahnoberflächen 92 und 93 des äußeren Läufers 84 zeigen, die jeweils durch Bearbeitung geformt worden sind. In 12 und 14 weist jede der Laufbahnoberflächen 90, 92 und 93 die Krümmung mit dem Zentrum O auf. Im Bereich der Krümmung ab einem Randteil X im unteren Teil der jeweiligen rillenförmigen Laufbahnoberflächen 90, 92 und 93, wo die Krümmung beginnt, zu einem weiteren Kantenbereich Y im Schulterteil jeder Oberfläche, ist die gerade Linie L so gezogen, dass sie zwischen dem Mittelpunkt der Krümmung O und dem Punkt P verläuft, auf den der Abschnitt des Faserverlaufs F fällt, und andererseits ist die tangentiale Linie T so gezogen, dass sie durch den Schnittpunkt P mit der geraden Linie L und jeder der Laufbahnoberflächen verläuft. Man erhält den Winkel α zwischen der tangentialen Linie T1 des Faserverlaufs F und der tangentialen Linie T. Dieser Winkel ist als der Winkel α des Faserverlaufs F bezüglich der jeweiligen Laufbahnfläche festgelegt.
  • Dieser Winkel α des Faserverlaufs hängt mit der Größenordnung der Bearbeitungszugabe („machining allowance") (dem Unterschied zwischen der Form der geschmiedeten Laufbahnoberfläche und der Form der bearbeiteten Laufbahnoberfläche) zusammen. Es besteht die Tendenz, dass mit der Erhöhung der Bearbeitungszugabe die Vergrößerung des Winkels α des Faserverlaufs einhergeht. Der Winkel α des Faserverlaufs variiert zwischen 15° < α < 20° bei der der Nabenachse 81 und zwischen 15° < α < 80° beim äußeren Läufer 84, der eine große Bearbeitungszugabe zeigt.
  • Der Faserverlauf F ist ein Materialfluss, der während der Stabbildung induziert wird und einige, während der Stahlherstellung nicht entfernte Verunreinigungen sind im Stab vorhanden. Diese Verunreinigungen existieren entlang des Faserverlaufes F. Im Allgemeinen wird die Lebensdauer der Rollenlagerbaugruppe, bei normalem Schmierzustand, zum größten Teil durch im Material enthaltene Verunreinigungen, speziell jenen eines Oxidationssystems, beeinträchtigt. Allgemein wird gesagt, dass sich die Lebensdauer verringert, wenn die Verunreinigungen groß und lang und/oder in großer Zahl vorhanden sind.
  • Obwohl auf dem Resultat von Versuchen beruhend, die mit Hilfe von Prüfkörpern durchgeführt wurden, gibt es eine Korrelation zwischen dem Winkel des Faserverlaufs bezüglich der Laufbahnoberfläche und der Lebensdauer der Rollenlagerbaugruppe, und es ist bekannt, dass die Lebensdauer der Rollenlagerbaugruppe mit Zunahme des Winkels abnimmt. Ferner wird gesagt, dass es selbst in der Radtraglagerbaugruppe („wheel support bearing assembly"), wenn die Herstellung aus einem Rohrmaterial oder einem Stangenmaterial in Betracht gezogen wird, dies zur Verringerung der Möglichkeit fuhrt, dass der Faserverlauf isoliert oder durchschnitten („cut") wird (siehe hierzu die japanische Patentveröffentlichung Nr. 5-66215).
  • Aber da die normale Radtraglagerbaugruppe die gegenwärtig verlangte Rolllebensdauer erfüllt, wird praktisch dem Faserverlauf keine Beachtung geschenkt, und die Form des Materials vor der Bearbeitung wird nur durch leichte Schmiedbarkeit bestimmt. Jedoch involviert die Form des leicht zu schmiedenden Materials vor der Bearbeitung eine große Bearbeitungszugabe und erfordert eine größere Zahl von Bearbeitungsschritten. Demzufolge erhöhen sich die Herstellungskosten, und es führt zu keiner Kostensenkung des Produkts. Andererseits, selbst wenn die Rolllebensdauer der normalen Radtraglagerbaugruppe gegenwärtig zufriedenstellend ist, könnte künftig erwartet werden, dass Forderungen zunehmen, die Radtraglagerbaugruppe, d.h. ein Kraftfahrzeugbestandteil, das unter schweren Bedingungen verwendet wird, so zu fertigen, dass sie eine längere Rolllebensdauer hat. Obwohl die oben erwähnte japanische Patentveröffentlichung Nr. 5-66215 beschreibt, dass im Vergleich zur Herstellung der Radtraglagerbaugruppe aus einem Rohrmaterial oder deren Herstellung aus einem Rundstangenmaterial zu einer Verringerung der Möglichkeit führen kann, dass der Faserverlauf isoliert oder durchschnitten („cut") wird, sind weder die Minimierung der Isolierung oder Auftrennung des Faserverlaufs noch irgendeine andere Überlegung hinsichtlich des Winkels des Faserverlaufs in Betracht gezogen worden. Außerdem richtet sich das in der oben erwähnten Patentveröffentlichung offenbarte Herstellungsverfahren auf ein Herstellungsverfahren eines kragen- bzw. bundlosen („collarless") äußeren Läufers, und es ist nicht klar, ob das offenbarte Verfahren erweitert oder auf die Nabenachse und den mit einem Bund versehenen äußeren Läufer angewandt werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Radtraglagerbaugruppe vorzusehen, in der, durch Reduzieren der Bearbeitungszugabe („allowance") einer Laufbahnoberfläche, die Rolllebensdauer der Laufbahnoberfläche verlängert werden kann und sich sowohl das Gewicht des verwendeten Materials als auch die zum Ausführen der Bearbeitung benötigte Zeit reduzieren lässt.
