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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung, d.h. eine Radlagervorrichtung zum frei drehbaren Lagern eines Rades eines Fahrzeugs wie etwa eines Automobils, und insbesondere Verbesserungen der Festigkeit und Haltbarkeit eines verstemmten Bereiches einer Radnabe einer Radlagervorrichtung mit der selbsthaltenden Konstruktion, bei welcher ein Innenring (Innenringe) an der Radnabe durch Verstemmen befestigt ist (sind) und eine Halteringnut zum Halten eines Lagers am Innenumfang der Radnabe ausgebildet ist.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Herkömmlicherweise trägt die Radlagervorrichtung zum Lagern eines Fahrzeugrades frei drehbar eine Radnabe zur Anbringung eines Rades über ein Wälzlager, und die Radlagervorrichtung kann eine Radlagervorrichtung für ein Antriebsrad oder für ein antriebsloses Rad sein. Was die Konstruktion der Vorrichtungen anbelangt, wird im Allgemeinen der Typ mit Rotation des Innenrings für das Antriebsrad verwendet, und sowohl der Typ mit Rotation des Innenrings als auch der Typ mit Rotation des Außenrings werden für das antriebslose Rad verwendet. Es existieren vier jeweils einer Generation entsprechende Typen von Radlagervorrichtungen, nämlich der Typ der ersten Generation, bei welchem ein Radlager, das ein zweireihiges Radial-Schrägkugellager usw. enthält, zwischen einem Achsschenkel, der Bestandteil einer Aufhängungsvorrichtung ist, und einer Radnabe angebracht ist, der Typ der zweiten Generation, bei welchem ein Karosseriebefestigungsflansch oder ein Radbefestigungsflansch direkt am Außenumfang eines äußeren Elements ausgebildet ist, der Typ der dritten Generation, bei welchem eine innere Laufbahnfläche direkt am Außenumfang einer Radnabe ausgebildet ist, und der Typ der vierten Generation, bei welchem innere Laufbahnflächen an den Außenumfängen einer Radnabe bzw. eines äußeren Gelenkelements ausgebildet sind.
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Gewöhnlich ist ein Rad durch ein zweireihiges Wälzlager bezüglich einer Aufhängungsvorrichtung drehbar gelagert. Für schwere Fahrzeuge, wie etwa Geländewagen, Lastkraftwagen usw., wird jedoch eine Radlagervorrichtung verwendet, die mit einem zweireihigen Kegelrollenlager versehen ist.
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Bei dem Typ von Radlagervorrichtungen mit Rotation des Innenrings wurde als ein Typ der axialen Befestigung des auf der Radnabe angebrachten Innenrings eine so genannte selbsthaltende Konstruktion gewählt, bei welcher der Innenring an der Radnabe durch Verstemmen des Endes der Radnabe befestigt ist. 7 zeigt ein repräsentatives Beispiel dieser Konstruktion, welche als Typ der zweiten Generation bezeichnet wird und eine Radnabe 51 und ein Radlager 52, welches auf der Radnabe 51 angebracht ist, umfasst.
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Die Radnabe 51 weist an ihrem einem Ende einen einstückig angeformten Radbefestigungsflansch 53 und an ihrem Außenumfang einen zylindrischen Abschnitt 51b, der sich von dem Radbefestigungsflansch 53 aus axial durch einen Schulterabschnitt 51a hindurch erstreckt, auf. Die Radnabe 51 weist außerdem an seinem Innenumfang eine Kerbverzahnung 51c zur Übertragung eines Drehmoments auf. Nabenbolzen 53a sind entlang des Umfangs des Radbefestigungsflansches 53 äquidistant angeordnet.
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Dieses Radlager 52 umfasst ein äußeres Element 54, das an seinem Außenumfang mit einem Karosseriebefestigungsflansch 54b, der an einem Achsschenkel (nicht dargestellt) anzubringen ist, und an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 54a, 54a einstückig ausgebildet ist; ein Paar Innenringe 55, 55, die jeweils an ihrem Außenumfang mit einer konischen inneren Laufbahnfläche 55a ausgebildet sind, die gegenüber einer der zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 54a, 54a angeordnet ist; und zweireihig angeordnete Kegelrollen 57, 57, die über Käfige 56 frei rollbar zwischen den äußeren und den inneren Laufbahnflächen enthalten sind. Ein größerer Flanschabschnitt 55b zum Führen der Kegelrolle 57 ist auf der Seite des größeren Durchmessers der inneren Laufbahnfläche 55a eines jeden Innenrings 55 ausgebildet, und ein kleinerer Flanschabschnitt 55c zum Verhindern des Herausfallens der Kegelrolle 57 auf der Seite des kleineren Durchmessers eines jeden Innenrings 55. Das Paar von Innenringen 55, 55 ist so angeordnet, dass ihre kleineren Flanschabschnitte 55c aneinander anliegen, so dass ein Kegelrollenlager vom Typ „Rücken an Rücken Duplex“ (backto-back duplex) gebildet wird.
