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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radtrage-Wälzlagereinheit,
die zum drehbaren Halten von Fahrzeugrädern an Aufhängungsvorrichtungen
verwendet wird, und auch auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
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Die
Fahrzeugräder
werden an Aufhängungsvorrichtungen
durch die Radtrage-Wälzlagereinheit gehalten.
Aus der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei.11-129703 oder der europäischen Veröffentlichung
EP 0 854 303 A2 ist eine
Radtrage-Wälzlagereinheit
bekannt, die zur Kostenreduzierung durch Verminderung der Anzahl
der Einzelteile und zur Größen- und
Gewichtsreduzierung keine Muttern zum festen Verbinden der Nabe
und des Innenrings verwenden. Die
4 bis
6 zeigen die
Radtrage-Wälzlagereinheit
1,
die in der Veröffentlichung
beschrieben ist.
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Die
konventionelle Radtrage-Wälzlagereinheit 1 umfasst
eine Nabe 2, einen inneren Ring 3, einen äußeren Ring 4 und
mehrere Wälzelemente 5. Ein
erster Flansch 6 zum Abstützen des Rades ist an einem
Abschnitt der Nabe 2 ausgebildet, der näher am äußeren Ende ihrer Außenumfangsfläche liegt (das
Wort "äußere Seite
oder Außenseite" bedeutet die äußere Seite
des Fahrzeugkörpers,
gesehen in Breitenrichtung in einem Zustand, in dem die Einheit im
Kraftfahrzeug zusammengebaut ist, und die linke Seite in jenen Figuren,
mit Ausnahme der 3 und 7.
Das Wort "innere
Seite oder Innenseite" meint Stellen,
die näher
an der Mitte des Fahrzeugkörpers gesehen
in Breitenrichtung liegen, und die rechte Seite ist jenen Figuren,
mit Ausnahme der 3 und 7).
Eine erste innere Laufbahn 7 ist an der äußeren Seite
eines Mittelabschnitts der Nabe 2 ausgebildet, und ein
abgestufter Teil 8, dessen Außenseitendurchmesser klein
ist, ist am inneren Ende derselben ausgebildet. Der innere Ring 3 ist
in den abgestuften Teil 8 eingepasst und durch einen verstemmten
Abschnitt 9 befestigt. Die erste innere Laufbahn 7 ist
direkt in der äußeren Oberfläche des
mittleren Abschnitts der Nabe 2 ausgebildet, und manchmal
ist sie in der äußeren Oberfläche eines
gesonderten inneren Rings ausgebildet, der am mittleren Abschnitt der
Nabe sitzt. In letzteren Falle dient ein Abschnitt des Endes der
Nabe 2, der zur inneren Seite, gesehen in axialer Richtung über den
gesonderten inneren Ring vorsteht, als abgestufter Teil, der den
inneren Ring 3 aufnimmt.
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Zu
diesem Zweck ist ein zylindrischer Abschnitt 10, der zur
Ausbildung des verstemmten Abschnitts 9 verwendet wird,
im inneren Ende der Nabe 2 ausgebildet. Eine Dicke des
zylindrischen Abschnitts 10 wird klein gegen ihr oberes
Ende, bevor der zylindrische Abschnitt 10 in 6 zum
Verstemmen nach außen
in Durchmesserrichtungen aufgeweitet wird. Dementsprechend ist ein
sich ein verjüngendes
Loch 11 in der inneren Stirnfläche der Nabe 2 ausgebildet.
Der Innendurchmesser des sich verjüngenden Lochs wird in Richtung
auf eine Vertiefung klein.
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Um
zum Verstemmen das obere Ende des zylindrischen Abschnitts 10 aufzuweiten,
um den inneren Ring 3 am inneren Ende der Nabe 2 zu
befestigen, wird ein Druckkolben 12 kräftig gegen das obere Ende des
zylindrischen Abschnitts 10 in einem Zustand gedrückt, in
dem die Nabe so festgelegt ist, dass sie sich in axialer Richtung
nicht verschiebt, wie in 5 gezeigt. Ein nach außen gebogener
Abschnitt 13, gestaltet wie ein kegelstumpfförmiger Konus,
der in den zylindrischen Abschnitt 10 eingestoßen werden
kann, ist im mittleren Abschnitt der Stirnfläche (linke Stirnfläche in 5)
des Druckkolbens 12 ausgebildet. Ein nach innen gebogener
Abschnitt oder Vertiefung 14 ist so ausgebildet, dass er
den äußeren gebogenen
Abschnitt 13 umgibt. Ein Querschnitt der Vertiefung 14 ist
so gestaltet, dass er eine komplex gebogene Oberfläche hat,
deren Krümmungsradius
in Richtung nach außen
klein wird, so dass ein Querschnitt des verstemmten Abschnitts 9, der
durch plastische Verformung des oberen Endes des zylindrischen Abschnitts 10 durch
die Vertiefung 14 ausgebildet wird, in der Größe vom Basisende zum
oberen Ende allmählich
und am oberen Ende abrupt abnimmt.
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Durch
Eindrücken
des Druckkolbens 12 mit dem äußeren gebogenen Abschnitt 13 und
der Vertiefung 14, die die oben erwähnte Gestalt und Abmessungen
haben, gegen das obere Ende des zylindrischen Abschnitts 10 wird
das obere Ende des zylindrischen Abschnitts 10 zwangsweise
nach außen zum
Zwecke der Verstemmung ausgedehnt oder aufgeweitet, um dadurch den
verstemmten Abschnitt 9 auszubilden. Der innere Ring 3 ist
fest zwischen dem verstemmten Abschnitt 9 und einer Stufenfläche 23 des
abgestuften Teils 8 gehalten, der am inneren Ende der Nabe 2 ausgebildet
ist, wodurch der innere Ring 3 an der Nabe 2 festgelegt
wird.
