DE60129711T2

DE60129711T2 - Lageranordnung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE60129711T2
Application number: DE60129711T
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Osaka-shi TODA; Shinichirou Osaka-shi KASHIWAGI; Tomohiro Osaka-shi ISHII; Tadashi Osaka-shi MITARAI; Daisaku Osaka-shi TOMITA
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2021-08-14
Also published as: US6808312B1; EP1312820A4; EP1312820B1; DE60129711D1; JP4940529B2; EP1312820A1; WO2002016791A1

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung, in welcher ein Wälzlager auf den äußeren Umfang eines Wellenkörpers wie eine Nabeneinheit für Fahrzeuge aufgepasst ist, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Stand der Technik
Die JP 2000 211302 A 02 beschreibt eine Lagervorrichtung mit einem Wellenkörper, der aufweist einen durch Maschinenbearbeitung an einer freien Seite desselben gebildeten zylindrischen Verstemmbereich und ein Wälzlager, das auf den äußeren Umfang des Wellenkörpers aufgepasst ist, wobei der zylindrische Bereich derart radial nach außen verbogen ist, dass er auf eine äußere Stirnfläche eines Innenrings des Wälzlagers aufgestemmt ist, und wobei die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs auf einen Wert festgelegt ist, der kleiner ist als die Rauheit entsprechend einem Lebensdauerquotienten für eine Lagervorrichtung mit Standard-Lebensdauer eingestellt ist.
Eine zum Einsatz in Fahrzeugen vorgesehene Nabeneinheit wie eine Lagervorrichtung ist generell in der Weise aufgebaut, dass ein doppelreihiges Wälzlager ablösungssicher auf den äußeren Umfang eines Wellenkörpers eines Nabenrads aufgepasst ist.
Der Wellenkörper des Nabenrads ist an einer freien Stirnfläche mit einem zylindrischen Bereich versehen, der ein Ablösen des Lagers verhindern soll. Der durch Drehbearbeitung ausgebildete zylindrische Bereich ist mittels eines Verstemmwerkzeugs radial nach außen verbogen und verformt und damit unter Bildung eines Verstemmbereichs auf eine äußere Stirnfläche eines im Lager vorgesehenen Innenrings aufgestemmt. Durch den Verstemmbereich wird ein Ablösen des Lagers vom Nabenrad verhindert und gleichzeitig eine auf den Lager-Innenring wirkende Vorspannung erzeugt.
Beim Aufstemmen des zylindrischen Bereichs auf die äußere Stirnfläche des Lager-Innenrings, indem das Verstemmwerkzeug gegen eine innere Umfangsoberfläche gelegt wird, wird ein Abrieb bewirkt. Als Folge dieses durch Reibung mit dem Verstemmwerkzeug hervorgerufenen Abriebs der inneren Umfangsoberfläche des Bereichs entsteht Abriebpulver. Das Eindringen dieses Abriebpulvers in das Lager kann dessen Lebensdauer verkürzen.
Unter den vorbeschriebenen Umständen haftet zur Minderung der Reibung eingesetztes Schmieröl dem Abriebpulver an, wodurch es extrem schwierig ist, das Pulver zu entfernen, wenn es erst einmal in das Innere des Lagers gelangt ist.
Damit besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Lagervorrichtung, bei der das Entstehen von Abriebpulver beim Verstemmen des zylindrischen Bereichs verhindert werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung des Lagers.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Beschreibung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Die radiale Wanddicke des zylindrischen Bereichs lässt sich auf die vielfältigste Weise gestalten, nämlich gleichförmig, allmählich abnehmend oder stufenartig sich zur freien Stirnseite des Wellenkörpers hin verändernd.
Die Maschinenbearbeitung beinhaltet das Drehen mit einem Drehwerkzeug, das Bohren mittels eines Bohrers oder sonstige Bearbeitungsformen unter Einsatz anderer Bearbeitungswerkzeuge.