  • Eine Radtraglagerbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung, die für das drehbare Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist, weist ein äußeres Bauelement („member") mit einem äußeren Umfang, der mit einem Flansch geformt ist, und auch einen inneren Umfang, der mit Laufbahnoberflächen ausgebildet ist, auf, ein inneres Bauelement, das mit Laufbahnoberflächen ausgebildet ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen, sowie Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement bzw. Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement angeordnet sind und eine Dichtungseinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist. Das innere Bauelement („member") weist eine Nabenachse auf, die mit einer der Laufbahnoberflächen und einem Radmontageflansch gebildet ist. Der Winkel des Faserverlaufs („angle of the fiber flow") in Bezug auf mindestens eine der Laufbahnflächen in der Nabenachse und die Laufbahnflächen im äußeren Bauelement ist so gewählt, dass er gleich oder kleiner als 15° ist. Jede der Laufbahnoberflächen hat ein (Querschnitts-)Profil, das entweder bogenförmig ist, um die Rollelemente in Form einer Kugel aufzunehmen, oder kegelig, um Rollelemente in Form eines Kegels aufzunehmen.
  • Es besteht eine Korrelation zwischen dem Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf die Laufbahnfläche und die Rolllebensdauer. Bei Zunahme des Winkels verringert sich die Rolllebensdauer. Unter Berücksichtigung der Lebensdauer jedes der inneren und äußeren Bauelemente in Bezug auf den Faserverlaufswinkel wurde festgestellt, dass die Wahl des Faserverlaufswinkels gleich oder kleiner als 15° dazu führt, eine Rolllebensdauer zu erhalten, die im Wesentlichen gleich jener ist, die erreicht wird, wenn der Faserverlaufswinkel Null ist. Außerdem bewirkt die Wahl des Faserverlaufswinkels gleich oder kleiner als 15° die Reduzierung der Bearbeitungszugabe für die Laufbahnoberfläche, die Reduzierung des Gewichts des verwendeten Materials und der Länge der zur Durchführung des Bearbeitungsvorgangs benötigten Zeit.
  • Obwohl bei der vorliegenden Erfindung, selbst wenn die Begrenzung des oben beschriebenen Faserverlaufswinkels entweder nur auf die Nabenachse oder das äußere Bauelement angewandt werden könnte, die obigen Wirkungen an der Nabenachse oder dem äußeren Bauelement erreicht werden können, wird eine derartige Begrenzung des Faserverlaufswinkels vorzugsweise sowohl auf die Nabenachse als auch das äußere Bauelement angewandt.
  • Außerdem ist jeder der Faserverlaufswinkel („fiber flow angle") in Bezug auf die Laufbahnoberfläche in der Nabenachse und jener in Bezug auf die Laufbahnoberfläche im äußeren Bauelement vorzugsweise gleich oder kleiner als 10°. Insbesondere wird der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche in der Nabenachse gleich oder kleiner als 10° gewählt. Folglich könnte beispielsweise der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche im äußeren Bauelement gleich oder kleiner als 15° gewählt werden und der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnfläche in der Nabenachse gleich oder kleiner als 10° gewählt werden.
  • Die Radtraglagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung lässt sich auf den Typ anwenden, bei dem das äußere Bauelement keinen im äußeren Umfang geformten Flansch aufweist.
  • Speziell dort, wo die Radtraglagerbaugruppe zum drehbaren Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie ein äußeres Bauelement aufweist, das einen inneren Umfang hat, der mit einer Mehrzahl von Laufbahnoberflächen geformt ist; ferner ein inneres Bauelement aufweist, das mit einer Mehrzahl von Laufbahnoberflächen geformt ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen; Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement bzw. den Laufbahnelementen im äußeren Bauelement angeordnet sind; und eine Dichteinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist und das innere Bauelement eine Nabenachse aufweist, die mit einer der Laufbahnoberflächen und einem Radmontageflansch gebildet ist, wird der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche in der Nabenachse so gewählt, dass er gleich oder kleiner als 15° ist. Selbst in diesem Fall wird der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche in der Nabenachse noch bevorzugt gleich oder kleiner als 10° gewählt.