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Eine
erste äußere Laufbahn 15 und
eine zweite äußere Laufbahn 17 sind
in der inneren Oberfläche
des äußeren Rings 4 ausgebildet.
Die erste äußere Laufbahn 15 ist
in der äußeren Umfangsfläche des
mittleren Abschnitts der Nabe 2 ausgebildet, wobei sie
der ersten inneren Laufbahn 7 gegenübersteht. Die zweite äußere Laufbahn 17 steht
einer zweiten inneren Laufbahn 16 gegenüber, die in der äußeren Umfangsfläche des
inneren Rings 3 ausgebildet ist. Mehrere Wälzelemente 5,
die rollfähig
innerhalb eines Laufkäfigs 18 gehalten
sind, befinden sich zwischen der ersten inneren Laufbahn 7 und
der ersten äußeren Laufbahn 15.
Mehrere Wälzelemente 5,
die rollfähig
in einem Laufkäfig 18 gehalten
sind, befinden sich zwischen der zweiten inneren Laufbahn 16 und
dem Laufkäfig 18.
Im dargestellten Fall sind die Wälzelemente 5 Kugeln;
im Falle einer Radtrage-Wälzlagereinheit
für schwere
Kraftfahrzeuge können
sie jedoch Kegelrollen sein.
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Um
die Radtrage-Wälzlagereinheit 1 in
das Kraftfahrzeug einzubauen, wird der äußere Ring 4 an einer
Aufhängungsvorrichtung
mit einem zweiten Flansch 19 befestigt, der an der äußeren Umfangsfläche des äußeren Rings 4 ausgebildet
ist, und das Rad wird an dem ersten Flansch 6 befestigt.
Auf diese Weise ist das Rad drehbar an der Aufhängungsvorrichtung abgestützt.
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Für eine Arbeit
zur Ausbildung des verstemmten Abschnitts 9 durch plastisches
Verformen (Aufweiten zum Verstemmen) des zylindrischen Abschnitts 10 zur
Erstellung der Radtrage-Wälzlagereinheit 1 dieses
Aufbaus und Betriebs ist es vorteilhaft, eine Schwenkpresse 20 zu
verwenden, wie in 7 gezeigt. Die Schwenkpresse 20 besteht
aus einem Druckkolben 12, einem Haltewerkzeug 21 und einem
Halter 22. Beim Ausbilden des verstemmten Abschnitts 9 durch
Aufweiten zum Verstemmen des zylindrischen Abschnitts 10 wird
der Druckkolben 12 in einer Schwenkbewegung verstellt,
wobei er die Nabe mit Hilfe des Halters 22 nach oben drückt. In
einem Zustand, in der die Mittenachse des Druckkolbens 12 und
die Nabe unter einem Winkel θ gegeneinander
geneigt sind, wird der Druckkolben 12 um die Mittenachse
der Nabe 2 gedreht, während
sie in Berührung
miteinander sind. Beim Ausbilden des verstemmten Abschnitts 9 mit
der soeben erwähnten Schwenkpresse
wird ein Teil des Umfangs des Druckkolbens 12 gegen den
zylindrischen Abschnitt 10 gedrückt, so dass das verstemmende
Aufweiten des verstemmten Abschnitts 9 kontinuierlich teilweise
in Umfangsrichtung fortschreitet. Aus diesem Grunde kann beim Ausbilden
des verstemmten Abschnitts 9 durch einen gewöhnlichen
Schmiedevorgang eine auf den zylindrischen Abschnitt 10 einwirkende
Last während
des Schmiedevorgangs vermindert werden. Das Haltewerkzeug 21 verhindert,
dass der innere Ring 3 und die Nabe 2 sich beim
verstemmenden Aufweiten des verstemmten Abschnitts 9 durch
den Druckkolben 12 in radialer Richtung bewegen.
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Bei
einer Technik, wie in dem obigen Aufbau beschrieben, wird ein Abschnitt
der äußeren Umfangsfläche der
Nabe
2, der in
4 schraffiert ist, abgeschreckt,
um ihn zu härten,
um seine Dauerfestigkeit zu verbessern, und dieses ist ebenfalls
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 11-129703 beschrieben. Insbesondere werden der
erste innere Laufbahnabschnitt
7, der Basisendabschnitt
des ersten Flansches
6 und die Hälfte des Basisendabschnitts
des abgestuften Teils
8 abgeschreckt, um die Härte jener
Abschnitte auf etwa Hv 550 bis 900 zu erhöhen. Andererseits wird die
Härte des
zylindrischen Abschnitts
10, der den verstemmten Abschnitt
9 bilden
wird, auf etwa Hv 200 bis 300 vermindert, so dass der zylindrische
Abschnitt plastisch leicht verformt werden kann.
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Von
jenen schraffierten, abzuschreckenden Abschnitten empfängt der
erste innere Laufbahnabschnitt 7 einen großen Oberflächendruck
beim Kontakt mit den Wälzflächen der
Wälzele mente 5.
