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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten einer Radnaben-Lagereinheit
für ein
Rad eines Kraftfahrzeugs.
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Zu einem besseren Verständnis der
technischen Probleme und Lösungen
betreffend die Anbringung eines Bremsrotors an der Radnabe des Rads
eines Kraftfahrzeugs wird hierin im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 der angeschlossenen Zeichnungen
das herkömmliche
Design einer Radeinheit kurz beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 1 bildet ein Rad 10 einen radialen
Flansch 10a, der eine Innenkante l0b definiert,
die dazu angepasst ist, das Rad auf der Außenfläche eines sich axial nach außen erstreckenden
zylindrischen Abschnitts 11a einer Radnabe 11 aufliegen
zu lassen und zu zentrieren. Die Radnabe 11 bildet einen
sich nach außen
erstreckenden radialen Flansch 11b und einen zylindrischen
Mittelabschnitt 11k, der einen der radial inneren Laufringe
eines Wälzlagers
mit einem Doppelsatz von Walzelementen 12a, 12b bildet.
Ein eigenes Laufringelement 19 bildet den radial inneren
Laufring für
den Satz von Walzelementen 12b. Das Lager umfasst weiters
einen stationären äußeren Laufring 13,
der einen sich nach außen
erstreckenden radialen Flansch 13a bildet, in dem axiale
Bohrungen 13b zur Aufnahme von Bolzen 14 erhalten
werden, um das Lager an einem Aufhängeständer 17 zu befestigen.
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Der radiale Flansch 11b der
Radnabe besitzt eine axial äußere radiale
Oberfläche 11c und
eine Mehrzahl von axialen Bohrungen 11d zur Aufnahme von
Bolzen 15 zur Anbringung des Rads 10.
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Ein Bremsrotor 16 bildet
einen sich nach innen erstreckenden radialen Flansch 16a mit
axialen Bohrungen 16d, die auf die Bohrungen 11d des
Radnabenflansches 11 und auf entsprechende, im Rad 10 erhaltene,
axiale Bohrungen 10d ausgerichtet sind, um den Durchgang
der Befestigungsbolzen 15 zu erlauben. Das Anziehen der
Bolzen 15 spannt den Felgenflansch 10a, den Rotorflansch 16a und
den Radnabenflansch 11b zusammen. Durch das Zentrum der
Radnabe 11 ist eine Keilbohrung 11e gebildet,
die zur Aufnahme einer das Rad zur Drehung antreibenden Keilwelle 18 angepasst
ist.
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Gemäß dem Stand der Technik sorgt
das Verfahren zum Bearbeiten und Montieren der den obenstehend besprochenen
Radaufbau bildenden Bestandteile dafür, dass zuerst die vollständige, bereits
fertiggestellte Radnaben-Lagereinheit am Aufhängeständer 17 angebracht
wird. Der Endfertigungsvorgang muss insbesondere bei der als axiale Auflage
für den
Bremsflansch 16a dienenden Radnabenflanschfläche llc genau
sein. Danach wird der Bremsrotor 16 mit den gegenüberliegenden
Seiten seines Flansches 16a und seinen gegenüberliegenden
Bremsflächen 161, 162,
die bereits genau bearbeitet sind, am zylindrischen Abschnitt 11a der
Radnabe eingesetzt. Anschließend
wird die Felge über dem
Abschnitt 11a eingesetzt, und schließlich werden die Bolzen 15 durch
die ausgerichteten Bohrungen 10d, 16d und 11d angezogen.
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Mittels dieses Ansatzes wird die
Ausrichtung der Bremsflächen
des Bremsrotors bezüglich
der Rotationsachse des Lagers beeinflusst, indem Toleranzen der
verschiedenen Bestandteile des Aufbaus und von möglichen Montagefehlern hergestellt
werden. Daher sind bei Montage des Radaufbaus die Bremsflächen nicht
genau lotrecht auf die Rotationsachse des Lagers ausgerichtet. Tatsächlich wird
die Planheit des Radnabenflansches und insbesondere des Bremsflansches – abgesehen
von der Beeinflussung durch bauliche Planheitsfehler der Vorderflansche
der Radnabe und des Bremsrotors – gefährdet durch eine vom Anziehen
der Bolzen 15 verursachte Verformung, welche in den radialen
Oberflächen Wellen
erzeugt.
