DE4339847C2 - Lagereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 39 20 299 A1 ist eine derartige Radlage­ rung für Kraftfahrzeuge bekannt. Nachteilig dabei ist, daß der Werkstoff des mit dem Wulst versehenen Lage­ rinnenrings zwei gegenläufige Eigenschaften haben muß, nämlich einmal härtbar sein soll für die Lagerei­ genschaft (Laufbahn) und zum anderen plastisch ver­ formbar sein soll um die Befestigung zu ermöglichen. Dies erfordert aufwendige Wärmebehandlungsverfah­ ren (Einsatzhärtung und dergleichen). Dieser Nachteil gilt auch für ein Lager nach der EP 0 475 792 A1, wobei der Wulst durch eine aufwendige Warmumformung er­ zeugt wird.

Wenn man die Lagerringe als separate Teile ausbildet (s. Fig. 6 der EP 0 475 792 A1 so besteht das Problem, daß die Lagerringe beim Verformen des Wulstes in ihrer Geometrie beeinflußt werden können, daß die Nabe dabei geschädigt werden kann, und daß die Lagerringe mit einer ausreichenden aber auch nicht zu hohen Vor­ spannung zu versehen sind.

In Fig. 5 der EP 0 475 792 A1 ist eine Lagereinheit gezeigt bei der einer der Innenringe des Wälzlagers durch einen mit Hilfe einer plastischen Verformung er­ zeugten am Nabenende angeformten Wulst axial fixiert und vorgespannt ist. Der Wulst wird dabei durch eine Warmumformung erzeugt und die Verspannung durch vorher aufgebrachte gegenläufige Kräfte F1 und F2 er­ reicht. Dies ist recht aufwendig und in der Serienferti­ gung ist es schwierig, immer eine gleichbleibende Ver­ spannung zu erreichen.

Für eine (an sich wünschenswerte) Kaltumformung ist die dargestellte Geometrie des Wulstes nicht geeig­ net. So ist der dargestellte Radius des Kantenabstandes des Innenrings größer als der Wulstradius und die Nei­ gung des Wulstes beträgt nur ca. 10°. Ein günstiges Fließverhalten des Wulstes in axialer Richtung mit einer ausreichenden Verspannkraft der Innenringe kann des­ halb nicht erwartet werden. Außerdem geht der Naben­ schaft gleich in den Radius über, so daß die Bohrung nur eine geringe Tiefe aufweist. Dies bewirkt, daß beim (Kalt)Umformen das Material nicht nach innen fließen kann, sondern gestaucht wird und eine Innenringsitzwöl­ bung erfolgt, die zu hohen radialen und tangentialen Spannungen führt, welche unzulässig sind. Der darge­ stellte Innenringradius ist für eine Kaltverformung auch viel zu groß, so daß zwischen Innenring und Wulst ein Spalt entsteht, in dem es zu Korrosionsbildung kommen kann. Außerdem würde der Innenring beim Stauchen hauptsächlich in radialer Richtung aufgeweitet und nicht axial verspannt.

Einen ähnlichen Aufbau besitzt auch eine vorbenutzte Ausführung eines Kaltwalznietkopfes. Dieser Kaltwalznietkopf hat die Nachteile, daß dieser Nietkopf im wesentlichen gestaucht ist, also hauptsächlich Druckspannungen beinhaltet und nach Beendigung des Nietvorganges so stark zurückfedert, daß keine axiale Fixierung des Innenrings gewährleistet ist.