Dementsprechend wird er gehärtet,
um eine Wälzermüdungslebendauer
sicherzustellen. Der Basisendabschnitt des ersten Flansches 6 wird
gehärtet,
um zu verhindern, dass der Basisendabschnitt unabhängig von
einer Momentenlast verformt wird, die er von dem ersten Flansch 6 erhält, an dem
das Rad befestigt wird. Die Hälfte
des Basisendabschnitts des abgestuften Teils 8 wird gehärtet, um
zu verhindern, dass die äußere Umfangsfläche des
abgestuften Teils 8 unabhängig durch einen Befestigungsdruck des
inneren Rings 3 und eine radiale Last verformt wird, die
auf den inneren Ring 3 von der Vielzahl der Wälzelemente 5 erfährt, oder
um das Auftreten von Reibkorrosion an der äußeren Umfangsfläche des abgestuften
Teils 8 zu verhindern, wo er den daran angebrachten inneren
Ring 3 aufnimmt. Der Abschnitt der Stufenfläche 23 des
abgestuften Teils 8 wird gehärtet, um zu verhindern, dass
die Stufenfläche 23 unabhängig von
einer axial gerichteten Last verformt wird, die auf den inneren
Ring 3 durch die später
zu beschreibende Verstemmungsarbeit einwirkt, um das Auftreten von
Reibkorrosion an der Stufenfläche 23 als
Kontaktfläche
zu verhindern, wo sie mit der äußeren Stirnfläche des
inneren Rings 3 in Berührung
gelangt, und um zu verhindern, dass eine Ecke R als durchgehender
Abschnitt, wo die äußere Umfangsfläche des
abgestuften Teils 8 in die Stufenfläche 23 übergeht,
als Folge der dort konzentrierten Belastung verformt wird.
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In
einer
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. Hei 10-95203 ist, wie in
8 gezeigt,
der Außendurchmesser
eines Abschnitts des inneren Endes der Nabe
2a, der über den
Passabschnitt des inneren Rings
3 vorsteht, etwas kleiner als
der Außendurchmesser
des Passabschnitts. Insbesondere ist ein abgestufter Teil
25,
der eine Höhe H
von etwa 0,02 bis 1 mm hat, an der äußeren Umfangsfläche des
Basisendes des zylindrischen Abschnitts
10a ausgebildet,
der am inneren Ende der Nabe
2a an einer Stelle ausgebildet
ist, die dichter an der zweiten inneren Laufbahn
16 liegt,
als eine Schrägfläche
24,
die an der inneren Stirnöffnung
des inneren Rings
3 ausgebildet ist. Die Schrägfläche
24 wird
niedergehalten, indem der im Durchmesser reduzierte Abschnitt des
zylindrischen Abschnitts
10a zum Verstemmen radial nach
außen
aufgeweitet wird. Wenn der zylindrische Abschnitt
10a zum
Verstemmen radial nach außen
aufgeweitet wird, beginnt das Verbiegen desselben an dem abgestuften Teil
25.
Wenn die Ausdehnarbeit vorgesehen ist, wirkt übermäßige Kraft kaum auf den zylindrischen Abschnitt
10 während der
verstemmenden Ausdehnarbeit ein. Als Folge wird der zum Verstemmen aufgeweitete
Abschnitt wenig beschädigt,
beispielsweise rissig.
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Der
oben erwähnte
Aufbau führt
möglicherweise
zu einer kleinen und leichtgewichtigen Radtrage-Wälzlagereinheit 1 niedriger
Kosten. Um jedoch eine ausreichende Dauerhaftigkeit, Zuverlässigkeit und
Kostenreduzierung des sich ergebenden Erzeugnisses sicherzustellen,
ist es notwendig, die Produktionsausbeute zu steigern, indem der
verstemmte Abschnitt 9 zum Befe stigen des inneren Rings 3 an
der Nabe 2 (2a) frei von Fehlern, beispielsweise
Rissen, gemacht wird.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radtrage-Wälzlagereinheit
anzugeben, die verhindern kann, dass der verstemmte Abschnitt beschädigt, beispielsweise
rissig, wird, und eine ausreichende Kostenverminderung durch die
resultierende gesteigerte Produktionsausbeute zu erreichen und auch
ein Herstellungsverfahren dafür
anzugeben.
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Die
obige Aufgabe kann durch eine Radtrage-Wälzlagereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung gelöst
werden, enthaltend:
einen äußeren Ring,
der erste und zweite äußere Laufbahnen
an seiner Innenumfangsfläche
aufweist;
eine Nabe aus Kohlenstoffstahl, die einen Flansch
an der Außenumfangsfläche eines
Endes derselben aufweist, wobei die Nabe eine erste innere Laufbahn in
ihrem Mittelabschnitt in einer axialen Richtung derselben aufweist,
die der ersten äußeren Laufbahn des äußeren Rings
gegenübersteht,
wobei die Nabe einen zylindrischen Abschnitt hat, der am anderen Ende
der Nabe liegt und erste und zweite Abschnitte aufweist, wobei eine
durchschnittliche Querschnittsfläche
von Kristallteilchen im zweiten Abschnitt kleiner als 0,030 mm2 ist;
einen inneren Ring am äußeren Ende
der Nabe, der eine zweite innere Laufbahn hat, die an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet
ist und der zweiten äußeren Laufbahn
des äußeren Rings
gegenübersteht;
mehrere
erste Wälzelemente,
die sich zwischen der ersten inneren Laufbahn und der ersten äußeren Laufbahn
befinden; und mehrere zweite Wälzelemente,
die sich zwischen der zweiten inneren Laufbahn und der zweiten äußeren Laufbahn
befinden;
wobei ein Verstemmungsabschnitt, der durch plastische
Verformung des zweiten Abschnitts des zylindrischen Abschnitts ausgebildet
ist, über
wenigstens den inneren Ring, der auf die Nabe gepasst ist, hinaus
vorsteht, wodurch der auf die Nabe gepasste innere Ring fest mit
der Nabe verbunden ist.