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Das Radlager 52 ist auf den zylindrischen Abschnitt 51b mit einem Presssitz mit einem vorbestimmten Übermaß aufgepresst, so dass die größere Endfläche 55d des außenseitigen Innenrings 55 an einem Schulterabschnitt 51a der Radnabe 51 zur Anlage kommt. Das Radlager ist außerdem axial bezüglich der Radnabe 51 durch einen verstemmten Abschnitt 58 gesichert, der gebildet wird, indem das Ende des zylindrischen Abschnitts 51b plastisch radial nach außen verformt wird. Dichtungen 59, 59 sind in ringförmigen Öffnungen angebracht, die zwischen dem äußeren Element 54 und dem Paar von Innenringen 55, 55 ausgebildet sind, um das Austreten von Schmierfett, das in dem Lager enthalten ist, und das Eindringen von Regenwasser oder Schmutz von außen in das Lager zu verhindern.
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Die Radnabe 51 ist durch Hochfrequenz-Induktionshärten gehärtet, so dass ein Bereich von dem Schulterabschnitt 51a, der eine Basis des Radbefestigungsflansches 53 bildet, bis zu dem zylindrischen Abschnitt 51b eine gehärtete Schicht 60 mit einer Oberflächenhärte von 50 - 64 HRC aufweist. Der verstemmte Abschnitt 58 wird ausgespart, so dass er nach dem Schmieden noch immer eine Oberflächenhärte aufweist.
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Der Bereich der gehärteten Schicht 60 ist, wie in 8 dargestellt, so angeordnet, dass eine Position P seines innenseitigen Endes innerhalb eines Bereiches von einem Rand P0 eines abgeschrägten Abschnitts 55e des Innenrings 55 bis zu einer Position P1, die der Breite „a“ des größeren Flanschabschnitts 55b entspricht (d.h. einem Fußabschnitt des größeren Flanschabschnitts 55b), positioniert ist. Dies ermöglicht es, nicht nur die Haltbarkeit der Radnabe 51 aufgrund einer Verminderung des Schwingungsverschleißes an den zusammengefügten Flächen der Innenringe 55, 55 zu verbessern, sondern auch den Ausdehnungsbetrag des Endes des zylindrischen Abschnitts 51b der Radnabe 51 zu verringern und somit die Verformung der inneren Laufbahnfläche 55a und des größeren Flanschabschnitts 55b des Innenrings 55, die in Verbindung mit der Verstemmung verursacht wird, zu unterbinden. Dementsprechend ist es möglich, eine leichtgängige Führung der Kegelrollen 57 mit Verringerung des Kontaktflächendruckes zwischen den Rollen 57 und den Innenringen 55 zu erzielen und so die Haltbarkeit der Innenringe 55 zu verbessern.
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Außerdem wird ein Krümmungsradius „r“ des abgeschrägten Abschnitts 55e des Innenrings 55 innerhalb eines Bereiches von R1,0 - R2,5 gewählt. Dies ermöglicht es zu verhindern, dass eine Spannungskonzentration an dem Fußabschnitt des verstemmten Abschnitts 58 verursacht wird, sowie zu verhindern, dass eine zu hohe Umfangsspannung an dem Außenumfang des Innenrings 55 infolge einer Erhöhung des Ausdehnungsbetrages des zylindrischen Abschnitts 51b durch das Verstemmen verursacht wird. Somit ist es außerdem möglich, die Festigkeit und Haltbarkeit des Innenrings 55 zu verbessern.
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Außerdem ist ein ringförmiger ausgesparter Abschnitt 61 am Ende des zylindrischen Abschnitts 51b der Radnabe 51 ausgebildet. Dieser ausgesparte Abschnitt 61 ist so ausgebildet, dass er kleiner als eine Tiefe „b“ (5 mm) von der größeren Endfläche (innenseitige Endfläche) des Innenrings 55 ist. Dies ermöglicht es, eine vorbestimmte Innenring-Sicherungskraft zu gewährleisten, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Festigkeit und Steifigkeit der Radnabe 51, und die plastische Verformung einfach zu gestalten, und es ist daher möglich, die in dem Innenring 55 verursachte Umfangsspannung zu unterdrücken. Entsprechend der Radlagervorrichtung nach dem Stand der Technik kann die Haltbarkeit der Radnabe 51 aufgrund einer Verringerung des Schwingungsverschleißes an den zusammengefügten Flächen der Innenringe 55 verbessert werden. Außerdem ist es möglich, den Ausdehnungsbetrag des Endes des zylindrischen Abschnitts 51b der Radnabe 51 zu verringern und somit die Verformung der inneren Laufbahnfläche 55a und des größeren Flanschabschnitts 55b des Innenrings 55, die in Verbindung mit der Verstemmung verursacht wird, zu unterbinden (siehe z.B. Patentdokument 1).
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Andererseits liegt im Falle einer Radlagervorrichtung, die für den „Part-time 4-WD“ (Teilzeit-Vierradantrieb) verwendet wird, bei welchem eine Umschaltung zwischen dem 2-WD (Zweiradantrieb) und dem 4-WD (Vierradantrieb) erfolgen kann, eine Radlagervorrichtung vor, welche mit einem Wälzlager wie etwa einem Tiefrillenkugellager innerhalb des Innenumfangs einer Radnabe zum drehbaren Lagern einer Antriebswelle versehen ist, die innerhalb des Lagers frei drehbar ist (siehe z.B. Patentdokument 2).