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Planheitsfehler und bezüglich der
Rotationsachse des Lagers nicht lotrechte Bremsflächen und Flanschflächen bestimmen
den sogenannten axialen Auslauf der
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Bremse, welcher unerwünscht ist,
da er eine übermäßige Schwingung,
ein Zittern der Bremse und eine unregelmäßige oder vorzeitige Abnutzung
der Bremsklötze
hervorruft. Bei derzeitigen Techniken beläuft sich der axiale Auslauf
auf zwischen etwa 90 und etwa 100 μm.
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Das U.S.-Patent Nr. 5,430,926 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines Bremsrotors und eines Lageraufbaus,
wobei ein Bremsrotor mit einer Bremsfläche und einem Radnabenabschnitt
zuerst an der Bohrung der Radnabe bearbeitet wird. Eine Lagereinheit
wird danach in der Bohrung des Radnabenabschnitts installiert. Die
Lagereinheit umfasst einen in die Bohrung eingreifenden, äußeren Laufring und
einen drehbaren inneren Laufring. Der aus dem Bremsrotor und der
Lagereinheit zusammengesetzte Aufbau wird danach an einem Bearbeitungsapparat angebracht,
welcher mittels des inneren Laufrings der Lagereinheit den Aufbau
trägt.
Unter Verwendung des Bearbeitungsapparats wird die Bremsfläche des
Bremsrotors bearbeitet.
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Das U.S.-Patent Nr. 5,842,388 schlägt ein Verfahren
zum Bearbeiten einer Radnabe und einer Bremskomponente, die durch
Bolzen aneinandergekoppelt sind, vor. Zum Setzen eines Lagers wird
die Bremsfläche
zusammen mit einer zylindrischen Oberfläche der Radnabe bearbeitet.
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Die internationale Patentanmeldung WO-A-98/38436
schlägt
die Befestigung einer Bremsscheibe am Flansch einer Fahrzeug-Radnabe und
die Anbringung des aus der Radnabe, dem Lager und der Bremse zusammengesetzten
Aufbaus an einem Bearbeitungsapparat vor. Der Bearbeitungsapparat
wird zur Bearbeitung der Bremsflächen der
Bremsscheibe verwendet, so dass diese in einem vorbestimmten Verhältnis relativ
zum äußeren Laufring
des Lagers ausgerichtet werden.
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Obwohl sie eine Bremsfläche mit
einem minimalen axialen Auslauf bieten, haben die obenstehend erwähnten Lösungen des
Stands der Technik den Nachteil, dass, wenn der mittels der obenstehenden
Prozesse bearbeitete, ursprüngliche
Bremsrotor durch einen neuen Bremsrotor ersetzt werden muss, letzterer
Bremsflächen
mit einem beträchtlichen
axialen Auslauf besitzt, welcher nur dann auf akzeptable Werte verringert
werden kann, wenn der die Radnabe, das Lager und den Bremsrotor
umfassende Gesamtaufbau in einen Bearbeitungsapparat gegeben wird,
um die Bearbeitung der Bremsflächen
zu wiederholen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht in der Schaffung eines Verfahrens, das in der Lage ist,
den axialen Auslauf der Außenfläche des
Radnabenflansches, die als Auflage für den Bremsrotorflansch und
das Rad dient, zu reduzieren. Insbesondere ist eine Verringerung
des axialen Auslaufs auf ein Minimum wünschenswert, und zwar ungeachtet der
Herstellungstoleränzen
der Radaufbaukomponenten und unabhängig von Fehlern bei der Montage des
Lagers.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht
in der Schaffung eines Verfahrens, welches es ermöglicht, den
Auslauf der Bremsflächen
der Bremsscheiben, und zwar sowohl der ursprünglichen als auch jener, welche
die ursprünglichen
ersetzen, auf einem niedrigen Wert zu halten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird dieses Ziel erreicht durch ein Verfahren wie jenes, das im
Anspruch 1 definiert ist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, das in der Lage
ist, den Auslauf auf ein Minimum zu reduzieren, und zwar unabhängig von
einer durch die erzwungene Einführung
der Radmontagebolzen hervorgerufenen Verformung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird dieses weitere Ziel erreicht durch ein Verfahren wie jenes,
das im Anspruch 2 definiert ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den weiteren Unteransprüchen
definiert.