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Außerdem kann
die o. g. Aufgabe auch durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
gelöst
werden, mit dem eine Radtrage-Wälzlagereinheit
hergestellt wird, enthaltend:
einen äußeren Ring, der erste und zweite äußere Laufbahnen
an seiner Innenumfangsfläche
aufweist;
einen Nabe aus Kohlenstoffstahl, die einen an der Außenumfangsfläche eines
Endes einen Flansch hat und die eine erste innere Laufbahn hat,
die in ihrem Mittelabschnitt in axialer Richtung derselben angeordnet
ist und der ersten äußeren Laufbahn
des äußeren Rings
gegenübersteht,
wobei die Nabe einen zylindrischen Abschnitt hat, der am anderen
Ende der Nabe angeordnet ist;
einen inneren Ring, der am anderen
Ende der Nabe vorgesehen ist und eine zweite innere Laufbahn aufweist,
die an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet
ist und der zweiten äußeren Laufbahn
des äußeren Rings
gegenübersteht;
mehrere
erste Wälzelemente,
die sich zwischen der ersten inneren Laufbahn und der ersten äußeren Laufbahn
befinden; und
mehrere Wälzelemente,
die sich zwischen der zweiten inneren Laufbahn und der zweiten äußeren Laufbahn
befinden;
wobei das Verfahren umfasst:
Herstellen eines
Nabenrohlings, der den zylindrischen Abschnitt aufweist, der erste
und zweite Abschnitte enthält,
wobei eine durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallteilchen im
zweiten Abschnitt kleiner als 0,030 mm2 ist;
und
Ausbilden eines Verstemmungsabschnitts durch plastisches
Verformen des zweiten Abschnitts des zylindrischen Abschnitts, um
dadurch den inneren Ring mit der Nabe fest zu verbinden.
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Bei
der oben erwähnten
Radtrage-Wälzlagereinheit
oder dem Verfahren kann die Nabe umfassen:
einen Hauptkörper, der
mit dem Flanschabschnitt integral ausgebildet ist; und
einen
gesonderten inneren Ring, der die erste innere Laufbahn aufweist
und mit dem Hauptkörper
passgenau verbunden ist.
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Außerdem ist
es bei der oben erwähnten
Erfindung vorteilhaft, wenn eine durchschnittliche Querschnittsfläche der
Kristallteilchen im zweiten Abschnitt kleiner als 0,020 mm2 ist.
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Weiterhin
ist es bei der oben erwähnten
Erfindung noch besser, wenn eine durchschnittliche Querschnittsgröße der Kristallteilchen
im zweiten Abschnitt kleiner als 0,0156 mm2 ist.
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Weiterhin
ist es bei der oben erwähnten
Erfindung vorteilhaft, wenn eine durchschnittliche Querschnittsfläche der
Kristallteilchen im zweiten Abschnitt kleiner als 0,012 mm2 ist.
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Weiterhin
kann die oben erwähnte
Aufgabe durch eine Radtrage-Wälzlagereinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung gelöst
werden, enthaltend: eine Nabe, die einen ersten Flansch an der Außenumfangsfläche eines
Endes derselben aufweist sowie eine erste innere Laufbahn, die integral
oder getrennt an der Außenumfangsfläche eines
Mittelabschnitts derselben ausgebildet ist; einen inneren Ring,
der am anderen Ende der Nabe vorgesehen ist und eine zweite innere
Laufbahn an der Außenumfangsfläche aufweist;
einen äußeren Ring,
an dem erste und zweite äußere Laufbahnen
in der Innenumfangsfläche
ausgebildet ist, wobei die erste äußere Laufbahn der ersten inneren
Laufbahn gegenübersteht
und die zweite äußere Laufbahn
der zweiten inneren Laufbahn gegenübersteht; und mehrere Wälzelemente,
die sich zwischen der ersten inneren Laufbahn und der ersten äußeren Laufbahn
befinden, und mehrere Wälzelemente,
die sich zwischen der zweiten inneren Laufbahn und der zweiten äußeren Laufbahn
befinden, wobei der innere Ring, der mit der Nabe passgenau verbunden
ist, durch einen verstemmten Abschnitt, der durch radiales Aufweiten zum
Verstemmen eines zylindrischen Abschnitts, der an einem Abschnitt
des anderen Endes der Nabe ausgebildet ist, das über wenigstens den mit der Nabe
passgenauen inneren Ring vorsteht, mit der Nabe fest verbunden ist.
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Bei
der so aufgebauten Radtrage-Wälzlagereinheit
besteht die Nabe aus Kohlenstoffstahl. Eine durchschnittliche Querschnittsfläche von
Kristallteilchen in einem Abschnitt des zylindrischen Abschnitts,
an dem der zylindrische Abschnitt plastisch verformt wird (während der
dem verstemmten Abschnitt bildenden Arbeit), kleiner als 0,030 mm2 ist. Sie ist vorzugsweise kleiner als 0,020
mm2, noch besser kleiner als 0,0156 mm2 und noch besser kleiner als 0,012 mm2.
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Für die Nabe
wird Kohlenstoffstahl verwendet, der 0,45 bis 1,10 Gew.-% Kohlenstoff
enthält, wenn
die erste innere Laufbahn direkt in der äußeren Oberfläche des
Mittelabschnitts der Nabe ausgebildet ist. Für die Nabe wird Kohlenstoffstahl
verwendet, der 0,20 bis 1,10 Gew.-% Koh lenstoff enthält, wenn die
erste innere Laufbahn in der Außenumfangsfläche des
inneren Rings ausgebildet wird, der von der Nabe getrennt ist. Beispiele
solchen Kohlenstoffstahls sind S53C und S35C.
