DE69822524T2

DE69822524T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von drehbaren Maschinenelementen

Info

Publication number: DE69822524T2
Application number: DE69822524T
Authority: DE
Inventors: Alan Charles Northampton Webb; Peter Nottingham Holland; Peter West Bridgford Standring; Douglas H. Smith; Larry L. North Canton Bahney
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: EP1179386B1; US6443622B1; EP1179384A3; EP1179385B1; GB9713343D0; JP3370098B2; EP0991494B1; DE69825921T2; US20020172439A1; JP2000513661A; DE69809234D1; US6688773B2; EP1179385A2; EP1179384B1; EP1179386A3; EP1179384A2; EP0991494A1; JP2003181571A; WO1998058762A1; DE69823709T2

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Maschinenkomponenten, zwischen denen ein Wälzlager angeordnet ist, um die Rotation einer Komponente um die andere herum zu ermöglichen, und insbesondere ein Rollformverfahren und eine Maschine zur Vereinigung der Maschinenkomponenten und des Lagers, siehe beispielsweise US 4,893,960 .
Es gibt verschiedene grundsätzliche Anordnungen, durch die die Straßenräder von Kraftfahrzeugen mit den Aufhängungssystemen dieser Fahrzeuge verbunden sind, und alle weisen eine drehbare Nabe der einen oder anderen Art auf. Bei einer Anordnung weist die Nabe einen Antriebsflansch und eine über den Flansch überstehende Spindel auf. Die Spindel rotiert in einem Gehäuse auf einem Wälzlager. Das Gehäuse ist mit dem Aufhängungssystem des Fahrzeugs verschraubt, während das Straßenrad mit dem Flansch der Nabe verschraubt ist. Somit drehen sich die Nabe und das Straßenrad bezüglich des Gehäuses und des Aufhängungssystems mit minimaler Reibung. Das Lager weist angewinkelte Laufflächen auf, die derart orientiert sind, dass sie sowohl Stoßbelastungen in axialer Richtung aufnehmen, als auch radiale Belastungen. Typischerweise weist das Lager innere Lagerringe auf, die auf der Spindel montiert sind, und Wälzkörper, die in zwei Reihen zwischen den Laufflächen der inneren Lagerringe und weiteren Laufflächen in dem Gehäuse angeordnet sind. Eine Mutter ist auf das Ende der Spindel aufgeschraubt, um die inneren Lagerringe auf der Spindel zu halten, und dies bewirkt ein Zusammenhalten der gesamten Anordnung, das heißt, die Nabenanordnung wird vereinigt.
Das Gewinde erfordert jedoch einen weiteren Bearbeitungsschritt bei der Herstellung der Nabe und die Installation der Mutter stellt einen weiteren Zusammenbauschritt dar. Diese Vorgänge werden in den Endkosten der Na benanordnung widergespiegelt. Weiterhin kann sich eine Mutter lösen und die Einstellung des Lagers stören, vielleicht sogar ein Schlagen des Rades bewirken und die Dichtungen beschädigen, die das Innere des Lagers schützen.
Andere haben einen rollgeformten Wulst am Ende einer Nabenspindel verwendet, um die Nabenanordnung zusammenzuhalten. Das Formen des Wulstes erfordert jedoch, zumindest gegenüber der hinteren Stirnfläche des inneren Lagerrings eines Wälzlagers, Präzision und genaue Überwachung des Formvorgangs, um sicherzustellen, dass der Formvorgang das Lager nicht deformiert und seinen Betrieb stört.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Sicherung einer Komponente auf einer Spindel gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Sicherung einer Komponente auf einer Spindel gemäß Anspruch 3 bereit.