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DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. JP 2007- 292 184 A
- Patentdokument 2: Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. JP 2007- 271 044 A
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Das Problem tritt nicht bei der herkömmlichen Radlagervorrichtung auf, bei welcher die Halteringnut zur Seite des Radbefestigungsflansches hin angeordnet ist, und nicht zur Mitte des Wälzelements hin. Das Problem tritt jedoch bei der Radlagervorrichtung auf, die zum Beispiel in 9 dargestellt ist, bei welcher ein Wälzlager 62 am Innenumfang einer Radnabe 64 angebracht ist. Das heißt, bei einer solchen Radlagervorrichtung ist ein Haltering 63 zum Positionieren und Sichern des Wälzlagers 62 auf der Radnabe 64 in einer Position in der Nähe des verstemmten Abschnitts 58 angebracht, und eine Antriebswelle D/S ist in die Mitte der Radnabe eingesetzt. Die Antriebswelle D/S ist durch das Wälzlager 62 drehbar bezüglich der Radnabe 64 gelagert und kann mit der Radnabe 64 über einen Kupplungsmechanismus C/S verbunden werden.
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Wie in 10 dargestellt, wird das Ende des zylindrischen Abschnitts 64a der Radnabe 64, der ursprünglich als ein gerader zylindrischer Körper 65 ausgebildet ist, unter Verwendung eines schwenkbaren Verstemmwerkzeugs 66 verstemmt. In einem solchen Falle würde die Gefahr bestehen, dass Mikrorisse 68 hervorgerufen werden, die an einer Halteringnut 67 beginnen, die an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 64 ausgebildet ist. Die Risse 68 erscheinen an Stellen, an denen sie bei einer visuellen Inspektion schwer zu finden sind, und können manchmal zu großen Rissen anwachsen, wenn die Risse während des Betriebs eines Fahrzeugs hohen Momentbelastungen ausgesetzt sind, was die Erzeugung eines schweren Defekts aufgrund des Ausbrechens des Verstemmungsabschnitts 58 zur Folge hat. Es ist daher notwendig, die spanende Bearbeitung der Halteringnut 67 und die Inspektion nach der Bearbeitung mit großer Sorgfalt durchzuführen. Dementsprechend tritt das Problem auf, dass für die Bearbeitung der Radnabe 64 und die Ausbildung des verstemmten Abschnitts viel Zeit erforderlich ist und daher die Arbeitseffizienz sinkt und die Herstellungskosten sich erhöhen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, d.h. eine Radlagervorrichtung, des Typs bereitzustellen, bei welchem ein Wälzlager am Innenumfang einer Radnabe angebracht ist und durch einen Haltering positioniert und gesichert ist, welcher die Erzeugung von Mikrorissen verhindern kann, obwohl eine hohe Momentbelastung auf das Lager einwirkt, und somit die Haltbarkeit der Dichtung der Radlagervorrichtung verbessern kann.
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Mittel zur Problemlösung
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Zum Lösen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad bereitgestellt, welche umfasst: ein äußeres Element, das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufbahnflächen ausgebildet ist; ein inneres Element, das eine Radnabe, die an ihrem einen Ende mit einem Radbefestigungsflansch und an ihrem Außenumfang mit einem sich von dem Radbefestigungsflansch aus axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt ausgebildet ist, und mindestens einen Innenring, der auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe mit einem Presssitz mit einem vorbestimmten Übermaß aufgepresst ist, aufweist, wobei das innere Element an seinem Außenumfang mit zweireihigen inneren Laufbahnflächen ausgebildet ist, die den zweireihigen äußeren Laufbahnflächen gegenüberliegend angeordnet sind; zweireihige Wälzelemente, die über Käfige frei rollbar zwischen den äußeren und den inneren Laufbahnflächen des äußeren und des inneren Elements enthalten sind; Dichtungen, die innerhalb ringförmiger Öffnungen angebracht sind, die zwischen dem äußeren und dem inneren Element ausgebildet sind; und ein Wälzlager, das am Innenumfang der Radnabe angebracht ist und durch einen Haltering positioniert und gesichert ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering an einer innenseitigen Position bezüglich einer Lagermittellinie angebracht ist; dass eine Halteringnut zur Anbringung des Halterings als einen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet ist; und dass außenseitige und innenseitige Eckabschnitte als kreisbogenförmige Querschnitte aufweisend ausgebildet sind, die jeweils einen Krümmungsradius aufweisen, wobei der Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts größer als der Krümmungsradius des innenseitigen Eckabschnitts ist.
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Mittels der Radlagervorrichtung nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung, da das Wälzlager am Innenumfang der Radnabe angebracht ist und durch einen Haltering positioniert und gesichert ist, der Haltering an einer innenseitigen Position bezüglich einer Lagermittellinie angebracht ist, die Halteringnut zur Anbringung des Halterings als einen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet ist, und die außenseitigen und innenseitigen Eckabschnitte als kreisbogenförmige Querschnitte aufweisend ausgebildet sind, die jeweils einen Krümmungsradius aufweisen, und der Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts größer als der Krümmungsradius des innenseitigen Eckabschnitts ist, ist es möglich, die Spannungen zu reduzieren, die durch eine hohe Momentbelastung während des Betriebs eines Fahrzeugs verursacht werden, und dementsprechend die Erzeugung von Mikrorissen zu verhindern sowie die Haltbarkeit der Radlagervorrichtung zu verbessern.