Bei der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs auf einen Wert eingestellt, welcher dem Lebensdauerquotienten einer Lagervorrichtung. mit Standard-Lebensdauer entspricht. Deshalb wird beim Anlegen des Verstemmwerkzeugs gegen die innere Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs zum Aufstemmen desselben auf die äußere Stirnfläche des Lager-Innenrings trotz starken Kontakts des Verstemmwerkzeugs mit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs eine Menge des darin erzeugten Abriebpulvers zurückgehalten. Somit wird die Lebensdauer des Lagers durch das Eindringen eines geringeren Abriebpulvermenge in das Innere des Lagers in vorteilhafter Weise verlängert.
Auch entfallen so aufwändige Arbeiten wie das Entfernen von dem Öl anhaftenden Abriebpulver aus dem Lagerinneren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs auf einen Wert von 14,0 μm oder weniger in einer Zehnpunkt-Mittelrauheit (Rz) festgelegt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 12,5 μm oder weniger in einer Zehnpunkt-Mittelrauheit (Rz).
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit vor dem Verstemmen nach der besten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Längsschnittansicht einer verstemmten Nabeneinheit nach der besten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit zum besseren Verständnis des Verfahrensablaufs beim Verstemmen;
4 ein Diagramm eines Lebensdauervergleichs zwischen einer aktuell gemessenen Nabeneinheit und einer Standard-Nabeneinheit;
5 eine teilweise im größeren Maßstab gezeichnete Ansicht einer Oberflächenschicht der inneren Umfangsoberfläche des in 1 dargestellten zylindrischen Bereichs;
6 ein Diagramm des Feinriss-Entstehungsverhältnisses für eine Nabeneinheit beim Verstemmen des zylindrischen Bereichs;
7 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit nach einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit nach einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit nach einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
11 eine Längsschnittansicht einer Nabeneinheit nach einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beste Ausführungsform der Erfindung
1 bis 4 betreffen eine Nabeneinheit in der besten Ausführungsform der Erfindung. 1 ist eine Längsschnittansicht der Nabeneinheit vor dem Verstemmen und 2 eine solche nach dem Verstemmen. 3 ist eine Längsschnittansicht der Nabeneinheit zum besseren Verständnis des Verfahrensablaufs beim Verstemmen. 4 ist ein Diagramm, welches einen Lebensdauervergleich (R) zwischen einer aktuell gemesse nen Nabeneinheit und einer Standard-Nabeneinheit auf Grundlage der Oberflächenrauheit (Rz) darstellt.
Wie aus diesen Zeichnungen ersichtlich, umfasst eine Nabeneinheit 1 zum Einsatz in Fahrzeugen ein Nabenrad 2 und ein doppelreihiges Kugellager 3 mit außerhalb des Lagers liegendem Kontaktwinkel-Scheitelpunkt als Beispiel für ein Wälzlager.
Das Nabenrad 2 umfasst einen Wellenkörper 4 und einen Flanschen 5.
Der Wellenkörper 4 weist auf seiner freien Stirnseite einen zylindrischen Bereich 6 mit einer axial verlaufenden inneren Umfangsoberfläche auf.
Der Flansch 5 des Nabenrads 2 ist auf dem äußeren Umfang des Wellenkörpers radial nach außen ausgebildet und an einigen Stellen seines Umfangs mit Bolzenlöchern 7 versehen. Eine Bremsscheibe eines Scheibenbremssystems und ein Rad (nicht dargestellt) sind über durch die Bolzenlöcher 7 geführte Bolzen am anderen Ende des Wellenkörpers 4 entlang einer Seite des Montageflanschen 5 montierbar.
Auf die äußere Umfangsoberfläche des Wellenkörpers 4 herum ist ein Lager 3 aufgepasst mit einem um die äußere Umfangsoberfläche des Wellenkörpers gelegten Innenring 8, einem einzelnen Außenring 9 mit axial in zwei Reihen ausgebildeten Laufflächen, einer Anzahl von zweireihig angeordneten Kugeln 10 als Wälzkörper und zwei balligen Käfigen 11. Die äußere Umfangsoberfläche des Wellenkörpers 4 bildet den anderen Innenring des Lagers 3. Auf der äußeren Umfangsoberfläche des Au ßenrings 9 ist ein radial nach außen gerichteter Flansch 12 angeordnet, durch den die Nabeneinheit 1 nicht drehbar auf einer nicht dargestellten Achse montiert ist. Der zylindrische Bereich 6 auf der freien Stirnseite des Wellenkörpers 4 des Nabenrads 2 ist aus dem Zustand gemäß 1 in den Zustand gemäß 2 radial nach außen verbogen und verformt und dadurch auf die äußeren Stirnfläche des Innenrings 8 des Lagers 3 aufgestemmt. Das Verstemmen erfolgt wie in 3 dargestellt.