1 zeigt eine geschnittene Ansicht einer Nabenanordnung, die mit einem geformten Ende gemäß der vorliegenden Erfindung vereint ist;
2 zeigt eine Stirnseitenansicht der Nabenanordnung entlang der Linie 2-2 in 1;
3 zeigt eine vergrößerte, teilgeschnittene Ansicht des geformten Endes, das die Nabenanordnung vereint;
4 zeigt eine teilgeschnittene Ansicht einer Endpartie vor der Umformung zum geformten Ende der 3;
5 zeigt eine Vorderansicht der Maschine zum Umformen der in 4 dargestellten Endpartie zu dem in 3 dargestellten geformten Ende;
6 zeigt eine Schnittansicht der Maschine entlang der Linie 6-6 in 5; und
7A, B und C zeigen geschnittene Ansichten des Werkzeugs zum Umformen der Endpartie und stellen die Umformschritte sequentiell dar.
Übereinstimmende Bezugszeichen werden bei den verschiedenen Figuren der Zeichnungen verwendet.
Die folgende Beschreibung erläutert die Erfindung beispielhaft und nicht beschränkend. Diese Beschreibung wird es dem Fachmann ermöglichen, die Erfindung auszuführen, und beschreibt dasjenige, was derzeit für die beste Ausführungsweise der Erfindung gehalten wird.
Bezug nehmend auf die Zeichnung umfasst eine Nabenanordnung A (1) zur Befestigung eines Straßenrads eines Fahrzeugs an dem Aufhängungssystem des Fahrzeugs eine Nabe 2, ein Gehäuse 4 und ein Lager 6, welches es der Nabe 2 ermöglicht, sich relativ zu dem Gehäuse 4 um eine Drehachse X mit relativ geringer Reibung zu drehen. Ein Straßenrad und eine Bremsscheibe sind an der Nabe 2 befestigt, während das Gehäuse 4 sicher an einer Komponente des Aufhängungssystems des Fahrzeugs befestigt ist.
Die Nabe 2 (1) weist einen Flansch 10, eine kurzen Führungsdurchmesser 12 auf einer Seite des Flansches 10 und eine Spindel 14 auf der anderen Seite auf. Sowohl der Führungsdurchmesser 12 als auch die Spindel 14 erstrecken sich entlang der Achse X. Der Flansch 10 weist Radbolzen 16 auf, die sich axial von ihm in Richtung des Führungsdurchmessers 12 erstrecken, jedoch radial außerhalb von diesem liegen. Der Führungsdurchmesser 12 dient als Führung für die Ausrichtung des Rades mit der Nabe 2, wenn das Rad auf den Flansch 10 aufgesetzt wird, an dem es mit Radmuttern befestigt ist, die auf die Bolzen 16 aufgeschraubt werden. Die Spindel 14 geht aus einer Schulter 18 hervor, die von der Innenfläche des Flansches 10 nach innen versetzt ist, und endet in einem geformten Ende 20, das sich an seinem gegenüberliegenden Ende befindet. Die Spindel 14 weist eine Bohrung 22 auf, die sich aus ihr an dem geformten Ende 20 öffnet.
Das Lager 6 umfasst (1) einen inneren Lagerring in Form zweier Konusse 26, die um die Spindel 14 passen, wo sie zwischen der Schulter 18 und dem geformten Ende 20 eingeschlossen werden, wobei zwischen jedem Konus 26 und der Spindel 14 eine Presspassung gegeben ist. Jeder Konus 26 weist eine konische Lauffläche 28 auf, die nach außen, weg von der Achse X gerichtet ist, eine Anschlagrippe 30 am großen Ende seiner Lauffläche 28 und eine rückwärtige Stirnseite 32, die am Ende der Anschlagrippe 30 gegenüber der Achse X rechtwinklig angeordnet ist. Der innen liegende Konus 26 ist etwas länger als der außen liegende Konus, aufgrund einer zylindrischen Konusverlängerung 34, die über das kleine Ende seiner Lauffläche 28 übersteht. Der innen liegende Konus 26 liegt mit seiner Konusverlängerung 34 am kleinen Ende des außen liegenden Konus 26 entlang der Spindel 14 an, das heißt, die zwei Konusse 26 liegen mit ihren vorderen Stirnflächen aneinander an. Die rückseitige Stirnfläche 32 des außen liegenden Konus 26 liegt an der Schulter 18 an, die sich unmittelbar innen neben dem Flansch 10 befindet. Das geformte Ende 20 überragt den innen liegenden Konus 26 nach außen und liegt an der rückwärtigen Stirnfläche 32 dieses Konus an. Somit sind die zwei Konusse 26 auf der Spindel 14 zwischen der Schulter 18 und dem geformtem Ende 20 eingeschlossen. Die zwei Konusse 26 liegen mit ihren gegenüber liegenden Enden aneinander an, das heißt, an ihren vorderen Stirnflächen, so dass die Verlängerung 34 zwischen den Laufflächen 28 der zwei Konusse 26 liegt.