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Die Eigenschaften und Vorteile der
Erfindung gehen hervor aus der detaillierten Beschreibung ihrer wenigen,
anhand eines Beispiels dargelegten Ausführungsformen, und zwar unter
Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, in welchen:
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1 eine
im Querschnitt gezeigte, axiale Teilansicht eines gemäß dem Stand
der Technik hergestellten und montierten Radaufbaus ist;
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2 eine
im Querschnitt gezeigte Axialansicht ist, welche gemäß einer
ersten Ausführungsform
dieser Erfindung die Bearbeitung einer Oberfläche eines Flansches einer Radnaben-Lagereinheit zeigt;
und
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3 bis 6 im Querschnitt gezeigte Axialansichten
sind, und zwar ähnlich
jener der 2, welche
weitere Ausführungsformen
der Erfindung zeigen.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Radnaben-Lagereinheit für ein Antriebsrad
veranschaulicht, die zu jenem Typ gehört, der einen stationären äußeren Laufring 13 besitzt,
wie im einleitenden Teil der Beschreibung besprochen.
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Die allgemeine Struktur der in 2 gezeigten Einheit kann
als allgemein bekannt betrachtet werden. Daher werden nur jene Elemente,
die für
die Zwecke der Implementierung der vorliegenden Erfindung von besonderer
Wichtigkeit und besonderem Interesse sind, in der nachfolgenden
Beschreibung im Detail beschrieben. Hinsichtlich der Gestaltung der
nicht im Detail gezeigten Teile und Elemente kann daher auf jede
Radnabeneinheit von bekannter Art, wie beispielsweise auf die in 1 gezeigte öder auf
jene, die in den im Oberbegriff der Beschreibung angeführten Dokumenten
des Stands der Technik geoffenbart sind, Bezug genommen werden.
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Der äußere Laufring 13 bildet
einen äußeren radialen
Flansch 13a zur Anbringung an der (in 2 nicht gezeigten) Aufhängung eines
Kraftfahrzeugs sowie die äußeren Laufringe
für einen
Doppelsatz von Walzelementen, Walzen oder Kugeln, 12a, 12b. Die
inneren Laufringe werden von der Radnabe 11 und einem Paar
getrennter ringförmiger
Elemente 19a, 19b gebildet, welche beispielsweise
durch Kaltformung einer axial inneren Felge 11f der Radnabe axial
an die Radnabe geschlossen sind. Die Kaltformung der Felge 11f wird
durchgeführt,
indem auf die ringförmigen
inneren Elemente 19a, 19b eine Schubbelastung
angelegt wird, um eine axial vorbelastete Radnaben-Lagereinheit
zu erhalten.
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Der radiale Flansch 13a des äußeren Laufrings 13 sieht
eine axial innere radiale Oberfläche 13c vor,
die bei Verwendung gegen eine radiale Oberfläche 17a der Aufhängung stößt (wie
in 1 gezeigt). In der
Nähe des
Flansches 13a sieht der äußere Laufring 13 eine äußere zylindrische
Oberfläche 13d vor,
die dazu angepasst ist, in eine Aufnahmebohrung der Aufhängung zu
passen, wie in 1 durch 17b angezeigt.
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Die Radnabe 11 bildet einen
röhrenförmigen Mittelteil 11k und
einen sich nach außen
erstreckenden radialen Flansch 11b mit einer axial äußeren Seite 11c.
Die Radnabe bildet weiters einen axial nach außen ragenden zylindrischen
Abschnitt 11a.
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Die radiale Oberfläche 11c des
Radnabenflansches 11b dient als axiale Auflagefläche für einen radialen
Flansch 16a eines Bremsrotors 16, wie in 1 gezeigt. Die Oberfläche 11c muss
daher eine Fläche
definieren, die möglicherweise
frei ist von Planheitsfehlern, um die im einleitenden Teil der Beschreibung
angeführten
Unannehmlichkeiten zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
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Zur Aufnahme von Bolzen 15 sind
axiale Bohrungen 11d im Radnabenflansch 11b gebildet (1), um die Radnabe am Rad
und an der Bremsscheibe anzubringen.
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Die vormontierte und axial vorbelastete
Radnaben-Lagereinheit befindet sich auf einem Bearbeitungsapparat,
der mit einer Mehrzahl von stationären radialen Klemmbacken 120 und
axialen Positionsanzeigern 121 und einer Drehhülse 122 ausgestattet
ist.
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Die radialen Klemmbacken 120,
von welchen in 2 aus
Gründen
der Einfachheit nur eine gezeigt ist, sind in diesem Beispiel drei
an der Zahl und haben dazwischen winkelig angeordnete 120 Grade.