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Vorzugsweise ist, wie in Anspruch 2 definiert, der Innenring bezüglich der Radnabe durch einen verstemmten Abschnitt gesichert, der gebildet wird, indem das Ende des zylindrischen Abschnitts der Radnabe plastisch verformt wird, und ist die Halteringnut in der Nähe des verstemmten Abschnitts ausgebildet. Da die Zugspannungen hauptsächlich in der außenseitigen Ecke der Halteringnut durch die plastische Verformung des Endes des zylindrischen Abschnitts der Radnabe während seines Verstemmungsvorgangs verursacht werden, ist es möglich, eine Erzeugung von Rissen zu vermeiden und so die Festigkeit des verstemmten Abschnitts aufrechtzuerhalten.
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Vorzugsweise ist, wie in Anspruch 3 definiert, der Krümmungsradius des innenseitigen Eckabschnitts auf R 0,6 oder weniger begrenzt, und der Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts ist innerhalb eines Bereiches von R1 - R3 gewählt. Dies ermöglicht es, die Zugspannungen in dem zylindrischen Abschnitt der Radnabe ausreichend zu reduzieren.
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Außerdem wird vorzugsweise, wie in Anspruch 4 definiert, der außenseitige Eckabschnitt von einem Komplex R gebildet, der mehrere Krümmungsradien umfasst. Dies ermöglicht es, die Breite der Passfläche des Außenrings des Wälzlagers sicherzustellen.
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Vorzugsweise ist, wie in Anspruch 5 definiert, der Anfangspunkt der Kreisbogenfläche des außenseitigen Eckabschnitts bei einer Position festgelegt, die sich in einem vorbestimmten Abstand von der innenseitigen Endfläche des Außenrings des Wälzlagers in Richtung der Innenseite befindet. Dies ermöglicht es, die Breite der Passfläche des Außenrings des Wälzlagers sicherzustellen sowie den Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts der Halteringnut weiter zu vergrößern und dementsprechend die Spannungskonzentration des Eckabschnitts der Halteringnut weiter zu reduzieren.
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Vorzugsweise ist, wie in Anspruch 6 definiert, der Anfangspunkt der Kreisbogenfläche des außenseitigen Eckabschnitts bei einer Position festgelegt, die sich in einem Abstand von der innenseitigen Endfläche des Außenrings des Wälzlagers in Richtung der Innenseite befindet, der gleich der Hälfte der Breite des Halterings ist. Dies ermöglicht es, die Breite der Passfläche des Außenrings des Wälzlagers ausreichend sicherzustellen.
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Außerdem ist, wie in Anspruch 7 definiert, der Haltering vorzugsweise als einen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet; und wobei die radial außenseitigen Eckabschnitte des Halterings mit abgeschrägten Abschnitten von unterschiedlichen Abmessungen ausgebildet sind, und ein außenseitiger abgeschrägter Abschnitt größer als ein innenseitiger abgeschrägter Abschnitt ist. Dies ermöglicht es, die Befestigung des Halterings zu stabilisieren.
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Außerdem ist, wie in Anspruch 8 definiert, der innenseitige abgeschrägte Abschnitt vorzugsweise auf 0,6 mm begrenzt, und der außenseitige abgeschrägte Abschnitt ist innerhalb eines Bereiches von 1 mm - 5 mm festgelegt. Dies ermöglicht es, den Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts der Halteringnut zu vergrößern.
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Wirkungen der Erfindung
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Mittels der Radlagervorrichtung der vorliegenden Erfindung, da sie umfasst: ein äußeres Element, das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufbahnflächen ausgebildet ist; ein inneres Element, das eine Radnabe, die an ihrem einen Ende mit einem Radbefestigungsflansch und an ihrem Außenumfang mit einem sich von dem Radbefestigungsflansch aus axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt ausgebildet ist, und mindestens einen Innenring, der mit einem Presssitz auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe mit einem vorbestimmten Übermaß aufgepresst ist, aufweist, wobei das innere Element an seinem Außenumfang mit zweireihigen inneren Laufbahnflächen ausgebildet ist, die den zweireihigen äußeren Laufbahnflächen gegenüberliegend angeordnet sind; zweireihige Wälzelemente, die über Käfige frei rollbar zwischen den äußeren und den inneren Laufbahnflächen des äußeren und des inneren Elements enthalten sind; Dichtungen, die innerhalb ringförmiger Öffnungen angebracht sind, die zwischen dem äußeren und dem inneren Element ausgebildet sind; und ein Wälzlager, das am Innenumfang der Radnabe angebracht ist und durch einen Haltering positioniert und gesichert ist; und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Haltering an einer innenseitigen Position bezüglich einer Lagermittellinie angebracht ist; dass eine Halteringnut zur Anbringung des Halterings als einen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet ist; und dass außenseitige und innenseitige Eckabschnitte als kreisbogenförmige Querschnitte aufweisend ausgebildet sind, die jeweils einen Krümmungsradius aufweisen, wobei der Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts größer als der Krümmungsradius des innenseitigen Eckabschnitts ist, ist es möglich, die Spannungen zu reduzieren, die durch eine hohe Momentbelastung während des Betriebs eines Fahrzeugs verursacht werden, und dementsprechend die Erzeugung von Mikrorissen zu verhindern sowie die Haltbarkeit der Radlagervorrichtung zu verbessern.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine erste Ausführungsform der Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Halterings von 1;
- 3(a) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Halteringnut von 2, und 3(b) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Modifikation der Halteringnut von 3(a);
- 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Modifikation des Halterings von 2;
- 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Modifikation des Halterings von 4;
- 6 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine zweite Ausführungsform der Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 7 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach dem Stand der Technik zeigt;
- 8 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des verstemmten Abschnitts von 7;
- 9 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine andere Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach dem Stand der Technik zeigt;
- 10 ist eine erläuternde Ansicht, die den Verstemmungsvorgang zeigt;
- 11 ist eine schematische Ansicht, die einen Riss zeigt, der durch den Verstemmungsvorgang verursacht wurde.