Zusätzlich zu den Konussen 26 weist das Lager 6 konische Wälzkörper 36 auf, die in zwei Reihen angeordnet sind, wobei eine separate Reihe um je den Konus 26 herum angeordnet ist. Tatsächlich erstrecken sich die Wälzkörper 36 um die Laufflächen 28 der Konusse 26 herum mit ihren konischen Seitenflächen entlang den Laufflächen 28 und ihren großen Stirnflächen gegen die Anschlagrippen 30 anliegend. Die Wälzkörper 36 einer jeden Reihe befinden sich im Wesentlichen in einer Scheitelpunktlage, was bedeutet, dass die Einhüllenden, in denen ihre konischen Seitenflächen liegen, ihre Scheitelpunkte in einem gemeinsamen Punkt entlang der Achse X aufweisen werden. Jede Reihe der Wälzkörper 36 weist einen Käfig 38 auf, um den richtigen Abstand zwischen den Wälzkörpern 36 dieser Reihe aufrecht zu erhalten.
Das ringartige Gehäuse 4 umschließt sowohl die Spindel 14 als auch die zwei Konusse 26 und die zwei Reihen Wälzkörper 36. Es bildet einen Teil des Lagers 6, indem es konische Laufflächen 40 aufweist, die nach innen in Richtung der Achse X gerichtet sind. Tatsächlich bildet das Gehäuse 4 den äußeren Laufring des Lagers 6. Die Laufflächen 40 des Gehäuses 4 verlaufen konisch abwärts zu einer Zwischenfläche 42 hin, die sie voneinander trennt. Die Wälzkörper 36 liegen auch an den Laufflächen 40 des Gehäuses 4 an und berühren die Laufflächen 40 mit ihren konischen Seitenflächen. An ihren großen Enden öffnen sich die Laufflächen 40 in kurze Endbohrungen 44, in denen sich die Anschlagrippen 30 der zwei Konusse 26 befinden.
Im Wesentlichen in der Mitte zwischen seinen Enden weist das Gehäuse 4 einen dreieckigen Flansch 46 auf (2), der gegen eine Komponente eines Aufhängungssystems eines Fahrzeugs passt. Hier ist das Gehäuse A mittels Bolzen, die in Gewindebohrungen 47 in den Eckbereichen des dreieckigen Flansches 46 befinden, fest mit der Aufhängungssystemkomponente verbunden. Entlang eines der Ränder des dreieckigen Flansches 46 weist das Gehäuse 4 eine Bohrung 48 auf (1), die sich schräg zur Achse X nach innen erstreckt und sich durch die Zwischenfläche 42 hindurch ins Innere des Gehäuses 4 öffnet.
Die schräge Bohrung 48 enthält einen Geschwindigkeitssensor 50, dessen inneres Ende einem Erregerring 52 zugewandt ist, der auf die Verlängerung 34 am kleinen Ende des innen liegenden Konus 26 passt. Der Erregerring 52 liegt somit zwischen den zwei Reihen der Wälzkörper 36. Der Ring 52 weist Zähne oder andere Unterbrechungen auf, die zu einer Erzeugung eines pulsierenden Signals durch den Sensor 50 führen, wenn sich diese Unterbrechungen am Ende des Sensors 50 vorbei bewegen, und dies passiert selbstverständlich dann, wenn sich die Spindel 14 und die sie umgebenden Konusse 26 drehen. Die Frequenz des Signals ist ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit der Spindel 14 und damit der gesamten Nabe 2.