  • Ferner lässt sich die vorliegende Erfindung auf eine Radtraglagerbaugruppe, beispielsweise eines Typs zweiter Generation, anwenden. Speziell wo die Radtraglagerbaugruppe zum drehbaren Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie ein äußeres Bauelement mit einem äußeren Umfang, der mit einem Flansch geformt ist und auch einen inneren Umfang, der mit einer Mehrzahl von Laufbahnflächen gebildet ist; aufweist, ein inneres Bauelement, das mit einer Mehrzahl von Laufbahnoberflächen gebildet ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen; Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement und den Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement angeordnet sind; und eine Dichteinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist, aufweist, könnte der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf jede der Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement als gleich oder kleiner als 15° gewählt werden. Selbst dieser Faserverlaufswinkel ist vorzugsweise gleich oder kleiner als 10°. Im Falle dieser Radtraglagerbaugruppe könnte entweder das äußere oder das innere Bauelement ein drehbares Bauelement sein. Wo das äußere Bauelement ein drehbares Bauelement ist, dient der Flansch am äußeren Umfang des äußeren Bauelements als Radmontageflansch, aber wo das innere Bauelement ein drehbares Bauelement ist, dient der Flansch am äußeren Umfang des äußeren Bauelements als Fahrzeugkarosserie-Montageflansch.
  • Die Radtraglagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung könnte so sein, dass die anderen der Laufbahnoberflächen des inneren Bauteils auf einem inneren Läufersegment gebildet sein könnten, das auf einem äußeren Umfang eines Endes der Nabenachse montiert ist. Mit anderen Worten, es könnte sich um eine Radtraglagerbaugruppe eines Typs der dritten Generation handeln.
  • In der Radtraglagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung könnte das innere Bauteil zwei innere Läufer mit jeweiligen Laufbahnoberflächen aufweisen, die den im äußeren Bauelement bereitgestellten Laufbahnoberflächen gegenüberstehen, mit anderen Worten, es könnte sich um eine Radtraglagerbaugruppe des Typs zweiter Generation handeln. In so einem Fall könnte die Radtraglagerbaugruppe eines Typs sein, bei dem sich der äußere Läufer dreht, oder eines Typs sein, bei dem sich der innere Läufer dreht.
  • Die Radtraglagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung könnte die eines Typs der vierten Generation sein.
  • In der Radtraglagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung könnten die Nabenachse oder das äußere Bauelement, für welche der Faserverlaufswinkel, wie oben beschrieben, spezifiziert ist, aus einem Lagerstahl oder einem Einsatzstahl („carbwized steel" oder einem Kohlenstoff) hergestellt sein, der einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8% aufweist.
  • Im Falle des Stahlbauteils jener Materialien ist die Beziehung zwischen jeder der Laufbahnoberflächen und dem Faserverlaufswinkel bestätigt worden.
  • Da die Radtraglagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung so ist, dass der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche in der Nabenachse; die an ihrem äußeren Umfang den Radmontageflansch aufweist, so gewählt wird, dass er gleich oder kleiner als 15° ist und/oder der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche im äußeren Bauelement mit Flansch an seinem äußeren Umfang gewählt wird, dass er gleich oder kleiner als 15° ist, können nicht nur die Rolllebensdauer der Laufbahnoberfläche verlängert, sondern auch die Bearbeitungszugabe der Laufbahnoberfläche reduziert werden, und sowohl das Gewicht des verwendeten Materials als auch die erforderliche Zeitdauer der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs können reduziert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Auf jeden Fall wird die vorliegende Erfindung, anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen, klarer verständlich werden. Die Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen sind aber nur für den Zweck der Veranschaulichung und Erläuterung bereitgestellt und sollen in keiner Weise als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend erachtet werden. In den beigefügten Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen benutzt, um gleiche Teile überall in den verschiedenen Ansichten zu bezeichnen.