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Bei
der so aufgebauten Radtrage-Wälzlagereinheit
ist die durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallteilchen des
Kohlenstoffstahls, der den zylindrischen Abschnitt bildet, der zu
dem verstemmten Abschnitt wird, so gewählt, dass sie innerhalb 0,030 mm2 liegt. Während der Arbeit zur Bildung
des verstemmten Abschnitts durch radiales Aufweiten des zylindrischen
Abschnitts nach außen
wird wirkungsvoll verhindert, dass der verstemmte Abschnitt beschädigt oder
rissig wird. Als Ergebnis können
bei der Radtrage-Wälzlagereinheit
der Erfindung die Herstellungskosten ausreichend gesenkt werden,
wobei gleichzeitig die erforderlicher Dauerfestigkeit und Zuverlässigkeit
sichergestellt wird.
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Wenn
die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallpartikel des
Kohlenstoffstahls innerhalb von 0,030 mm2 liegt,
entstehen keine Fehler, die im praktischen Gebrauch problematisch
wären. Wenn
sie etwa 0,030 mm2 ist, entstehen manchmal Risse
in der hergestellten Radtrage-Wälzlagereinheit,
die im praktischen Gebrauch vernachlässigbar sind. Wenn sie etwa
0,020 mm2 ist, entstehen ebenfalls Risse;
diese Risse sind aber sehr viel kleiner, und die Entstehung derselben
ist seltener. Wenn sie geringer als 0,0156 mm2 ist,
entstehen kaum Risse. Wenn sie kleiner als 0,0120 mm2 ist,
entstehen keine oder nur wenige Risse am verstemmten Abschnitt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Radtrage-Wälzlagereinheit
zeigt, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, vor dem Verstemmen des Endes der
Nabe durch Aufweiten;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Teil der Radtrage-Wälzlagereinheit
zeigt, nachdem ihr Zusammenbau vollendet ist;
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3 zeigen Schliffbilder zweier Fälle, wobei
im einen Fall die durchschnittliche Querschnittsfläche der
Kristallteilchen klein ist und im anderen Falle ihre Querschnittsfläche groß ist;
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die teilweise eine konventionelle Radtrage-Wälzlagereinheit
zeigt;
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Zustand zeigt, in dem das innere Ende der Nabe zum Verstemmen
aufgeweitet wird, um den inneren Ring in einer ersten Struktur zu
befestigen, wenn sie hergestellt wird;
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Teil der Radtrage-Wälzlagereinheit zeigt,
vor dem Verstemmen des inneren Endes der Nabe durch Aufweiten;
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7 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein Schlüsselteil
der Radtrage-Wälzlagereinheit
und einen Zustand zeigt, in dem das innere Ende der Nabe durch Verwendung
einer Schwenkpresse zum Verstemmen aufgeweitet wird;
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Teil einer Radtrage-Wälzlagereinheit zeigt,
die eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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9 zeigt eine Querschnittsansicht, die
in einer Folge von Herstellungsschritten zeigt, wie die Defekte
bei der beim Verstemmen ausgeführten
Aufweitung verursacht werden, wenn ein Positionszusammenhang zwischen
dem abgestuften Teil und dem abzuschreckenden Teil fehlerhaft ist;
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10 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein Schlüsselteil
der Radtrage-Wälzlagereinheit
und einen Zustand zeigt, bei dem das innere Ende der Nabe zum Verstemmen
durch Verwendung einer Schwenkpresse aufgeweitet wird; und
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11 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Radtrage-Wälzlagereinheit
zeigt, die eine Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Eines der charakteristischen Merkmale der Erfindung besteht
in einer Konstruktion, die die Verformung und Abnutzung der entsprechenden
Teile verhindert und weiterhin verhindert, dass ein Teil der Nabe
beschädigt,
beispielsweise rissig wird. Eine andere Konstruktion als die obige Konstruktion
und ein Verfahren zum Herstellen derselben sind ähnlich jenen der konventionellen
Technik, die in den 4 bis 8 gezeigt
ist. In der folgenden Beschreibung werden daher die für die Erfindung
wesentliche Konstruktion und jene Abschnitte, die sich von der konventionellen
Technik unterscheiden, besonders hervorgehoben. Der Einfachheit
halber werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter
Abschnitte in den 4 bis 8 verwendet.
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Es
gibt eine Modifikation der oben erwähnten Ausführungsform, wonach, wie in 11 gezeigt,
die erste innere Laufbahn 7 in der Außenumfangsfläche eines
gesonderten inneren Rings 3a ausgebildet ist, der in der
Mitte der Nabe 2c (als ein Nabenkörper) befestigt ist, wobei
er nicht direkt und integral in der Außenumfangsfläche des
Mittelabschnitts der Nabe 2c ausgebildet ist. Bei dieser
Modifikation wird ein Abschnitt desselben, der nach innen in axialer
Richtung am Ende der Nabe 2c über den inneren Ring dieses
separaten inneren Rings vorsteht, als ein abgestufter Teil verwendet,
an dem der innere Ring 3 angebracht ist.