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ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Eine Art und Weise zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, welche umfasst: ein äußeres Element, das an seinem Außenumfang mit einem Karosseriebefestigungsflansch und an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufbahnflächen einstückig ausgebildet ist; ein inneres Element, das eine Radnabe, die an ihrem einen Ende mit einem Radbefestigungsflansch und an ihrem Außenumfang mit einer inneren Laufbahnfläche, die einer der zweireihigen äußeren Laufbahnflächen entspricht, und einem sich von der inneren Laufbahnfläche aus axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt ausgebildet ist, und einen Innenring, der mit einem Presssitz auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe mit einem vorbestimmten Übermaß aufgepresst ist und an seinem Außenumfang mit einer inneren Laufbahnfläche ausgebildet ist, die der anderen der zweireihigen äußeren Laufbahnflächen entspricht, aufweist; zweireihige Wälzelemente, die über Käfige frei rollbar zwischen den äußeren und den inneren Laufbahnflächen des äußeren und des inneren Elements enthalten sind; Dichtungen, die innerhalb ringförmiger Öffnungen angebracht sind, die zwischen dem äußeren und dem inneren Element ausgebildet sind; wobei der Innenring auf der Radnabe durch einen verstemmten Abschnitt gesichert ist, der durch plastisches Verformen des Endes des zylindrischen Abschnitts der Radnabe radial nach außen gebildet wird; und ein Wälzlager, das am Innenumfang der Radnabe angebracht ist und durch einen Haltering positioniert und gesichert ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering an einer innenseitigen Position bezüglich einer Lagermittellinie angebracht ist; dass eine Halteringnut zur Anbringung des Halterings als einen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet ist; und dass außenseitige und innenseitige Eckabschnitte als kreisbogenförmige Querschnitte aufweisend ausgebildet sind, die jeweils einen Krümmungsradius aufweisen, wobei der Krümmungsradius des außenseitigen Eckabschnitts größer als der Krümmungsradius des innenseitigen Eckabschnitts ist.
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Erste Ausführungsform
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine erste Ausführungsform der Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Halterings von 1; 3(a) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Halteringnut von 2, und 3(b) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Modifikation der Halteringnut von 3(a); 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Modifikation des Halterings von 2; und 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Modifikation des Halterings von 4. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine Außenseite der Radlagervorrichtung, wenn diese an einem Fahrzeug angebracht ist, als „Außenseite“ (linke Seite in Zeichnungen) bezeichnet, und eine Innenseite einer Lagervorrichtung wird, wenn diese an einem Fahrzeug angebracht ist, als „Innenseite“ (rechte Seite in Zeichnungen) bezeichnet.
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Die dargestellte Radlagervorrichtung wird für ein Antriebsrad verwendet und umfasst eine Radnabe 1 und ein Radlager 2, das mit einem Presssitz auf die Radnabe 1 aufgepresst ist. Die Radnabe 1 ist an seinem außenseitigen Ende einstückig mit einem Radbefestigungsflansch 3 zur Anbringung eines Rades (nicht dargestellt) und einem zylindrischen Abschnitt 1b, der sich von dem Radbefestigungsflansch 3 aus über einen Schulterabschnitt 1a radial erstreckt, ausgebildet, und an seinem Innenumfang mit einer Kerbverzahnung (oder Keilverzahnung) 1c zur Drehmomentübertragung. Außerdem sind Nabenbolzen 3a an dem Radbefestigungsflansch 3 äquidistant entlang seines Umfangs angeordnet.
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Dieses Radlager 2 umfasst ein äußeres Element 4, das an seinem Außenumfang mit einem Karosseriebefestigungsflansch 4b, der an einem Achsschenkel (nicht dargestellt) anzubringen ist, und an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 4a, 4a einstückig ausgebildet ist; ein Paar Innenringe 5, 5, die an ihren Außenumfängen mit konischen inneren Laufbahnflächen 5a ausgebildet sind, die gegenüber den zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 4a, 4a angeordnet sind; und zweireihig angeordnete Kegelrollen 7, 7, die über Käfige 6 frei rollbar zwischen den äußeren und den inneren Laufbahnflächen enthalten sind. Ein größerer Flanschabschnitt 5b zum Führen der Kegelrolle 7 ist auf der Seite des größeren Durchmessers der inneren Laufbahnfläche 5a eines jeden Innenrings 5 ausgebildet, und ein kleinerer Flanschabschnitt 5c zum Verhindern des Herausfallens der Kegelrolle 7 auf der Seite des kleineren Durchmessers eines jeden Innenrings 5. Das Paar von Innenringen 5, 5 ist so angeordnet, dass ihre kleineren Flanschabschnitte 5c aneinander anliegen, so dass ein Kegelrollenlager vom Typ „Rücken an Rücken Duplex“ (backto-back duplex) gebildet wird.