Der Faserverlauf des Materials im Nietkopf ist unterbrochen und weist geris­ sene Fasern auf. Das Material mit den gerissenen Fasern hat eine geringere Festigkeit, somit muß die drohende Bruchgefahr mit einem Überdimensionieren des Nietkopfes ausge­ glichen werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Lagereinheit der vorstehend genannten Art so weiter zu entwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden und eine zuverlässige, kosten­ günstige und definierte Fixierung und Verspannung der Lagerringe auf der Nabe erfolgt, wo­ bei festigkeitsreduzierende Störungen im Faserverlauf des Nietkopfes vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Mit Hilfe der Merkmale a bis f aus Anspruch 1 wird ein Verfor­ mungsverfahren durch Umbiegen des Nabenschaftes bis zur Anlage an die äußere Stirnseite des Lagers anstelle des bekannten Stauchens erreicht. Dadurch ergibt sich nicht nur eine axiale Fixierung der Innenringe des Lagers, sondern auch eine gezielte und genau reproduzier­ bare axiale Vorspannung der Innenringe, die für die problemlose Funktion der Lager äußerst wichtig ist. Während des Umbiegens des Nabenschaftes wird nämlich in dessen radial inneren Umfangsbereich eine innere Zugspannung und im äußeren Bereich eine Druckspannung erzeugt. Wenn die zum Umbie­ gen nötigen äußeren Kräfte weggenommen werden, heben sich dann auch durch das Rückfedern der Innenringe im Schaftbereich die Zug- und Druck­ spannungen gegeneinander nahezu auf. Es kommt nicht zu dem beim reinen Stauchen auftretenden großen Rückfedern dieses Abschnitts. Das große Rück­ federn würde zu einem unzulässigen Spalt zwischen Innenring und Wulst füh­ ren. Der innere Spannungsausgleich entsprechend der Erfindung bringt eine bleibende, gewünschte Verspannung mit einfachsten Mitteln.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß die Wulstgeo­ metrie unabhängig vom Lagerdurchmesser ist und praktisch auch für alle Lagerarten gilt. Lediglich bei der Nabengestaltung muß zwischen Vollnabe und Hohlna­ be eine geringe Differenzierung vorgenommen werden.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel er­ läutert werden.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lagereinheit mit Vollnabe im Schnitt,

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lagereinheit mit Hohlnabe im Schnitt.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Lager­ einheit im Bereich des Wulstes.

In Fig. 1 und 2 ist die Nabe mit 1 bezeichnet. Sie weist einen Befestigungsflansch 1' auf. Auf der Nabe 1 sind die Innenringe 2 und 3 aufgeschoben, die zusammen mit den Wälzkörpern 4 und dem einteiligen Außenring 5 die Radlagerung bilden. Die Wälzkörperreihen werden von je einem Käfig 6 auf Abstand gehalten. Außerdem ist die Radlagerung noch mit Dichtungen 7 und 8 gegen Schmutz geschützt.

Bei modernen Radlagerungen ist die Dichtung 8 mei­ stens so ausgebildet, daß der äußere Dichtring gleichzei­ tig als Impulsring für die Drehzahlenmessung verwen­ det werden kann. Der Außenring 5 ist ebenfalls mit einem Befestigungsflansch 5' versehen. In Fig. 1 ist die Nabe 1 als Vollnabe und in Fig. 2 als Hohlnabe ausgebil­ det. Die axiale Fixierung und Vorspannung der Innen­ ringe 2 und 3 auf der Nabe 1 erfolgt über den plastisch verformten Wulst 9.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ragt der zunächst unver­ formte Nabenschaft 10 (gestrichelt) um ca. 10 bis 14 mm über den Innenring 3 hinaus.

Bei dem sich anschließenden Wälznietvorgang der bei Raumtemperatur erfolgt (Kaltumformung) wird der Nabenschaft 10 zu dem Wulst 9 umgeformt.

Dabei werden die Innenringe gegeneinander ver­ spannt und die Lagerung axial fixiert. Es hat sich dabei gezeigt, daß für die richtige Vorspannung der Lagerung neben dem Werkstoff (Stahl mit einer Kernhärte von 200 bis 270 HB) auch der Radius r des Wälzlagerkanten­ abstandes und der Wulstradius R sowie die Wandstärke S und der Überstand L des Schaftes 10 von Bedeutung sind.

Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn

r = 2,5 mm
R = 6 mm
S = 5 mm und
L = 12 mm

betragen.