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Eine
Nabe 2b (1 und 2), die
eine Radtrage-Wälzlagereinheit 1a der
Ausführungsform bildet,
besteht aus Kohlenstoffstahl. Ein (in 1 schraffierter)
Oberflächenabschnitt
der Nabe, einschließlich
eines abgestuften Teils 8, an dem der innere Ring 3 befestigt
ist, ist abgeschreckt, um ihm Härte
zu verleihen (die Härte
in diesem Abschnitt ist auf etwa Hv 500 bis 900 erhöht). Der
abgeschreckte Abschnitt enthält
nicht nur die Hälfte
des Basisendes des abgestuften Teils 8, sondern auch einen
Bereich, der vom ersten inneren Laufbahnabschnitt 7 bis
zum Basisendabschnitt des ersten Flansches 6 reicht. Ein abgestufter
Teil 25 ist auf der Außenumfangsfläche eines
zylindrischen Abschnitts 10b ausgebildet, der am inneren
Ende der Nabe 2b vorgesehen ist, wodurch das Basisende
(die linke Seite in den 1 und 2) des zylindrischen
Abschnitts im Durchmesser groß ist
und das obere Ende (die rechte Seite in den 1 und 2)
des zylindrischen Abschnitts 10b im Durchmesser klein ist.
Der abgestufte Teil 25 hat eine Höhe H von etwa 0,02 bis 0,12
mm. Der abgestufte Teil 25 hat eine im Querschnitt gekrümmte, gebogene
Oberfläche
und geht in der Gestalt sanft in wenigstens den Abschnitt kleinen
Durchmessers über
(die dichter am oberen Ende gelegene Außenumfangsfläche eines
Abschnitts des zylindrischen Abschnitts 10b).
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Im
Falle der Nabe 2b, die die Radtrage-Wälzlagereinheit 1a der
Erfindung bildet, haben Kristallteilchen des Kohlenstoffstahls des
zylindrischen Abschnitts 10b (nicht abgeschreckt und auf der
rechten Seite einer strichpunktierten Linie α in der Zeichnung gelegen) zum
Bilden eines verstemmten Abschnitts 9, der zum Befestigen
des inneren Rings 3 an der Nabe 2b dient, eine
durchschnittliche Querschnittsfläche
von 0,012 mm2 oder weniger (er ist 0,012
mm2 im Falle der 3A), bevor
der verstemmte Abschnitt 9 gebildet wird, wie in 3A gezeigt.
Die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallteilchen des
Kohlenstoffstahls, der den zylindrischen Abschnitt 10b bildet,
wird so eingestellt, dass sie eine vorbestimmte Größe hat,
indem die Zeit zwischen einem Augenblick, in dem die Nabe 2b durch Schmieden
ausgebildet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem sie auf Normaltemperatur
abgekühlt
ist, eingestellt wird.
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Im
Falle der Nabe 2b, die die Radtrage-Wälzlagereinheit 1a der
vorliegenden Erfindung bildet, wird ein Abschnitt des zylindrischen
Abschnitts 10b, der sich von dem abgestuften Teil 25 und über diesen
hinaus erstreckt, nicht abgeschreckt. Der abgeschreckte Abschnitt,
der in 1 schraffiert ist, endet an einer Stelle, die
dichter am Basisende des zylindrischen Abschnitts 10b als
am abgestuften Teil 25 liegt (nahe der Stufenfläche 23 und
der linken Seite in den 1 und 2). Dementsprechend
befindet sich der Kohlenstoffstahl, der den abgestuften Teil 25 und
den Mittelabschnitt und den dichter am oberen Ende des zylindrischen
Abschnitts 10b gelegen Abschnitt bildet, in einem ungesinterten
oder halbgesinterten Zustand und ist viel weicher, als der schraffierte
abgeschreckte Abschnitt (seine Härte
beträgt
etwa Hv 200 bis 300).
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Bei
der so aufgebauten Radtrage-Wälzlagereinheit 1a ist
der Oberflächenabschnitt,
der den Abschnitt des abgestuften Teils 8 enthält, der
näher zu seinem
Basisende liegt, durch den Anlassvorgang gehärtet. Dementsprechend ist verhindert,
dass dieser Oberflächenabschnitt
verformt oder beschädigt (z.
B. abgenutzt) wird. Weiterhin ist bei der Ausführungsform der abgestufte Teil 25 an
der Außenumfangsfläche des
zylindrischen Abschnitts 10b vorgesehen. Wenn der zylindrische
Abschnitt 10b zum Verstemmen radial und nach außen aufgeweitet
wird, entstehen beim Verstemmen kaum Schäden, z. B. Risse, im aufgeweiteten
Abschnitt.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallteilchen, die
den zylindrischen Abschnitt 10b bilden, der den verstemmten
Abschnitt 9 bilden soll, so gewählt, dass sie innerhalb von
0,012 mm2 liegt. Das Entstehen von Schäden, z.
B. Rissen, im verstemmten Abschnitt 9 ist daher wirksam
verhindert, wenn dieser durch radiales Aufweiten des zylindrischen
Abschnitts 10b ausgebildet wird. Vom Erfinder wurde ein
Experiment hierfür
ausgeführt.
Dieses wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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In
dem Experiment wurden zwei Mustertypen (Rohnaben), die jeweils 100
Muster umfassten, insgesamt also 200 Muster verwendet. Bei dem einen
Mustertyp hatten die Kristallteilchen des Kohlenstoffstahls, der
den Umfangsabschnitt 10b bildet, eine durchschnittliche
Querschnittsfläche
von 0,012 mm2, und bei den Mustern des anderen
Typs hatten diese Teilchen eine durchschnittliche Querschnittsfläche von
0,050 mm2. Der zylindrische Abschnitt 10b wurde
zum Verstemmen bei jedem Muster aufgeweitet. Es wurde geprüft, ob die
sich ergebenden verstemmten Abschnitte 9 dieser Muster
Defekte hatten. An all jenen Mustern, die die durchschnittliche
Querschnittsfläche
von 0,012 mm2 hatten, wurde kein Fehler
gefunden (Inspektionsdurchlassrate = 100%). Von den Mustern, die
jeweils die durchschnittliche Querschnittsgröße von 0,050 mm2 hatten,
waren 40% fehlerhaft (Durchlassrate = 60%). Durch das Experiment
wurde bestätigt,
dass wenn die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallteilchen des
Kohlenstoff stahls des zylindrischen Abschnitts 10b klein
eingestellt ist, die Wahrscheinlichkeit wirksam unterdrückt ist,
dass der verstemmte Abschnitt 9 fehlerhaft hergestellt
wird.