  • 1 ist eine teilweise Schnittansicht, die einen Teil einer Radtraglagerbaugruppe nach einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2A und 2B sind erläuternde Diagramme, die einen Schmiedeschritt zeigen, der jeweils auf die Nabenachse und einen äußeren Läufer angewandt wird;
  • 3 ist eine Schnittansicht eines Materials nach Beendigung des Schmiedeschritts, der auf die Nabenachse der Radtraglagerbaugruppe angewandt wird;
  • 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen in der 3 mit A markierten Teil zeigt;
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Materials nach Beendigung des Schmiedeschritts, der auf den äußeren Läufer der Radtraglagerbaugruppe angewandt wird;
  • 6A und 6B sind vergrößerte Schnittansichten, die jeweilige in der 5 mit A und B markierte Teile anzeigen;
  • 7A ist eine grafische Darstellung (Chart), die das Resultat von Versuchen anzeigt;
  • 7B ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen jedem der Prüfstücke und der axialen Richtung eines als Rohmaterial verwendeten Stangenmaterials zeigt;
  • 8A und 8B sind teilweise Schnittansichten, die verschiedene bevorzugte jeweilige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 9A und 9B sind teilweise Schnittansichten, die weitere verschiedene, jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 10 ist eine teilweise Schnittansicht, die ein noch weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 11 ist eine Schnittansicht, die ein Material nach Beendigung des Schmiedeschritts, auf die herkömmliche Nabenachse angewandt, zeigt;
  • 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen in der
  • 11 mit A markierten Teil zeigt;
  • 13 ist eine Schnittansicht, die ein Material nach Beendigung des Schmiedeschritts, auf den herkömmlichen äußeren Läufer angewandt, zeigt;
  • 14A und 14B sind vergrößerte Schnittansichten, die jeweilige in der 13 mit A und B markierte Teile zeigen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit spezieller Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein Beispiel dar, in dem die vorliegende Erfindung auf eine Kugeltyp-Radtraglagerbaugruppe („third generation ball type wheel support bearing assembly") dritter Generation eines inneren Läuferrotationsmodells für das Tragen eines Kraftfahrzeugantriebrads angewandt ist. Diese Radtraglagerbaugruppe weist ein inneres Bauelement 3, bestehend aus einer Nabenachse 1 und einem inneren Läufersegment 2, das auf einem äußeren Umfang eines nach innen gerichteten Endes der Nabenachse 1 montiert ist, und ein äußeren Bauelement 4 auf und ist für das drehbare Tragen des Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie eingerichtet. Die Nabenachse 1 hat ein mit einem Radmontageflansch 5 versehenes Außenende. Eine Mehrzahl von Radmontagebolzen 8 ist in jeweilige Bolzenaufnahmelöcher 7 eingepresst, die im Flansch 5 in einer auf den Umfang des Flansches 5 bezogenen Reihe ausgebildet sind. Außerdem liegt die Nabenachse 1 in Form eines rohrförmigen Bauelements vor, das eine darin ausgebildete Mittenbohrung 1a aufweist. In die Mittenbohrung 1a ist ein Wellenteil eines äußeren Kopplungsbauelements eines Gleichlaufgelenks (nicht gezeigt) eingeschoben. Die Nabenachse 1 und das innere Läufersegment 2 weisen Laufbahnoberflächen 10 bzw. 11 auf, die darin ausgebildet sind. Das äußere Bauelement 4 besteht aus einem einzigen äußeren Läufer und hat seinen äußeren Umfang mit einem Fahrzeugkarosserie-Montageflansch 6 gebildet. Dieser Flansch 6 weist eine Mehrzahl von Bolzenaufnahmelöchern 9 auf, die darin in einer auf den Umfang bezogenen Reihe ausgebildet sind. Das äußere Bauelement 4 hat Laufbahnoberflächen 12 und 13, die den Laufbahnoberflächen 10 bzw. 11 in der Nabenachse 1 und dem inneren Läufersegment 2 gegenüberstehen. Doppelreihen von Rollelementen 14 sind zwischen den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 10 und 12 bzw. zwischen den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 11 und 13 angeordnet. Jede der Laufbahnoberflächen 10 bis 13 ist mit einem Berührungswinkel ausgeführt; und diese Lagerbaugruppe ist eines Typs mit winkeligem Kontakt. Die Rollelemente 14 sind in Form von Kugeln, beispielsweise, Stahlkugeln ausgeführt. Jede der Reihen der Rollelemente 14 wird von einem jeweiligen Halter 29 gehalten. Gegenüberliegende offene Enden eines ringförmigen Lagerraums, die zwischen dem inneren Bauelement 3 und dem äußeren Bauelement 4 begrenzt sind, werden durch Dichteinheiten 15 und 16 abgedichtet. Die Dichteinheiten 15 und 16 sind beispielsweise an einer inneren peripheren Oberfläche des äußeren Bauelements 4 befestigt und weisen Kontaktdichtlippen auf, die gleitend mit jeweiligen äußeren peripheren Oberflächen der Nabenachse 1 und dem inneren Läufersegment 2 in Eingriff bringbar sind.