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Das äußere Element 4 und der Innenring 5, 5 sind aus hochgekohltem Chromstahl wie etwa SUJ2 hergestellt und bis in ihren Kern durch Tauchhärten gehärtet, so dass sie eine Härte von 58 - 64 HRC aufweisen. Das äußere Element 4 kann auch aus mittelgekohltem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,40 - 0,80 Gew.-%, wie etwa S53C, hergestellt sein (JIS-Kohlenstoffstahl der SC-Gruppe für Maschinenbauanwendungen), und die zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 4a, 4a sind durch Hochfrequenz-Induktionshärten gehärtet, so dass sie eine Oberflächenhärte von 58 - 64 HRC aufweisen.
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Die Radnabe 1 ist aus mittelgekohltem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,40 - 0,80 Gew.-% hergestellt, wie etwa S53C, und durch Hochfrequenz-Induktionshärten gehärtet, so dass ein Bereich von dem Schulterabschnitt 1a, der eine Basis des Radbefestigungsflansches 3 bildet, bis zu dem zylindrischen Abschnitt 1b eine Oberflächenhärte von 58 - 64 HRC aufweist. Der verstemmte Abschnitt 8 wird ausgespart, so dass er nach dem Schmieden noch immer eine Oberflächenhärte von 25 HRC oder weniger aufweist.
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Dichtungen 9, 9 sind in ringförmigen Öffnungen angebracht, die zwischen dem äußeren Element 54 und den Innenringen 5, 5 ausgebildet sind. Jede Dichtung 9 bildet eine so genannte Kassettendichtung (Pack Seal), die eine ringförmige Dichtplatte 10 mit einem L-förmigen Querschnitt und einen Schleuderring 11, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, umfasst, um ein Austreten von in dem Lager enthaltenen Schmierfett und ein Eindringen von Regenwasser und Schmutz von außen in das Lager zu verhindern.
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Das Radlager 2 ist auf den zylindrischen Abschnitt 1b mit einem Presssitz mit einem vorbestimmten Übermaß aufgepresst, so dass die größere Endfläche 5d des außenseitigen Innenrings 5 an einem Schulterabschnitt 1a der Radnabe 1 zur Anlage kommt. Das Radlager 2 ist außerdem axial bezüglich der Radnabe 1 durch einen verstemmten Abschnitt 8 gesichert, der gebildet wird, indem das Ende des zylindrischen Abschnitts 1b plastisch radial nach außen verformt wird. Dies ermöglicht es, über eine selbsthaltenden Konstruktion zu verfügen, bei welcher eine stabile Vorspannung über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann, ohne die Vorspannung mit Einstellung des Anzugsdrehmoments einer Mutter usw. zu kontrollieren. Außerdem kann, obwohl hier das zweireihige Kegelrollenlager dargestellt ist, die vorliegende Erfindung auch für ein zweireihiges Radial-Schrägkugellager angewendet werden, bei dem Kugeln als Wälzelemente verwendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Wälzlager 12 vom Typ eines Tiefrillenkugellagers mit einem Presssitz auf den Innenumfang der Radnabe 1 aufgepresst, und ein Haltering 13 zum Positionieren und Sichern des Wälzlagers 12 ist an einer innenseitigen Position bezüglich einer Lagermittellinie B/C und in der Nähe des verstemmten Abschnitts 8 vorgesehen. Das heißt, ein Außenring 12a des Wälzlagers 12 ist durch den Haltering 13 axial positioniert und gesichert, der in einer Halteringnut 14 angebracht ist, die am Innenumfang des Endabschnitts des zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet ist, wie in 2 dargestellt. Die Halteringnut 14 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wie in 3(a) dargestellt, und Eckabschnitte 15, 16 sind als Kreisbogenflächen mit unterschiedlichen Krümmungsradien Ro, Ri aufweisend ausgebildet. Genauer, der Krümmungsradius Ri des innenseitigen Eckabschnitts 16 ist gewöhnlich auf R 0,6 oder weniger begrenzt, und der Krümmungsradius Ro des außenseitigen Eckabschnitts 15 ist größer als der Krümmungsradius Ri des innenseitigen Eckabschnitts 16 (Ro > Ri) und ist innerhalb eines Bereiches von R1 - R3 gewählt. Mittels einer solchen Konstruktion ist es möglich, eine Erzeugung von Rissen zu verhindern und die Festigkeit des verstemmten Abschnitts 8 zu gewährleisten, da die Zugspannungen hauptsächlich in der außenseitigen Ecke 15 der Halteringnut 14 verursacht werden und somit reduziert werden, wenn das Ende des zylindrischen Abschnitts 1b während seines Verstemmungsvorgangs plastisch verformt wird und die Zugspannungen in den Ecken 15, 16 der Halteringnut 14 verursacht werden. Außerdem ist es möglich, ein Wachstum von Mikrorissen mit Bildung großer Risse zu vermeiden und so die Haltbarkeit der Radlagervorrichtung zu verbessern, indem die Spannungen verringert werden, wenn während des Betriebs eines Fahrzeugs eine hohe Momentbelastung auf die Radlagervorrichtung einwirkt. Ferner hat, da der Haltering 13 von einem Boden 14a der Halteringnut 14, einer innenseitigen Fläche 14b der Nut 14 und einer Stirnfläche des Außenrings 12a des Wälzlagers 12 gehalten wird, die Vergrößerung des Krümmungsradius Ro der außenseitigen Ecke 15 keinerlei negative Auswirkungen auf die Haltefunktion des Halterings 13.