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Der
sich vom Mittelabschnitt des zylindrischen Abschnitts 10b und über sein
oberes Ende hinaus erstreckende Abschnitt, der der Abschnitt ist, der
sich vom abgestuften Teil 25 und über diesen hinaus erstreckt,
wird nicht abgeschreckt. Der Abschnitt, der sich vom abgestuften
Teil 25 und über diesen
hinaus erstreckt, ist daher wirksamer gegen Beschädigung geschützt, beispielsweise
gegen Rissbildung beim Verstemmen. Mit anderen Worten, bei der Aufweitung
zum Verstemmen wird der Abschnitt des abgestuften Teils 25 zuverlässig radial
nach außen
plastisch verformt und gelangt in engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des
inneren Rings 3. Der Vorgang und seine Wirkungen werden
unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Er
wird mit dem ersten Beispiel des konventionellen ersten Aufbaus
der 4 bis 6 und dem konventionellen zweiten
Aufbau der 8 verbunden, und der abgestufte
Teil 25, der an der Außenumfangsfläche des
zuylindischen Abschnitts 10a ausgebildet ist, wird abgeschreckt.
In diesem Falle können
Schäden,
z. B. Risse, leicht am abgestuften Teil 25 auftreten, wenn
der zylindrische Abschnitt 10a in Durchmesserrichtung zum
Verstemmen aufgeweitet wird. Speziell wenn die gehärtete Schicht,
die in der Zeichnung schraffiert ist, bis zum abgestuften Teil 25 reicht,
wie in 9A gezeigt, ist der abgestufte Teil 25 schwierig
plastisch zu verformen, wenn der zylindrische Abschnitt 10a zum
Verstemmen aufgeweitet wird, wie in 9B gezeigt.
Als Folge wird eine Rille ausgebildet und verbleibt an der Außenumfangsfläche des
Basisendes des verstemmten Abschnitts 9 in einem Bereich,
der dem abgestuften Teil 25 entspricht, wie in 9C gezeigt.
Risse oder dergleichen können
leicht entstehen, und ihre Entstehung beginnt an der Rille 26.
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Wenden
wir uns nun der Ausführungsform zu.
Der abgestufte Teil 25 wird nicht abgeschreckt. Der abgestufte
Teil 25 kann daher einfach plastisch verformt werden, so
dass die Rille 26 von 9C nicht
ausgebildet wird. In der Ausführungsform
ist speziell die Höhe
H des abgestuften Teils 25 klein, nämlich 0,12 mm. Dementsprechend
besteht keine Chance, dass sich eine Rille 26 wie in 9C ausbildet,
die Risse erzeugt. Die Erfindung bewirkt nicht nur eine Kostenreduzierung
durch Verminderung der Zahl der Einzelteile, sondern auch eine Steigerung der
Produktionsausbeute, die aus der Verminderung der Ausschussrate
im Herstellungsgang resultiert. Folglich sind die Herstellungskosten
der Radtrage-Wälzlagereinheit 1a zufriedenstellend
vermindert.
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Nachfolgend
wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für eine Radtrage-Wälzlagereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 10 erläutert. 10 zeigt
eine Längsschnittansicht,
die ein Schlüsselteil
der Radtrage-Wälzlagereinheit
in einem Zustand zeigt, in dem das innere Ende der Nabe zum Verstemmen
durch Verwendung einer Schwenkpresse aufgeweitet wird. In 10 sind
detaillierte Beschreibungen von Komponenten oder Strukturen, die
im Wesentlichen gleich oder funktionell gleich mit denen sind, die
in der vorerwähnten
Ausführungsform
gezeigt sind, durch Verwendung der gleichen Bezugszeichen eliminiert.
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Eine
bevorzugte Art zur Ausbildung des verstemmten Abschnitts 9 wird
unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Ein vorstehender
Träger 29 von kreisförmigem Querschnitt
ist im Mittelabschnitt der Oberseite einer Bodenplatte 27 des
Halters 22a vorgesehen, der eine Schwenkpresse 20a bildet.
Eine zylindrische Führung 30 ist
längs des
Umfangs der Oberfläche
des vorstehenden Trägers 29 ausgebildet.
Ein Aufnahmewerkzeug 31 ist in einem Raum angeordnet, der
von der zylindrischen Führung 30 umschlossen
ist. Die obere Stirnfläche
(obere Endfläche)
des Aufnahmewerkzeugs 31 ist gegen die Vertiefungsstirnfläche einer
Vertiefung 32 gedrückt,
die im Mittelabschnitt der äußeren Stirnfläche einer
Nabe 2b ausgebildet ist. Eine zylindrische Führung 28,
auf die ein im Rad als ein Fahrzeugrad ausgebildetes Loch aufgepasst
ist, ist an der äußeren Stirnfläche der
Nabe 2b ausgebildet. Die zylindrische Führung 30 ist innerhalb
der zylindrischen Führung 28 vorgesehen.