  • Die Nabenachse 1 und das äußere Bauelement 4 werden beide durch Bearbeitung nach einem Schmieden hergestellt. Material für jeweils die Nabenachse 1 und das äußere Bauelement 4 wird in Form von beispielsweise einem Lagerstahl oder einem Einsatzstahl oder einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8% verwendet. Während des Schmiedeschritts werden die Nabenachse 1 und das äußere Bauelement 3 auf eine solche Weise, wie in den 2A bzw. 2B gezeigt, hergestellt, dass ein Stab W des oben erwähnten, auf eine vorbestimmte Größe geschnittenen Materials auf eine Temperatur von ca. 1.100°C erhitzt, dann gestaucht, grob geformt (Vorformen), fertig geformt (Fertigschmieden) und gebohrt wird, um eine Mittenbohrung aufzuweisen. Mit diesem Schmiedeschritt wird die Nabenachse 1 zu so einer Form verarbeitet, wie sie in der 3 gezeigt ist, und das äußere Bauelement 4 wird ähnlich zu einer solchen Form verarbeitet, wie sie in der 5 gezeigt ist. In diesen Abbildungen sind jeweilige endgültige Formen der Nabenachse 1 und des äußeren Bauelements 4 nach Bearbeitung durch gestrichelte Linien gezeigt. Außerdem sind den Faserverlauf F repräsentierende Kurven in den 3 und 5 gezeigt. Die Nabenachse 1 der endgültigen Form hat die äußere periphere Oberfläche mit einer Dichtungskontaktoberfläche 17 einer bogenförmigen Schnittform gebildet, die zur äußeren Laufbahnoberfläche 10 fortgesetzt ist, welche Oberfläche 17 ihrerseits in Richtung einer Seitenfläche des Flansches 5 fortgesetzt ist. Ein Teil der äußeren peripheren Oberfläche an einer nach innen gerichteten Seite der Laufbahnoberfläche 10 repräsentiert eine Schnittform einer geraden oder zylindrischen Oberfläche. Das äußere Bauelement 4 ist so geformt, dass es die Laufbahnoberflächen 12 und 13 einer bogenförmigen Schnittform nach entgegengesetzten Seiten eines zylindrischen Oberflächenbereichs 18 fortsetzt, an denen der Mindestdurchmesser des äußeren Bauelements 4 gezeigt ist. Das äußere Bauelement 4 ist außerdem in zylindrische Oberflächenbereiche 19 und 20 geformt, die einen geringfügig kleineren Durchmesser als der maximale Durchmesser der Laufbahnoberflächen 12 und 13 haben und ab den Laufbahnoberflächen 12 und 13 in Richtung entgegengesetzter Enden des äußeren Bauelements 4 fortgesetzt sind.
  • Die Laufbahnoberfläche 10 der Nabenachse 1 ist in einem vergrößerten Maßstab in der 4 gezeigt. Die Laufbahnoberflächen 13 und 12 des äußeren Bauelements 4 sind in einem vergrößerten Maßstab in den 6A bzw. 6B gezeigt. Wie in der 4 gezeigt, ist der Winkel α des Faserverlaufs F in Bezug auf die Laufbahnoberfläche 10 der Nabenachse 1 gleich oder kleiner als 15° und vorzugsweise gleich oder kleiner als 10°. Ferner sind, wie in den 6A und 6B gezeigt, die jeweiligen Winkel α des Faserverlaufs F in Bezug auf die Laufbahnoberflächen 12 und 13 des äußeren Bauelements 4 gleich oder kleiner als 15° und vorzugsweise gleich oder kleiner als 10°.
  • Der Faserverlaufswinkel α ist in Bezug auf jede der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 wie folgt festgelegt. Insbesondere hat jede der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 die Krümmung mit dem Zentrum O. Im Bereich der Krümmung ab einem Randteil X im unteren Teil jeder der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13, wo die Krümmung zu einem weiteren Randteil Y im Schulterteil davon beginnt, ist die gerade Linie L so gezogen, dass sie das Krümmungszentrum O mit dem Punkt, auf den der Teil des Faserverlaufs F fällt, verbindet und andererseits ist die tangentiale Linie T so gezogen, dass sie in Berührung mit dem Punkt P des Schnittpunkts zwischen der geraden Linie L und jeder der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 verläuft. Der Faserverlaufswinkel α in Bezug auf die jeweiligen Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 ist durch den Winkel α, der zwischen der tangentialen Linie T1 des Faserverlaufs F, die durch jeden Punkt P des Schnittpunkts und der tangentialen Linie T der jeweiligen Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 verläuft, repräsentiert. Es ist zu beachten, dass, wo die Laufbahnoberfläche kegelförmig ist, eine gerade Linie, die sich entlang des Teils der kegelförmigen Oberfläche erstreckt, der die Laufbahnoberfläche definiert, d.h., die Generatrix der kegelförmigen Oberfläche anstelle der tangentialen Linie T verwendet wird, und der zwischen dieser Generatrix und der tangentialen Linie T1 des Faserverlaufs F geformte Winkel ist als der Faserverlaufswinkel α festgelegt. Außerdem wird, wo die kegelförmige Oberfläche ballig/gewölbt („crowned") ist, die tangentiale Linie zur Balligkeitskrümmung als die tangentiale Linie T verwendet.