Die Nabeneinheit 1 ist mittels einer Befestigungsvorrichtung 14 unbewegbar auf einer Basis 13 montiert.
Ein Verstemmwerkzeug 15 wird in Pfeilrichtung unter dem jeweils erforderlichen Wälzwinkel α abgewälzt, während es an der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs anliegt. Hierdurch wird der zylindrische Bereich 6 radial nach außen verbogen und verformt, wodurch er auf die äußere Stirnfläche des Innenrings 8 des Lagers 3 aufgestemmt wird und so einen Verstemmbereich bildet. Auf diese Weise ist das Lager 3 ablösungssicher auf dem Nabenrad 2 befestigt und wird der Innenring 8 des Lagers 3 von dem Verstemmbereich vorgespannt.
Möglicherweise in das Innere des Lagers 3 eindringendes Metallpulver enthält pulverförmiges Abriebmaterial, das durch Reibungskontakt des Verstemmwerkzeugs mit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 beim Aufstemmen auf diese anfällt. Die Abriebpulvermenge hängt vom Rauheitsgrad der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs ab. Die Oberflächenrauheit ist von den Bedingungen der jeweiligen Drehbearbeitung wie der Arbeitsgeschwindigkeit des Drehwerk zeugs in axialer Richtung und der Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Bereichs 6 bei der Drehbearbeitung abhängig.
Die Oberflächenrauheit ist in drei verschiedenen Definitionen ausgewiesen, nämlich als mittlere Rauheit in einer zentralen Linie (Ra), als maximale Rauheit (Rmax) und als Zehnpunkt-Mittelrauheit (Rz) entsprechend den Festlegungen der JIS B0601 (Japanische Industrienorm).
Erfindungsgemäß ist die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 als Zehnpunkt-Mittelrauheit (Rz) ausgewiesen. Nachfolgend ist aufgrund von Daten einer aktuellen Messung gemäß 4 eine Relation zwischen der Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 und dem Lebensdauerquotienten (R) dargestellt. In 4 bezeichnet die vertikale Achse den Lebensdauerquotienten (R) und die horizontale Achse die Oberflächenrauheit (Rz). Der Lebensdauerquotient (R) ist ausgewiesen durch das Verhältnis (R = L1/L2) der Lebensdauer einer aktuell gemessenen Nabeneinheit (L1) zur Lebensdauer einer Standard-Nabeneinheit (L2). Bei der Standard-Nabeneinheit ist vorausgesetzt, dass das Lager 3 abgedichtet ist, um das Eindringen von Abriebpulver komplett zu verhindern, und ist die Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 mit 25 μm festgelegt.
Die Standard-Nabeneinheit ist als Beispiel für eine Lagervorrichtung mit Standard-Lebensdauer gewählt.
Die aktuelle Messung wurde zum Zwecke des Vergleichs zwischen vier aktuell gemessenen Nabeneinheiten mit einer Oberflächenrauheit (Rz) von 25,0 μm, 14,0 μm, 12,5 μm bzw. 6,3 μm durchgeführt. Bezüglich der Verhältniskurven in 4 bezeichnen die Punktmarkierungen aktuell gemessene Werte, während die Werte zwischen diesen Punktmarkierungen jeweils Annahmen darstellen.
Ein Lebensdauertest wird in der Weise durchgeführt, dass die aktuell gemessenen Nabeneinheiten und die Standard-Nabeneinheiten mit einer einer Achse entsprechenden radialen Last beaufschlagt und danach mit 2000 UpM rotiert werden. Weiter wird das Lager 3 während des Tests einem natürlichen Temperaturanstieg ausgesetzt und nicht zwangsgekühlt. Eine Lebensdauer-Versuchsmaschine ist nicht dargestellt.