Die radialen Klemmbacken 120 wirken gegen die äußere zylindrische
Oberfläche 13d des äußeren Laufrings 13,
um die Radnaben-Lagereinheit bezüglich
der Rotationsachse der Hülse 122 zu
zentrieren. Die Klemmbacken 120 haben zum Eingriff in den äußeren Lagerring 13 axiale
Eingriffsflächen 120a,
um den Richtwert des zylindrischen Sitzes 17b, der Fahrzeugaufhängung, worin
die Einheit danach montiert wird, darzustellen.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind drei (nur in
der Zeichnung gezeigte) axiale Positionsanzeiger 121 vorgesehen,
die dazwischen winkelig angeordnete 120 Grade haben, und zwar bezüglich der
Rotationsachse der Hülse 112,
und um etwa 60 Grad relativ zu den radialen Klemmbacken 120 winkelig
versetzt sind. Die axialen Positionsanzeiger 121 können hinsichtlich
der Anzahl oder Form auch anders angeordnet sein, als es in 3 gezeigt ist, sofern sie
für die
axial innere (oder nach innen gerichtete) Oberfläche des radialen Flansches 13a des äußeren Lagerrings 13 mehrere
stabile axiale Auflagepunkte um die Achse x schaffen, um den Richtwert darzustellen,
der bei Verwendung von der axialen Oberfläche 17a der Aufhängung geboten
wird (1).
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Es sollte festgehalten werden, dass
im Beispiel der 2 die
inneren Laufringe durch das Paar innerer Laufringelemente 19a, 19b gebildet
sind. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung in all ihren
möglichen
Ausführungsformen
sowohl auf Radnaben-Lagereinheiten, bei welchen einer der radial inneren
Laufringe direkt auf der Radnabe erhalten wird (wie in 3 und 5 gezeigt), als auch auf Einheiten, bei
welchen die inneren Laufringe durch Laufringelemente gebildet sind,
die getrennt produziert und danach an der Randnabe befestigt werden
(wie in 4 gezeigt),
gleichermaßen
angewandt werden kann.
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Die Drehhülse 122 dient dazu,
die Radnabe 11 und die inneren Laufringelemente 19a, 19b zur Drehung
bezüglich
des äußeren Laufrings 13 anzutreiben,
so dass ein Schneidewerkzeug 23 die axial äußere Oberfläche 11c des
Radnabenflansches 11b fertig bearbeiten kann.
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Um den drehbaren Teilen der Radnaben-Lagereinheit
eine Drehbewegung zu verleihen, ist die Hülse 122 mit einem
unteren Kopfabschnitt 122a zum Eingriff in die Radnabe
versehen, in diesem Beispiel indem in den ringförmigen, vorspringenden Radnabenabschnitt 11a eingegriffen
wird. Der Eingriffskopf 122a kann auch anders als bei der
hier gezeigten Ausführungsform
ausgebildet sein. In jedem Fall sollte der Hülsenkopf
122a die
Radnabe mit mäßiger Kraft
oder jedenfalls in einer solchen Weise erfassen, dass in der Radnabe
keinerlei Belastungen erzeugt werden, welche eine nennenswerte elastische
Verformung des Flansches 11b bewirken. Ansonsten würde das
Schneidewerkzeug 23 die Radnabenflanschseite 11c fertig
bearbeiten, und zwar mit einer Oberfläche, die sich bei Entfernung
des Kopfes 122a von der Einheit, die bearbeitet wird, nicht
als eben erweisen würde.
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Somit wird die Oberfläche 11c bearbeitet,
indem die Radnabe um die durch die Position des äußeren Laufrings 13 definierte
Rotationsachse gedreht wird, wobei diese Oberfläche – sobald sie fertig bearbeitet
ist – bezüglich der
geometrischen Achse, um die sich die Radnabe bei Verwendung dreht,
lotrecht ist.
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Damit die Hülse 122 in Richtung
einer mit der Rotationsachse x nicht übereinstimmenden, geometischen
Achse keine beträchtlichen
Belastungskomponenten auf die geflanschte Radnabe 11 überträgt, ist
die Rotationsachse der Hülse
vorzugsweise frei, beispielsweise indem die Hülse an einer beweglichen Kupplung
oder einem Kugelgelenk, die bzw. das schematisch mit 122b bezeichnet
ist, angebracht wird. Als Alternative oder zusätzlich kann die Hülse aus
einem elastischen Material bestehen.