  • Jetzt wird die Funktion der oben beschriebenen Konstruktion beschrieben. Es besteht eine Korrelation zwischen dem Winkel α des Faserverlaufs in Bezug auf die Laufbahnfläche 10, 12 oder 13 und der Rolllebensdauer (auch: Rollenlebensdauer). Mit Zunahme des Faserverlaufswinkels verringert sich die Rolllebensdauer. Infolge von Versuchen und Forschung wurde festgestellt, dass die Wahl des Winkels α des Faserverlaufs F eines Werts gleich oder kleiner als 15° bei der Nabenachse 1 und, ähnlich, die Wahl des Winkels α des Faserverlaufs F eines Werts gleich oder kleiner als 15° beim äußeren Bauelements 4, bewirkt, die Rolllebensdauer der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 im Vergleich zu jenen in der konventionellen Technik zu verlängern. Ferner wurde festgestellt, dass die Wahl des Winkels α des Faserverlaufs F eines Werts gleich oder kleiner als 10° in der Nabenachse 1 und im äußeren Bauelement 4 bewirkt, die Rolllebensdauer der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13 weiter zu verlängern. Reduzierung der Winkel α des Faserverlaufs F auf den Wert gleich oder kleiner als 15° in der Nabenachse 1 und im äußeren Bauelement 4 lässt sich, wie bereits oben besprochen, erzielen, indem die Form des Materials nach Beendigung des Schmiedens extrem nahe an die endgültige Form herangebracht wird. Dies führt seinerseits zur Reduzierung der Bearbeitungszugabe jeder der Laufbahnoberflächen 10, 12 und 13, und folglich können das Materialgewicht und die erforderliche Zeitdauer zum Vollenden des Bearbeitungsvorgangs reduziert werden.
  • 7A veranschaulicht die Resultate der Versuche, die mithilfe von Rolldauerfestigkeitsprüfstücken durchgeführt wurden, wobei jedes von einem Stangenmaterial abgeschnitten wurde, um die entsprechende Laufbahnoberfläche zu formen. Diese Resultate wurden erzielt, wenn der Faserverlaufswinkel in Bezug auf die Laufbahnoberfläche 0°, 15°, 30°, 45° bzw. 90° betrug. Die 7B veranschaulicht die Beziehung zwischen jedem der Prüfstücke und der Axialrichtung des Stangenmaterials. Wird die Rolllebensdauer in Betracht gezogen, macht die 7A klar, dass, wenn der Faserverlaufswinkel gleich oder kleiner als 15° ist, die Rolllebensdauer im Wesentlichen gleich jener ist, wenn der Faserverlaufswinkel 0° (ideal) ist.
  • Jetzt wird das Messverfahren für den Faserverlauf beschrieben.
  • 1. Prozedur zum Ausfällen des Faserverlaufs:
    • (1) Mithilfe eines Schneidwerkzeugs werden jeweils die Nabenachse und der äußere Läufer an einer Stelle in axialer Richtung geschnitten, um ein Prüfstück bereitzustellen.
    • (2) Das Prüfstück wird in ein Bad getaucht, das eine Lösung von Salzsäure (50% Salzsäure und 50% Wasser) erhitzt auf 75 bis 80°C enthält.
    • (3) Das Prüfstück wird 10 bis 15 Minuten lang untergetaucht.
    • (4) Das Prüfstück wird entfernt, abgespült, getrocknet und mit Rostschutzmittel behandelt.
  • 2. Bestimmung des Faserverlaufs.
  • Ein Schnittfoto des Laufbahnoberflächenbereichs, das den so durch die obige Prozedur ausgefällten Faserverlauf zeigt, wird aufgenommen und der zwischen dem unteren Teil und dem Schulterteil der Laufbahnoberfläche ausgefällte Winkel des Faserverlaufs wird bei einer Vergrößerung von 2 bis 5 bestimmt.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel das innere Läufersegment 2 als in die Nabenachse 1 eingepresst oder mithilfe von Bolzen (nicht gezeigt) daran befestigt gezeigt und beschrieben worden ist, das innere Läufersegment 2 mittels eines verkerbten („staked) Teils 21, das am nach innen gerichteten Ende der Nabenachse 1 ausgebildet ist, wie in der 8A gezeigt, an der Nabenachse 1 befestigt sein könnte. Außerdem könnte die Radtraglagerbaugruppe jene sein, die zum drehbaren Tragen eines angetriebenen Kraftfahrzeugrads, wie in der 8B gezeigt, verwendet ist. Die in der 8B gezeigte Radtraglagerbaugruppe ist im Wesentlichen mit der in der 8A Gezeigten identisch, außer, dass die in der 8B gezeigte Nabenachse 1 keine darin ausgebildete Mittenbohrung 1a aufweist.