Die Lebensdauermessung ergab, dass der Lebensdauerquotient einer aktuell gemessenen Nabeneinheit mit einer Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 von 25 μm zur Standard-Nabeneinheit 0,5 beträgt, was bedeutet, dass die Lebensdauer der aktuell gemessenen Nabeneinheit halb so groß wie die der Standard-Nabeneinheit ist.
Der Lebensdauerquotient einer aktuell gemessenen Nabeneinheit mit einer Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 von 14,5 μm zur Standard-Nabeneinheit ist mit 0,9 ausgewiesen, was bedeutet, dass die Lebensdauer der aktuell gemessenen Nabeneinheit 9/10 der Lebensdauer der Standard-Nabeneinheit beträgt.
Der Lebensdauerquotient einer aktuell gemessenen Nabeneinheit mit einer Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 von 12,5 μm zur Standard-Nabeneinheit ist 1,0, was bedeutet, dass die Lebensdauer der aktuell gemessenen Nabeneinheit gleich der Lebensdauer der Standard-Nabeneinheit ist.
Der Lebensdauerquotient einer aktuell gemessenen Nabeneinheit mit einer Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 von 6,3 μm zur Standard-Nabeneinheit beträgt 1,0, was bedeutet, dass die Lebensdauer der aktuell gemessenen Nabeneinheit gleich der Lebensdauer der Standard-Nabeneinheit ist.
Angesichts dieser Messergebnisse sollte für eine Verbesserung der Lebensdauer vorzugsweise die Oberflächerauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche 6 der Nabeneinheit auf 12,5 μm oder weniger festgelegt werden, wodurch die Menge des erzeugten Abriebpulvers weitgehend auf das Niveau der Standard-Nabeneinheit reduziert wird.
Seitens der Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde die aktuelle Messung der Oberflächenrauheit (Rz) der vier Arten von Nabeneinheiten durchgeführt. 4 lässt den Schluss zu, dass bei einer Oberflächenrauheit (Rz) von bis zu 14,0 μm der Lebensdauerquotient bei 0,9 verbleibt, bei Überschreitung der Oberflächenrauheit (Rz) von 14,0 μm jedoch in einem hohen Maße abnimmt.
Weitere Ausführungsform

1) Wird bei einer Nabeneinheit 1 der zylindrische Bereich 6 wälzverstemmt, so lassen sich feine Risse auf dem inneren Umfang desselben feststellen. Diese feinen Risse, die einen nachteiligen Einfluss auf den Verstemmzustand zwischen dem zylindrischen Bereich 6 und einem Innenring 8 ausüben können, lassen sich jedoch über die Steuerung der Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 vermeiden.

Der zylindrische Bereich 6 wird durch Drehbearbeitung mittels eines nicht dargestellten Drehstahls ausgebildet. Wie aus 5 ersichtlich, wird das Gefüge einer Oberflächenschicht 6a der inneren Umfangsoberfläche 6 in Richtung einer leichten Versteifung oder dergleichen durch Hitze (Maschinenbearbeitungshitze), die infolge Reibungskontakts der Oberflächenschicht mit dem Drehwerkzeug im Zuge der Bearbeitung entsteht, beeinträchtigt. Die durch die Maschinenarbeit geschädigte Oberflächenschicht 6a sei der einfachen Beschreibung wegen als beeinträchtigte Oberflächenschicht 6a bezeichnet. Diese beeinträchtigte Oberflächenschicht 6a mit einer Dicke von etwa 3–5 μm ab Oberkante entsteht in einer entsprechenden Tiefe in Form unebener Bereiche 6c. Durch den Einsatz des Drehwerkzeugs wird die beeinträchtige Oberflächenschicht 6a durch die Bearbeitungswärme erhitzt und einer Druck- und Zugbeanspruchung in Drehbearbeitungsrichtung ausgesetzt. Hierdurch verbleibt eine Spannung in der beeinträchtigten Oberflächenschicht 6a des zylindrischen Bereichs 6. Nach aktueller Messung besteht diese Restspannung je nach Art der Drehbearbeitung aus einer Umfangsdruck- oder einer Umfangszugspannung.