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3(b) zeigt eine Modifikation der Halteringnut 14 von 3(a). Diese Halteringnut 17 ist als einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und Ecken 18, 16 mit unterschiedlichen kreisbogenförmigen Querschnitten aufweisend dargestellt. Der Krümmungsradius Ri der Kreisbogenfläche der innenseitigen Ecke 16 ist gewöhnlich auf R 0,6 oder weniger begrenzt, und die Kreisbogenfläche des außenseitigen Eckabschnitts 18 wird von einem Komplex R gebildet, der mehrere (hier zwei) Krümmungsradien Ro1, Ro2 umfasst. Dies ermöglicht es, der Erzeugung von Rissen zusätzlich entgegenzuwirken und die Festigkeit des verstemmten Abschnitts 8 zu gewährleisten, obwohl das Ende des zylindrischen Abschnitts 1b während seines Verstemmungsvorgangs plastisch verformt wird und die Zugspannungen in der Ecke 18 der Halteringnut 17 verursacht werden, und ermöglicht es außerdem, die Breite der Passfläche des Außenrings 12a des Wälzlagers sicherzustellen.
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4 zeigt eine Modifikation des Halteringabschnitts von 2. Dieselben Bezugszeichen wie diejenigen, die bei der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden, werden auch bei dieser Modifikation für Teile oder Abschnitte verwendet, welche dieselben Funktionen haben. Diese Halteringnut 19 ist als einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet und weist Ecken 18a, 16 auf, die als Kreisbogenflächen mit unterschiedlichen Krümmungsradien Ro, Ri ausgebildet sind. Der Anfangspunkt der Kreisbogenfläche des außenseitigen Eckabschnitts 18a ist bei einer Position festgelegt, die sich in einem Abstand „e“ von der innenseitigen Endfläche des Außenrings 12a des Wälzlagers 12 in Richtung der Innenseite befindet, welcher gleich der Hälfte der Breite des Halterings 13 ist. Dies ermöglicht es, die Breite der Passfläche des Außenrings 12a des Wälzlagers 12 sicherzustellen sowie den Krümmungsradius Ro des außenseitigen Eckabschnitts 18a der Halteringnut 19 weiter zu vergrößern und dementsprechend die Spannungskonzentration des Eckabschnitts 18a der Halteringnut 19 weiter zu reduzieren.
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5 zeigt eine Modifikation des Halteringabschnitts von 4. Dieselben Bezugszeichen wie diejenigen, die bei der vorhergehenden Modifikation verwendet wurden, werden auch bei dieser Modifikation für Teile oder Abschnitte verwendet, welche dieselben Funktionen haben. Dieser Haltering 20 ist als einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet, und die radial außenseitigen Eckabschnitte des Halterings 20 sind mit abgeschrägten Abschnitten 20a, 20b von unterschiedlichen Abmessungen ausgebildet. Der innenseitige abgeschrägte Abschnitt ist auf 0,6 mm begrenzt, und der außenseitige abgeschrägte Abschnitt ist innerhalb eines Bereiches von 1 mm-5 mm festgelegt. Dies ermöglicht es, die Erzeugung von Zugspannungen im Eckabschnitt der Halteringnut 19 zu verhindern und die Befestigung des Halterings 20 zu stabilisieren.
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Zweite Ausführungsform
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6 ist eine Längsschnittdarstellung, die eine zweite Ausführungsform der Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieselben Bezugszeichen wie diejenigen, die bei der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden, werden auch bei dieser Ausführungsform für Teile oder Abschnitte verwendet, welche dieselben Funktionen haben.
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Diese Radlagervorrichtung weist eine Konstruktion vom Typ der dritten Generation auf und umfasst ein inneres Element 22, das eine Radnabe 21 und einen mit einem Presssitz auf die Radnabe 21 aufgepressten Innenring 5 aufweist, ein äußeres Element 4, das an seinem Außenumfang mit einem Karosseriebefestigungsflansch 4b einstückig ausgebildet ist und außerdem an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 4a, 4a einstückig ausgebildet ist, und zweireihige Kegelrollen 7, 7, die über Käfige 6 rollbar zwischen den äußeren und den inneren Laufbahnflächen enthalten sind.
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Die Radnabe 21 ist an ihrem außenseitigen Ende mit einem Radbefestigungsflansch 3 und an ihrem Außenumfang mit einer inneren Laufbahnfläche 21a, die gegenüber einer der zweireihigen äußeren Laufbahnflächen 4a, 4a angeordnet ist, einstückig ausgebildet und weist einen zylindrischen Abschnitt 21b, der sich von der inneren Laufbahnfläche 21a aus radial erstreckt, und eine Kerbverzahnung (oder Keilverzahnung) 1c zur Drehmomentübertragung, die am Innenumfang ausgebildet ist, auf. Ein Innenring 5 ist in einem vorgespannten Zustand durch einen verstemmten Abschnitt 8 gesichert, der gebildet wird, indem das Ende des zylindrischen Abschnitts 21b plastisch radial nach außen verformt wird.
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Die Radnabe 21 ist aus mittelgekohltem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,40 - 0,80 Gew.-% hergestellt, wie etwa S53C, und durch Hochfrequenz-Induktionshärten gehärtet, so dass ein Bereich von der Basis des Radbefestigungsflansches 3 bis zu dem zylindrischen Abschnitt 21b eine Oberflächenhärte von 58 - 64 HRC aufweist.