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Der
Innendurchmesser der zylindrischen Führung 30 des Halters 22a ist
gleich dem oder etwas größer als
der Außendurchmesser
der zylindrischen Führung 28 der
Nabe 2b. Der Innendurchmesser einer Umfangswand 33 des
Halters 22a ist gleich dem oder etwas größer als
der Außendurchmesser eines
ersten Flansches 6, der längs der Umfangsfläche des äußeren Endes
der Nabe 2b ausgebildet ist. Dementsprechend liegt in einem
Zustand, in dem die Nabe 2b in den Halter 22a eingesetzt
ist, um den verstemmten Abschnitt 9 an und längs dem
inneren Ende der Nabe 2b auszubilden, der äußere Umfangsrand
des ersten Flansches 6 nahe bei und gegenüber der
Innenumfangsfläche
der Umfangswand 33, und die Außenumfangsfläche der
zylindrischen Führung 28 liegt
nahe bei und gegenüber
der Innenumfangsfläche
der zylindrischen Führung 30.
Und in diesem Zustand wird die obere Stirnfläche des Aufnahmewerkzeugs 31,
das auf den Halter 22a aufgesetzt ist, gegen die vertiefte
Stirnfläche
der Vertiefung 32 gedrückt,
die im mittleren Abschnitt der äußeren Stirnfläche der
Nabe 2b ausgebildet ist.
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Die
Nabe 2b wird in den Halter 22a eingesetzt, ein
Haltewerkzeug 21a wird in der Öffnung des Halters 22a befestigt,
und der innere Ring 3 und die Nabe 2b, an der
der innere Ring 3 fest angebracht ist, werden gegen Bewegung
in radialer Richtung gehindert. In diesem Zustand wird der Druckkolben 12 schwenkend
verstellt, wobei er den Halter 22 nach oben drückt (er
wird veranlasst, eine Schwenkbewegung wie eine Präzession
unter einem Winkel θ auszuführen).
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Die
Mittenachse α ist
unter dem Winkel θ gegenüber der
Mittenachse B der Nabe 2b geneigt. Dementsprechend wird
ein Teil des Umfangs des Druckkolbens 12 mit einem Teil
des zylindrischen Abschnitts 10, in Umfangsrichtung gesehen,
in Berührung
gebracht, welcher zylindrische Abschnitt 10 am inneren
Ende (oberen Ende in 10) der Nabe 2b ausgebildet
ist. Der zylindrische Abschnitt 10 wird zum Verstemmen
in radialer Richtung aufgeweitet, wobei der genannte Kontaktabschnitt
kontinuierlich in Umfangsrichtung bewegt wird, wodurch ein verstemmter
Abschnitt 9 ausgebildet wird, wie in 10 gezeigt.
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Wenn
der zu verstemmende Abschnitt 9 durch Aufweiten des zylindrischen
Abschnitts 10 auf diese Weise zum Zwecke des Verstemmens
aufgeweitet wird, dann wird eine Schubbelastung, die auf die Nabe 2b einwirkt
und die von dem Pressen des Druckkolbens 12 gegen den zylindrischen
Abschnitt 10 herrührt,
von dem Halter 22a aufgenommen, wobei sich das Aufnahmewerkzeug 31 dazwischen
befindet. Es geschieht niemals, dass eine große Schublast auf den ersten
Flansch 6 einwirkt, weil der erste Flansch 6,
der an der Außenumfangsfläche des äußeren Endes
der Nabe 2b ausgebildet ist, mit der Umfangswand 33 so
verbunden ist, dass er in axialer Richtung verstellbar ist. Dementsprechend
wird die Außenfläche des
ersten Flansches 6, die als eine Montagefläche dienen
kann, an der das Rad und der Scheibenrotor nach dem Ausbilden des
verstemmten Abschnitts 9 am inneren Ende der Nabe 2b durch
das Schwenk-Verstemmen
montiert werden, nicht gegenüber
einer Phantomebene geneigt, die orthogonal zur Mittenachse der Nabe 2b verläuft.
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Wenn
eine erforderliche Montagegenauigkeit des ersten Flansches 6 an
der Außenfläche des ersten
Flansches 6 und dem Scheibenroter sichergestellt ist, sind
aus diesem Grunde beide Seitenflächen
des Scheibenrotors nicht gegenüber
der Phantomebene geneigt, die orthogonal zur Mittenachse der Nabe 2 verläuft. Daher
kann das Rütteln,
das beim Bremsen eines mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeugs
auftritt, auf null oder doch beachtlich reduziert werden.
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Bezüglich des
Rütteln:
wenn die Außenfläche des
ersten Flansches 6 geneigt ist und beide Seitenflächen des
Scheibenrotors, der an dieser Außenfläche montiert ist, gegenüber der
Phantomebene geneigt sind, die orthogonal zur Mittenachse der Nabe 2b verläuft, tritt
eine heftige Vibration, genannt Rütteln, auf, wenn ein mit hoher
Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug gebremst wird. Eine solche Vibration
macht das Fahren unkomfortabel und sollte daher vermieden werden.
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Während hier
die Erfindung im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform
beschrieben worden ist, so ist dem Fachmann doch klar, dass zahlreiche Änderungen
und Modifi kationen daran vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung
abzuweichen, und die beigefügten
Ansprüche
sollen daher all diese Änderungen
und Modifikationen abdecken, die in den Umfang der Erfindung fallen.
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Wie
man aus der vorangehenden Beschreibung sieht, ist die vorliegende
Erfindung wie oben beschrieben aufgebaut und beschrieben, die Erfindung gibt
eine Radtrage-Wälzlagereinheit
an, die geringes Gewicht hat, wenig kostet und hervorragend langlebig
ist.