Weiter wird in der Oberfläche der beeinträchtigten Schicht 6a durch die Drehbearbeitung eine Drehbearbeitungsspur gebildet. Das Muster dieser Drehbearbeitungsspur stellt sich dar als auf der Umfangsoberfläche der Oberflächenschicht 6a gebildete Streifen 6b. Die Streifen 6b umfassen ungleichmäßige Bereiche 6c in axialer Richtung mit von der Art und Weise der Drehbearbeitung abhängigen ungleichmäßigen Abständen P.
Die ungleichmäßigen Bereiche 6c weisen von der Art der Drehbearbeitung wie der axialen Arbeitsgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs und der Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Abschnitts 6 abhängige erforderliche Abstände (ungleichmäßige Abstände) P in axialer Richtung auf.
Nach aktueller Messung entspricht die Restspannung in der beeinträchtigten Oberflächenschicht 6a völlig oder in etwa dem ungleichmäßigen Abstand P. Weiter zeigen die aktuellen Messungen, dass infolge unterschiedlicher Verfahrensweisen bei der Drehbearbeitung sich das Verhältnis der Bildung feiner Risse in der Oberfläche der beeinträchtigten Schicht 6a je nach Größe der durch die Drehbearbeitungen hinterlassenen Restspannung ändert.
6 zeigt Ergebnisse aktueller Messungen für die verschiedenen Drehbearbeitungsbedingungen. In dieser 6 bezeichnen die horizontale Achsen die ungleichmäßigen Abstände P (μm) und die vertikalen Achsen die Oberflächenrauheiten (Rz) der beeinträchtigten Oberflächenschicht 6a der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6.
Es folgt eine Beschreibung der Bereiche S1 bis S4 in 6. 6 zeigt eine Anzahl von Abschnitten S1 bis S4, welche das durch eine Kombination der ungleichmäßigen Bereiche 6c bestimmte Feinriss-Entstehungsverhältnis als Muster der Drehbearbeitungsspur in der Oberflächenschicht 6a der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 und der Ober flächenrauheit (Rz) der Oberflächenschicht 6a der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 wiedergeben.
Der Abschnitt S1 wird gebildet durch eine Kombination aus einer Oberflächenrauheit (Rz) von 12,5 μm oder darunter und einem ungleichmäßigen Abstand P von 150 μm oder weniger, wobei die Restspannung Null bzw. eine Druckspannung ist. Das Feinriss-Entstehungsverhältnis in diesem Abschnitt S1 ist gleich Null. Handelt es sich bei der Druckspannung um eine negative Spannung, so ist demgegenüber die Zugspannung positiv, so dass die Restspannung im Abschnitt S1 Null ist bzw. die negative Spannung bildet.
Der Abschnitt S2 wird gebildet durch eine Kombination aus einer Oberflächenrauheit (Rz) von 12,5 μm oder darunter und einem ungleichmäßigen Abstand P von 150–190 μm. Die Restspannung stellt eine positive Spannung dar, nämlich die Zugspannung. Die Stärke der Zugspannung beträgt 5 kgf/mm² oder darunter. Bildet die Restspannung die Zugspannung, d.h. die positive Spannung, und beträgt deren Stärke 5 kgf/mm² oder weniger, so ist das Feinriss-Entstehungsverhältnis in Abschnitt S2 nicht Null, aber auch nicht größer als der Wert 0,5
Der Abschnitt S3 umfasst einen Bereich S31 mit einer Oberflächenrauheit (Rz) von 12,5–15 μm und einem ungleichmäßigen Abstand P von 190 μm oder weniger sowie einen Bereich S32 mit einer Oberflächenrauheit (Rz) von 15 μm oder weniger und einem ungleichmäßigen Abstand P von 190–250 μm. Die Restspannung in Abschnitt S3 bildet die positive Spannung, d.h. die Zugspannung. Die Stärke der Zugspannung beträgt 5–10 kgf/mm². Das Feinriss-Entstehungsverhältnis in Abschnitt S3 beträgt 0,5 % oder mehr und ist somit größer als das in Abschnitt S2, bleibt aber unter 1,0 %.