In den Endbohrungen 44 im Gehäuse 4 befinden sich Dichtungen 54, die um die Anschlagrippen 30 der Konusse 26 herum passen, um dynamische Flüssigkeitssperren an den Enden des Gehäuses 4 zu bilden. Diese Sperren schützen die Wälzkörper 36 und die Laufflächen 28 und 40 vor Straßenverunreinigungen, wie beispielsweise Wasser, Streusalz und Schmutz.
Das geformte Ende 20 befindet sich hinter der rückwärtigen Stirnfläche 32 des innen liegenden Konus, so dass die zwei Konusse 26 zwischen der Schulter 18 und dem geformten Ende 20 gefangen sind, wobei ihre kleinen Enden gegeneinander anliegen. Dies hält nicht nur die Konusse 26 auf der Spindel 14, sondern hält auch das Gehäuse 4 und die Wälzkörper 36 auf ihren Plätzen, wobei dies auf die konische Geometrie zurückzuführen ist. Kurz gesagt vereinigt das geformte Ende 20 die Nabenanordnung A.
Genauer ausgedrückt ist das geformte Ende 20 um den innen liegenden Konus 26 an einer profilierten oder gekrümmten inneren Kante 56 (3) gebogen und weist unmittelbar auswärts von der Kante 56 eine flache innere Stirnseite 58 auf, die sich entlang der rückwärtigen Stirnseite 32 des innen liegenden Konus 26 erstreckt. Auf seiner gegenüberliegenden Seite weist das geformte Ende 20 eine gekrümmte äußere Stirnseite 60 auf, die in eine flache äußere Stirnseite 62 übergeht, die senkrecht zur Achse X ausgerichtet ist. Die gekrümmte äußere Stirnfläche 60 und die flache innere Stirnfläche 58 sind über eine vergleichsweise scharfe, jedoch abgerundete, Außenkante 64 miteinander verbunden. Die flache äußere Stirnfläche 62 geht in eine erste angeschrägte Fläche 66 über, die schräg bezüglich der Achse X angeordnet ist, und die angeschrägte Fläche 66 geht in eine zweite Schrägfläche 68 über, die in einem etwas steileren Winkel zur Achse X ausgerichtet ist. Die steilere Schrägfläche 68 führt in die Bohrung 22. Die Außenkante 64 liegt radial bei oder geringfügig einwärts von dem großen Ende der Lauffläche 28 des inneren Konus 26. Die flache äußere Stirnfläche 62 bietet eine Klemmfläche für die Nabenanordnung, wenn diese an ein Gleichlaufgelenk oder anderes derartiges Organ geklemmt ist.
Die Nabe 2 weist nicht immer das geformte Ende 20 auf. Sie existiert zunächst als Rohling 70 (4), in welchem Zustand sie geschmiedet und dann maschinell bearbeitet ist. Beim Rohling 70 ist die Spindel 14 gerade, das heißt, ihre zylindrische Außenfläche erstreckt sich axial bis zum Ende der Spindel 14. Die zwei Konusse 26, die Wälzkörper 36 der zwei Reihen sowie das Gehäuse 4, das von den Wälzkörpern 36 eingefangen ist, werden zusammen über die gerade Spindel 14 des Rohlings 70 installiert, wobei eine Endpartie 71 der Spindel 14 über den innen liegenden Konus 26 überstehend verbleibt. Daraufhin wird die überstehende Endpartie 71 radial auswärts und axial mittels eines Drehformverfahrens (7) in das geformte Ende 20 umgeformt.