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Dichtungen 9, 9 sind in ringförmigen Öffnungen angebracht, die zwischen dem äußeren Element 4 und dem inneren Element 22 ausgebildet sind, um ein Austreten von in dem Lager enthaltenen Schmierfett und ein Eindringen von Regenwasser und Schmutz von außen in das Lager zu verhindern.
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Ähnlich wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wird die Halteringnut 14 am Innenumfang des Endes des zylindrischen Abschnitts 21b vor dem Verstemmungsvorgang ausgebildet. Wie weiter oben beschrieben, ist die Halteringnut 14 als einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisend ausgebildet und weist Eckabschnitte 15, 16 auf, die kreisbogenförmige Querschnitte mit Krümmungsradien Ro, Ri aufweisen. Dies ermöglicht es, die Festigkeit und Steifigkeit der Radnabe 21 zu verbessern und somit eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, welche eine Erzeugung von Rissen verhindern und die Festigkeit des verstemmten Abschnitts 8 gewährleisten kann, obwohl das Ende des zylindrischen Abschnitts 1b während seines Verstemmungsvorgangs plastisch verformt wird und die Zugspannungen in der Ecke der Halteringnut 14 verursacht werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Offensichtlich werden dem Durchschnittsfachmann beim Lesen und Studieren der vorstehenden ausführlichen Beschreibung Modifikationen und Änderungen in den Sinn kommen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung so ausgelegt wird, dass sie alle solchen Änderungen und Modifikationen enthält, sofern sie im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche oder ihrer Äquivalente enthalten sind.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Radlagervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann für die Lagervorrichtung vom Typ der ersten bis dritten Generation angewendet werden, welche mit der Radnabe und (einem) auf der Radnabe angebrachten Innenring(en) versehen ist und auf der Radnabe durch einen verstemmten Abschnitt gesichert ist, der durch einen mittels einer Schwenkbewegung ausgeführten Verstemmungsvorgang hergestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 21
- Radnabe
- 1a
- Schulterabschnitt
- 1b, 21b
- zylindrischer Abschnitt
- 1c
- Keilverzahnung
- 2
- Radlager
- 3
- Radbefestigungsflansch
- 3a
- Nabenbolzen
- 4
- äußeres Element
- 4a
- äußere Laufbahnfläche
- 4b
- Karosseriebefestigungsflansch
- 5
- Innenring
- 5a, 21a
- innere Laufbahnfläche
- 5b
- größerer Flanschabschnitt
- 5c
- kleinerer Flanschabschnitt
- 6
- Käfig
- 7
- Kegelrolle
- 8
- verstemmter Abschnitt
- 9
- Dichtung
- 10
- Dichtplatte
- 11
- Schleuderring
- 12
- Wälzlager
- 12a
- Außenring
- 13, 20
- Haltering
- 14, 17, 19
- Halteringnut
- 14a
- Boden der Halteringnut
- 14b
- innenseitige Fläche der Halteringnut
- 15, 16, 18, 18a
- Eckabschnitt der Halteringnut
- 20a
- abgeschrägter Abschnitt des außenseitigen Eckabschnitts des Halterings
- 20b
- abgeschrägter Abschnitt des innenseitigen Eckabschnitts des Halterings
- 22
- inneres Element
- 51, 64
- Radnabe
- 51a
- Schulterabschnitt
- 51b, 64a
- zylindrischer Abschnitt
- 51c
- Keilverzahnung
- 52
- Radlager
- 53
- Radbefestigungsflansch
- 53a
- Nabenbolzen
- 54
- äußeres Element
- 54a
- äußere Laufbahnfläche
- 54b
- Karosseriebefestigungsflansch
- 55
- Innenring
- 55a
- innere Laufbahnfläche
- 55b
- größerer Flanschabschnitt
- 55c
- kleinerer Flanschabschnitt
- 55d
- größere Endfläche
- 55e
- abgeschrägter Abschnitt
- 56
- Käfig
- 57
- Kegelrolle
- 58
- verstemmter Abschnitt
- 59
- Dichtung
- 60
- gehärtete Schicht
- 61
- ausgesparter Abschnitt
- 62
- Wälzlager
- 63
- Haltering
- 65
- Zylinder
- 66
- Verstemmwerkzeug
- 67
- Halteringnut
- a
- Höhe des größeren Flanschabschnitts
- b
- Tiefe von der größeren Endfläche des ausgesparten Abschnitts des zylindrischen Abschnitts
- B/C
- Lagermittellinie
- C/S
- Kupplungsmechanismus
- D/S
- Antriebswelle
- e
- Abstand des Krümmungsmittelpunktes des Eckabschnitts der Halteringnut von der Endfläche des Außenrings
- P
- Position des innenseitigen Endes der gehärteten Schicht
- P0
- Randabschnitt des abgeschrägten Abschnitts des Innenrings
- P1
- Position, die der Höhe des größeren Flanschabschnitts entspricht
- r
- Krümmungsradius des abgeschrägten Abschnitts des Innenrings
- Ri
- Krümmungsradius der innenseitigen Ecke der Halteringnut
- Ro, Ro1, Ro2
- Krümmungsradius der außenseitigen Ecke der Halteringnut