Bei dieser Geometrie des Nabenschaftes 10 ergibt sich nach dem Wälznietvorgang für den Wulst 9 eine Höhe von 5 mm, und eine Neigung α von 23° zur Hori­ zontalen. Der Nabenschaft 10 geht dabei mit einer Nei­ gung β von 15° zur Vertikalen in die Nabenbohrung 9' über.

Die Nabenbohrung ist bei einer Vollnabe mindestens bis zum Übergang der Laufbahn zum Bord tief. Bei einer Hohlnabe gilt dies entsprechend für den Absatz 9".

In überraschender Weise hat es sich gezeigt, daß die­ se Wulstgeometrie unabhängig vom Lagerdurchmesser ist und praktisch auch für alle Lagerarten gilt. Derartige Radlagerungen können also, egal ob sie für einen Klein­ wagen konzipiert sind oder bei großen LKW-Radlage­ rungen (mit Kegelrollenlagern) verwendet werden, mit der gleichen Wälznietmaschine kaltverformt werden, was fertigungstechnisch von großem Vorteil ist.

Gegenüber den herkömmlichen Lösungen, also bei Radlagerungen mit Achsmuttern und dergleichen, ist die erfindungsgemäße Lagereinheit nicht nur leichter und sicherer, sondern auch fertigungstechnisch wesentlich einfacher.

Claims (2)

1. Lagereinheit, vorzugsweise Radlagereinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Nabe und einem Schrägwälzlager, von dem zumindest ein Innenring durch einen mit Hilfe einer plastischen Kaltverformung mittels Wälznieten erzeugten, am Nabenende angeformten Wulst axial fixiert und vorgespannt ist, wobei die Nabe einen Nabenschaft mit einer Nabenbohrung aufweist, die sich bis in den Bereich des Innenringes erstreckt und der unverformte Nabenschaft über das Lager axial hinausragt, der Wulst - im Querschnitt gesehen - eine Krümmung, einen sich zum Außenumfang hin erstreckenden, zum Innenring hin geneigten Abschnitt und einen inneren Abschnitt aufweist, der in die Nabenbohrung übergeht und das Nabenmaterial eine Kernhärte von 200 bis 270 HB aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der über das Lager mit einer Länge (L) von 10 bis 14 mm hinausragende unverformte Nabenschaft (10) eine Wandstärke (S) von 4,5 bis 6 mm aufweist,
• b) der aus dem Nabenschaft (10) geformte Wulst (9) in axialer Richtung eine Höhe (H) von 4 bis 6 mm aufweist und die Krümmung des Wulstes (9) einen Wulstradius (R) von 5 bis 8 mm hat,
• c) die Neigung (α) des zum Außenumfang des Wulstes (9) sich erstreckenden Abschnittes 20° bis 30° beträgt und tangential in die Krümmung des Wulstes (9) übergeht,
• d) der Wulst (9) mindestens 8 mm vom Übergang der Laufbahn des Innenringes (3) zum Bord entfernt und die Nabenbohrung (9') mindestens bis zum Übergang der Laufbahn des Innenringes (3) zum Bord tief ist,
• e) der innere Abschnitt mit einer Neigung (β) zwischen 10° und 20° in die Nabenbohrung (9') und tangential in die Krümmung des Wulstes (9) übergeht und
• f) der Innenring (3) eine dem Wulst (9) benachbarte Kantenabrundung aufweist, deren Radius (r) 2 bis 4 mm beträgt.

2. Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zunächst unverformte Nabenschaft (10) eine Wandstärke (S) von 5 mm und eine über das Lager hinausragende Länge (L) von 12 mm besitzt, der Radius (r) der Kantenabrundung des Innen­ ringes (3) 2,5 mm und der Wulstradius (R) 6 mm beträgt, der Wulst (9) nach dem Verformen eine Höhe von 5 mm und eine Neigung (α) von 23° hat, und daß der Wulst (9) 10 mm vom Übergang der Laufbahn zum Bord entfernt ist und daß der Nabenschaft (10) mit einer Neigung (β) von 15° in die Nabenbohrung (9') übergeht, die mindestens bis zum Übergang der Laufbahn zum Bord tief ist (∧ alten Anspruch 6).