Der Abschnitt S4 ist von den vorerwähnten Abschnitten S1 bis S3 nicht erfasst. Die Restspannung in Abschnitt S4 bildet die positive Spannung, d.h. die Zugspannung, deren Stärke bei 10 kgf/mm² oder darüber liegt. Das Feinriss-Entstehungsverhältnis in Abschnitt S4 ist mit 1,0 % oder darüber das größte aller Abschnitte.
Wird wie beschrieben vom Anwender der Nabeneinheit 1 eine solche ohne Feinrissbildung gefordert, so ist der Abschnitt S1 zu wählen, nach dem die Restspannung auf Null festgelegt bzw. die Druckspannung gewählt wird. Nach dieser Einstellung wird der zylindrische Bereich 6 durch Drehbearbeitung gebildet.
Ist eine Nabeneinheit 1 mit einem Feinriss-Entstehungsverhältnis von weniger als 0,5 % gefordert, so wird der Abschnitt S2 gewählt, nach dem die Restspannung auf 5 kgf/mm2 oder weniger festgelegt wird. Nach dieser Einstellung wird der zylindrische Bereich 6 durch Drehbearbeitung hergestellt.
Wird eine Nabeneinheit 1 mit einem Feinriss-Entstehungsverhältnis von weniger als 1,0 % gefordert, so ist der Abschnitt S3 zu wählen, nach dem die Restspannung auf 10 kgf/mm² oder weniger festgelegt wird. Nach dieser Einstellung wird der zylindrische Bereich 6 durch Drehbearbeitung gebildet.
Den vorgenannten Ergebnissen ist entnehmbar, dass die Restspannung beim Drehen des zylindrischen Bereichs 6 mit ho her Drehgeschwindigkeit größer wird. In dem Falle, da der Wellenkörper 4 einen derartigen zylindrischen Bereich 6 aufweist, wird deshalb das Feinriss-Entstehungsverhältnis durch das Verstemmen auf die äußere Stirnfläche des Innenrings 8 größer.
Wird andererseits der zylindrische Bereich 6 einer Drehbearbeitung mit niedriger Drehgeschwindigkeit unterzogen, so wird die Restspannung kleiner. In dem Falle, da der Wellenkörper 4 einen derartigen zylindrischen Bereich 6 aufweist, wird somit das Feinriss-Entstehungsverhältnis durch das Aufstemmen auf die äußere Stirnfläche des Innenrings 8 kleiner.
Somit lässt sich der Status der Feinrissbildung in der Phase der Herstellung des zylindrischen Bereichs durch das Steuern und Einstellen der Restspannung in diesem bestimmen.
Damit ist eine Nabeneinheit von hoher Zuverlässigkeit vorzugsweise nicht nur durch Steuern der Restspannung zum Unterdrücken der Feinrissbildung in der Oberflächenschicht der inneren Umfangsoberfläche aufgrund des Wälzverstemmens des zylindrischen Bereichs 6 herstellbar, sondern auch durch Steuern der Oberflächenrauheit (Rz) dieser inneren Umfangsoberfläche zum Zwecke des Vermeidens von Feinrissbildungen.

2) Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Nabeneinheit in dieser Ausführungsform beschränkt, sondern auf alle Lagervorrichtungen anwendbar, die einen Wellenkörper mit einem axialen zylindrischen Verstemmbereich auf seiner freien Stirnseite und ein auf den äußeren Umfang des Wellenkörpers aufgepasstes Wälzlager aufweisen.

Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise auf eine Nabeneinheit der in 7 bis 11 dargestellten Art in gleicher Weise anwendbar wie den anderen Lagervorrichtungen. In all diesen Zeichnungen sind gleiche Bauteile durch jeweils gleiche Bezugsziffern bezeichnet.