  • Außerdem, obwohl jedes der vorstehenden Ausführungsbeispiele als auf die Radtraglagerbaugruppe der dritten Generation angewandt und beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf die Radtraglagerbaugruppe eines Typs der zweiten Generation oder eines Typs der vierten Generation angewandt werden.
  • Die 9A veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Radtraglagerbaugruppe des Typs zweiter Generation eines äußeren Läuferrotationsmodells angewandt ist. Diese Radtraglagerbaugruppe umfasst ein äußeres Bauelement 30 in Form eines unabhängigen äußeren Läufers und weist Laufbahnoberflächen 31 und 32 auf, die in einem inneren Umfang davon ausgebildet sind, ein inneres Bauelement 35 mit Laufbahnoberflächen 33 und 34, die den Laufbahnoberflächen 31 bzw. 32 gegenstehen, und Doppelreihen von Rollelementen 36, die zwischen den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 31 und 33 bzw. den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 32 und 34 angeordnet sind. Das innere Bauelement 35 besteht aus nebeneinander gelegten inneren Läufern 35A und 35B mit den jeweiligen darin ausgebildeten Laufbahnoberflächen 33 und 34. Bei diesem äußeren Läuferrotationsmodell des Typs der zweiten Generation ist ein Radmontageflansch 5A mit einem Außenende des äußeren Umfangs des äußeren Bauelements 30 gebildet. In diesem Beispiel ist der Winkel des Faserverlaufs (nicht gezeigt) in Bezug auf die jeweiligen Laufbahnoberflächen 31 und 32 des äußeren Bauelements 30 als gleich oder kleiner 15° und vorzugsweise gleich oder kleiner als 10° gewählt.
  • Die 9B veranschaulicht ein Beispiel des inneren Läuferrotationsmodells des Typs der zweiten Generation. Diese Radtraglagerbaugruppe weist ein inneres Bauelement 45 mit Laufbahnoberflächen 43 und 44 auf, die jeweiligen Laufbahnoberflächen 42 und 41 gegenüberstehen, die in einem äußeren Bauelement 4A ausgebildet sind, das einen Flansch 5A und Doppelreihen von Rollelementen 46, die zwischen den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 41 und 44 bzw. den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 42 und 43 angeordnet sind, aufweist. Das innere Bauelement 45 besteht aus nebeneinander gelegten inneren Läufern 45A und 45B mit den darin ausgebildeten Laufbahnoberflächen 44 bzw. 43. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Winkel des Faserverlaufs (nicht gezeigt) in Bezug auf jede der Laufbahnoberflächen 41 und 42 des äußeren Bauelements 4A als gleich oder kleiner als 15° und vorzugsweise gleich oder kleiner als 10° gewählt. Bei diesem inneren Läuferrotationsmodell des Typs zweiter Generation sind die inneren Läufer 45A und 45B im Allgemeinen extern an einer einen Radmontageflansch aufweisenden Nabenachse (nicht gezeigt) montiert.
  • Die 10 veranschaulicht ein Beispiel der Anwendbarkeit auf die Radtraglagerbaugruppe eines Typs der vierten Generation. Diese Radtraglagerbaugruppe weist ein inneres. Bauelement 52 auf, das aus einer Nabenachse 1B mit einem Radmontageflansch 5B besteht, und einen äußeren Läufer 51 eines Gleichlaufgelenks mit einem Wellenteil 51a, der mit einem inneren Umfang der Nabenachse 1B in Eingriff steht. Dabei sind jeweilige Laufbahnoberflächen 53 und 54 in der Nabenachse 1B und dem äußeren Läufer 51 des Gleichlaufgelenks ausgebildet. Die Radtraglagerbaugruppe weist außerdem ein äußeres Bauelement 4B mit einem äußeren Umfang, der mit einem Fahrzeugkarosserie-Montageflansch 6B gebildet ist, und einen inneren Umfang, der mit Laufbahnoberflächen 55 und 56 gebildet ist, die den Laufbahnoberflächen 53 bzw. 54 gegenüberstehen, auf. Reihen von Rollelementen 57 sind zwischen den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 53 und 55 und zwischen den sich gegenseitig gegenüberstehenden Laufbahnoberflächen 54 und 56 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Winkel des Faserverlaufs (nicht gezeigt) in Bezug auf jede der Laufbahnoberflächen 55 und 56 des äußeren Bauelements 4B als gleich oder kleiner als 15° gewählt. Außerdem ist der Winkel des Faserverlaufs (nicht gezeigt) in Bezug auf die Laufbahnoberfläche 53 der Nabenachse 1B als gleich oder kleiner als 10° gewählt. Es ist aber zu beachten, dass es für den Winkel des Faserverlaufs (nicht gezeigt) ausreichend ist, in Bezug auf die Laufbahnoberfläche 53 der Nabenachse 1B gleich oder kleiner als 15° zu sein und der Winkel des Faserverlaufs (nicht gezeigt) in Bezug auf jede der Laufbahnoberflächen 55 und 56 des äußeren Bauelements 4B vorzugsweise gleich oder kleiner als 10° ist.