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Es ist zu erkennen, dass die Genauigkeit,
mit der die Oberfläche 11c bearbeitet
wird, unabhängig von
den Herstellungs- und Montagetoleranzen der die Radnaben-Lagereinheit bildenden
Bestandteile ist. Der axiale Auslauf der Oberflächen 11c kann so auf
Werten, die 10 μm
nicht überschreiten,
daher bezüglich
des Stands der Technik viel niedriger, gehalten werden.
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Überdies
ist zu erkennen, dass, falls es notwendig ist, den ursprünglichen
Bremsrotor durch einen neuen zu ersetzen, letzterer seine Bremsflächen auch
lotrecht bezüglich
der Rotationsachse des Lagers ausgerichtet hat, da er auf einer
radialen Oberfläche
(Oberfläche 11c)
mit einem extrem niedrigen axialen Auslauf aufliegt, d. h. bezüglich der
durch den äußeren Laufring
des Lagers definierten Rotationsachse in perfekt lotrechter Weise.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in 3 gezeigt. Bei dieser
Variante wird die radiale Oberfläche 11c bei bereits
mit Gewalt in die Bohrungen 11d des Flansches 11b eingeführten Bolzen 15 bearbeitet.
Als Ergebnis wird die Planheit der fertig bearbeiteten Oberfläche 11c nicht
durch eine von der gewaltsamen Einführung der Bolzen verursachten
Verformung beeinflusst. Zur Bearbeitung der Oberfläche 11c wird
bei einer derartigen Variante ein Schneidewerkzeug 23a von
verlängerter
und dünner
Form verwendet, um auch jenen Abschnitt der Oberfläche 11c zu
erreichen, welcher zwischen dem Bereich der Bohrungen 11d und
dem zylindrischen Abschnitt 11a enthalten ist.
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Es ist zu verstehen, dass das Schneidewerkzeug 23a trotz
seiner Dünnheit
die Oberfläche 11c bis
zu dem Bereich, wo sich die Bohrungen 11d zur Oberfläche 11c öffnen, nicht
leicht erreichen kann, wenn die Bolzen 15 eingeführt werden,
um zu vermeiden, dass Bereiche der Oberfläche 11c zurückbleiben,
die nicht bearbeitet sind und vom Rest der Oberfläche abstehen,
ist der Flansch 11b mit einem vertieften Bereich 11m in
Form eines kreisförmigen Rings
gebildet, welcher den Bereich umschließt, in dem sich die Bohrungen 11d zur
Oberfläche 11c erheben.
Das Schneidewerkzeug 23a bearbeitet die Oberflächenabschnitte 11c außen und
innen an den vertiefen Ring 11m angrenzend, wie durch 11c' und 11c'' angezeigt.
Diese Abschnitte der bearbeiteten Oberfläche sind jene, auf welchen
der Bremsrotor axial aufliegt.
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Im Allgemeinen ist die Erfindung
auf jede Art von Radnaben-Lagereinheit mit geflanschtem, ringförmigem Drehelement
anwendbar. In den 4 und 5 wird das erfindungsgemäße Verfahren
an Radnaben-Lagereinheiten ausgeführt, bei welchen der stationäre äußere Laufring 13 nicht
geflanscht und daher nur durch radiale Klemmbacken 120 verriegelt
ist. Für
diese und andere Anwendungen, bei welchen die äußere zylindrische Oberfläche 13d des
Laufrings 13 mit einer radialen Interferenz in einem Sitz
der Aufhängung
zu montieren ist, und zwar mit Gewalt, ist es während der Bearbeitung vorzuziehen,
dass eine radiale Vorspannung an den äußeren Laufring angelegt wird,
wodurch die zuvor erwähnte,
erzwungene Montage simuliert wird. Eine derartige radiale Spannung kann
beispielsweise von denselben radialen Klemmbacken 120 ausgeübt werden.
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Gleichermaßen ist die Erfindung in gleicher Weise
auf Radnaben-Lagereinheiten vom in 6 veranschaulichten
Typ anwendbar, wobei der sich drehende, geflanschte Laufring 11 die äußeren Laufringe
bildet und die inneren Laufringe durch ein Paar axial benachbarter,
stationärer
Lagerringe 13 gebildet werden. In letzterem Fall und im
Allgemeinen bei all jenen Anwendungen, bei welchen die Radnaben-Lagereinheiten
am Bearbeitungsapparat in einem nicht vorbelasteten Zustand gehalten
werden, ist es vorteilhaft, während
der Bearbeitung eine axiale Vorspannung P anzulegen, um zwischen
dem inneren und äußeren Laufring
einen axialen Spielraum aufzuheben.