Die Nabeneinheit 1A in 7 ist für ein Antriebsrad gedacht und mit einem hohlen Wellenkörper 4 ausgestattet. Abgesehen von der konstruktiven Gestaltung des Wellenkörpers 4 weist die Nabeneinheit 1A die gleiche Konstruktion wie die Nabeneinheit 1 gemäß 1 auf.
Die Nabeneinheit 1B gemäß 8 ist für ein Nichtantriebsrad vorgesehen, wobei ein Lager 3 mit zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Innenringen 8 und 8a bestückt ist. Die Nabeneinheit 1B ist mit dem Innenring 8a versehen und weist mit Ausnahme der konstruktiven Gestaltung des entsprechenden Wellenkörpers 4 im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die Nabeneinheit 1 gemäß 1 auf.
Die Nabeneinheit 1C gemäß in 9 ist ein Nichtantriebsrad konzipiert, wobei ein Lager 3 mit zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Innenringen 8 und 8a bestückt ist. Die Nabeneinheit 1C ist mit dem Innenring 8a versehen und weist mit Ausnahme der konstruktiven Gestaltung des entsprechenden Wellenkörpers 4 im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die Nabeneinheit 1 gemäß 1 auf.
Die Nabeneinheit 1D in 10 ist in Antriebsradausführung vorgesehen, wobei ein Außenring 21 eines Gleichlaufgelenks 20 in einem hohlen Wellenkörper 4 als eine Einheit angeordnet ist.
Die Nabeneinheit 1E in 11 ist für ein Nichtantriebsrad vorgesehen, wobei ein Lager 3 in Form eines doppelreihigen Kegelrollenlagers mit außerhalb des Lagers liegendem Kontaktwinkel-Scheitelpunkt vorgesehen ist. Das Lager 3 weist auf einen einzelnen Außenring 9 mit doppelreihiger Lauffläche, eine Anzahl von in der doppelreihigen Lauffläche angeordneten Kegelrollen 10a und einen Innenring 8, der mit einer einzelnen Lauffläche versehen und auf eine äußere Umfangsoberfläche eines Wellenkörpers 4 eines Nabenrads 2 aufgepasst ist. Bei der in 11 dargestellten Nabeneinheit kann das Lager 3 zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Innenringe umfassen bzw. in Nichtantriebsradausführung mit einem hohlen Wellenkörper eines Nabenrads konzipiert sein. Gemäß 8 bis 10 ist die Nabeneinheit direkt auf einer Basis 13 angeordnet, jedoch nicht auf diese Ausführung beschränkt, sondern über eine Befestigungsvorrichtung 14 wie in 7 dargestellt auf der Basis 13 montierbar.
Im Falle der entsprechenden Nabeneinheiten 1A–1E in 7 bis 11 ist der zylindrische Bereich 6 auf einer freien Stirnseite des Wellenkörpers in der gleichen Weise wie bei der Nabeneinheit der früher beschriebenen Ausführungsform durch Wälzverstemmen radial nach außen verbogen und verformt und dadurch auf die äußeren Stirnseiten des Innenrings 8 des Lagers 3 aufgestemmt.
Die innere Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs 6 der entsprechenden Nabeneinheiten weist die gleiche Oberflächenrauheit (Rz) wie diejenige gemäß 1 auf und es lässt sich die Feinrissbildung in gleicher Weise wie unter 1) beschrieben vermeiden.