  • Es ist zu beachten, dass sich, obwohl beim Beschreiben jedes der vorstehenden Ausführungsbeispiele auf die Radtraglagerbaugruppe des Kugeltyps Bezug genommen wurde; die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf die Radtraglagerbaugruppe eines Kegelrollenlagertyps anwenden lässt.
  • Außerdem muss, in der Praxis der vorliegenden Erfindung, die Anforderung, dass der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf die Laufbahnoberfläche gleich oder kleiner als 15° oder 10° sein soll, im Wesentlichen über den ganzen Umfang der Laufbahnoberfläche erfüllt sein.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Radtraglagerbaugruppe, die ein äußeres Bauelement 4 und eine Nabenachse 1 mit einem Radmontageflansch 5 und einer Laufbahnoberfläche 10 aufweist. Der Winkel des Faserverlaufs F in Bezug auf die Laufbahnoberfläche 10 in der Nabenachse 1 ist als gleich oder kleiner als 15° gewählt. Der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf eine Laufbahnoberfläche des äußeren Bauelements 4 ist ebenso als gleich oder kleiner als 15° gewählt.

Claims (10)

  1. Radtraglagerbaugruppe für das drehbare Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie, wobei die Baugruppe ein äußeres Bauelement mit einem äußeren, mit einem Flansch gebildeten Umfang und auch einen inneren, mit Laufbahnoberflächen gebildeten Umfang aufweist; ein inneres Bauelement, das mit Laufbahnoberflächen gebildet ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen; Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement bzw. Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement angeordnet sind; und eine Dichtungseinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist, aufweist; wobei das innere Bauelement eine Nabenachse aufweist, die mit einer der Laufbahnoberflächen und einem Radmontageflansch gebildet ist; und wobei der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf mindestens eine der Laufbahnflächen in der Nabenachse und die Laufbahnflächen im äußeren Bauelement ist so gewählt, dass er gleich oder kleiner als 15° ist.
  2. Radtraglagerbaugruppe für das drehbare Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie, wobei die Baugruppe ein äußeres Bauelement mit einem mit Laufbahnoberflächen gebildeten inneren Umfang; ein inneres Bauelement, das mit Laufbahnoberflächen gebildet ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen; Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement bzw. Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement angeordnet sind; und eine Dichtungseinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist, aufweist; wobei das innere Bauelement eine Nabenachse aufweist, die mit einer der Laufbahnoberflächen und einem Radmontageflansch gebildet ist; und wobei der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf die Laufbahnoberfläche als gleich oder kleiner als 15° gewählt ist.
  3. Radtraglagerbaugruppe für das drehbare Tragen eines Kraftfahrzeugrads in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie, wobei die Baugruppe ein äußeres Bauelement einen mit einem Flansch gebildeten äußeren Umfang und auch einen inneren, mit Laufbahnoberflächen gebildeten Umfang aufweist; ein inneres Bauelement, das mit Laufbahnoberflächen geformt ist, die den zugehörigen Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement gegenüberstehen; Doppelreihen von Rollelementen, die zwischen den Laufbahnoberflächen im inneren Bauelement und den Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement angeordnet sind; und eine Dichtungseinheit zum Abdichten entgegengesetzter offener Enden eines ringförmigen Lagerraums, der zwischen den äußeren und inneren Bauelementen begrenzt ist, aufweist, wobei der Winkel des Faserverlaufs in Bezug auf jede der Laufbahnoberflächen im äußeren Bauelement als gleich oder kleiner als 15° gewählt ist.
  4. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die andere der Laufbahnoberflächen des inneren Bauteils auf einem inneren Läufersegment gebildet ist, das auf einem äußeren Umfang eines Endes der Nabenachse montiert ist.
  5. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die andere der Laufbahnoberflächen des inneren Bauteils auf einem inneren Läufersegment gebildet ist, das auf einem äußeren Umfang eines Endes der Nabenachse montiert ist.
  6. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 3, wobei das innere Bauelement zwei innere Läufer mit jeweiligen Laufbahnoberflächen aufweist, die den im äußeren Bauelement vorgesehenen Laufbahnoberflächen gegenüberstehen.
  7. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Nabenachse aus einem Lagerstahl oder einem Einsatzstahl oder einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8% hergestellt ist.
  8. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Nabenachse aus einem Lagerstahl oder einem Einsatzstahl oder einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8% hergestellt ist.
  9. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das äußere Bauelement aus einem Lagerstahl oder einem Einsatzstahl oder einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8% hergestellt ist.
  10. Radtraglagerbaugruppe nach Anspruch 3, wobei das äußere Bauelement aus einem Lagerstahl oder einem Einsatzstahl oder einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8% hergestellt ist.
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