Mögliche industrielle Verwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf eine Nabeneinheit zur Verwendung in einem Fahrzeug, in welcher die Bremsscheibe eines Scheibenbremssystems und ein Rad sowie weitere Lagervorrichtungen montiert werden können, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Claims

Lagervorrichtung, umfassend einen Wellenkörper (4) mit einem zylindrischen Verstemmbereich 6), der durch Maschinenbearbeitung an einer freien Stirnfläche desselben gebildet wird; und ein Wälzlager (3), das auf einen äußeren Umfang des Wellenkörpers (4) aufgepasst ist, wobei der zylindrische Bereich (6) derart radial nach außen gebogen wird, dass er auf eine äußere Stirnfläche eines Innenrings (8) des Wälzlagers (3) aufgestemmt wird, und eine Oberflächenrauheit (Rz) einer inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) auf einen Wert festgelegt ist, der kleiner ist als eine Rauheit entsprechend einer Lebensdauer (R), die bezüglich einer Lagervorrichtung mit einer Standard-Lebensdauer eingestellt wird, wobei der zylindrische Bereich (6) durch Drehen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbearbeitungsspur durch die Drehbearbeitung in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) gebildet wird; ein Muster der Drehbearbeitungsspur Umfangsstreifen (6b) bildet, die durch die Drehbearbeitung in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) gebildet wird; und ein Abstand (P), der durch axial ungleichmäßige Bereiche (6c) gebildet wird (ein ungleichmäßiger Abstand), der durch die Streifen (6b) in der Oberflächenschicht der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) gebildet wird, auf einen Wert von nicht mehr als 190 mm festgelegt wird.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der zylindrische Bereich (6) durch Wälzverstemmen gebogen und radial nach außen verformt wird.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) auf einem Wert von nicht mehr als 14,0 mm in einer Zehn-Punkt-Mittelrauheit (Rz) festgelegt wird.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher die Oberflächenrauheit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) auf einem Wert von nicht mehr als 12,5 mm in einer Zehn-Punkt-Mittelrauheit (Rz) festgelegt wird.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher ein Abstand (P), der durch axial ungleichmäßige Bereiche (6c) gebildet wird (ein ungleichmäßiger Abstand), gebildet durch Streifen (6b) in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6), auf einen Wert von nicht mehr als 150 mm festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung, umfassend einen Wellenkörper (4) mit einem axial zylindrischen Bereich (6) an einer freien Stirnfläche desselben; und ein Wälzlager (3), das auf einen äußeren Umfang des Wellenkörpers (4) aufgepasst ist; mit einem ersten Schritt, bei welchem der zylindrische Bereich (6) durch Maschinenbearbeitung hergestellt wird; und einem zweiten Schritt, in welchem der zylindrische Bereich (6), der durch den ersten Schritt gebildet wird, radial nach außen gebogen wird, derart, dass er auf eine äußere Stirnfläche des Innenrings (8) des Wälzlagers (3) aufgestemmt wird; wobei in dem ersten Schritt eine Oberflächenrauheit (Rz) einer inneren Umfangsoberfläche (6a) des zylindrischen Bereichs (6) auf einen Wert festgelegt wird, der kleiner ist als eine Rauheit entsprechend einer Lebensdauer (R), die bezüglich einer Lagervorrichtung mit einer Standard-Lebensdauer eingestellt wird, wobei der zylindrische Bereich (6) durch eine Drehbearbeitung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Muster der Drehbearbeitungsspur Umfangsstreifen (6b) bildet, die durch eine Drehbearbeitung in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) ausgebildet werden; und dass ein Abstand (P), der durch axial ungleichmäßige Bereiche (6c) gebildet wird (ein ungleichmäßiger Abstand), gebildet durch Streifen (6b) in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche (6) des zylindrischen Bereichs, auf einem Wert von nicht mehr als 190 mm festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei welchem der zylindrische Bereich (6) durch Wälzverstemmen verbogen und radial nach außen verformt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei welcher die Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) auf einen Wert von nicht mehr als 14,0 mm in einer Zehn-Punkt-Mittelrauheit (Rz) festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei welcher die Oberflächenrauheit (Rz) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) auf einen Wert von nicht mehr 12,5 mm in einer Zehn-Punkt-Mittelrauheit (Rz) festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei welchem im ersten Schritt die innere Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) entsprechend einer Gestalt einer Drehbearbeitungsspur ausgebildet wird, die in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6) durch eine Drehbearbeitung erzeugt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei welcher ein Abstand (P), der durch axial ungleichmäßige Bereiche (6c) gebildet wird (ein ungleichmäßiger Abstand) gebildet durch Streifen (6b) in der Oberflächenschicht (6a) der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs (6), auf einem Wert von nicht mehr als 150 mm festgelegt wird.