Bei dem Rohling 70 weist die Spindel 14 (4) die erste Schrägfläche 68 auf, die von der Bohrung 22 weg führt. Die Schrägfläche 68 geht in eine leicht konische Fläche 72 an einer Kante oder einem Kreis C des Übergangs über. Die leicht konische Fläche 72 geht in eine weitere konische Fläche 74 mit steileren Winkeln über. Die steilere Konusfläche 74 führt zu einer flachen Stirnfläche 78, in die sie an einer gekrümmten Fläche 80 übergeht. Die flache Stirnfläche 78 weist an ihrem Umfang eine Fase 82 auf.
Die Endpartie 71 des Rohlings 70 ragt zunächst über die rückwärtige Stirnfläche 32 des innen liegenden Konus 26 ohne Änderung ihres Außendurchmessers über, wird danach jedoch mittels eines Drehformverfahrens (7) in das geformte Ende 20 verwandelt. Bei diesem Vorgang fließt das Metall der Endpartie 71 radial und axial, ohne dass sich dabei Risse bilden würden, und nimmt schließlich die Form des geformten Endes 20 an. Die Umwandlung erfolgt in einer Drehformmaschine B.
Die Drehformmaschine B umfasst (5 und 6) einen Rahmen 90, der einen Tisch 92 trägt, der sich um eine vertikale Achse Y dreht. Tatsächlich dreht sich der Tisch 92 auf einer Basis 94, wobei die Kraft für die Drehung von einem elektrischen oder hydraulischen, in der Basis 94 angeordneten Motor bereitgestellt wird. Die Basis 94 folgt vertikalen Führungen 96 am Rahmen 90, wobei diese Translationsbewegung über einen Stößel 98 erfolgt, der sich zwischen dem Boden des Rahmens 90 und der Basis 94 befindet. Der Stößel 98 enthält eine Lastzelle zur Messung der durch ihn ausgeübten Kraft. Der Tisch 92 weist eine nach oben weisende Oberfläche auf, aus der sich eine Buchse 100 öffnet, wobei die Buchse 100 zur Aufnahme des Führungsdurchmessers 12 und des Flansches 10 des Rohlings 70 ausgelegt ist, wobei die Achse X des Rohlings 70 mit der Drehachse X des Tisches 92 zusammenfällt und wobei sich die Spindel 14 aufwärts erstreckt. Die Buchse 100 nimmt auch die Radbolzen 16 auf und diese verbinden den Rohling 70 mit dem Tisch 92 derart, dass der sich auf dem Tisch 92 befindende Rohling 70 zusammen mit dem Tisch 92 ohne Schlupf rotiert.
Die Maschine B umfasst weiterhin einen Kreuzkopf 110, der mittels Lagerzapfen 112 am Rahmen 90 montiert ist, deren gemeinsame Achse Z die Achse Y des Tisches 92 in einem rechten Winkel schneidet. Der Kreuzkopf 110 weist eine Spindel 114 auf, die sich um eine Achse S dreht, die die Lagerzapfenachse Z und die Tischachse Y schneidet, wobei deren Neigung bezüglich der Achse Y variabel ist und von der Position des Kreuzkopfes 110 abhängt. Diese Position wird durch einen elektrischen Schraubheber 116 gesteuert, der zwischen dem Kreuzkopf 110 und dem Rahmen 90 angeordnet ist. Der Kreuzkopf 100 trägt einen Motor, entweder einen elektrischen oder hydraulischen, der die Spindel 114 antreibt.
Am unteren Ende der Spindel 114 ist ein Formwerkzeug 120 befestigt, das eine konturierte Fläche 122 aufweist (7), die dem Tisch 92 zugewandt ist, so dass sie gegen die Endpartie 71 der Spindel 14 des Rohlings 70 anliegt, wenn der Tisch 92 angehoben wird. Durch die Kontur weist das Werkzeug 120 eine Umfangsrippe 124 und einen vertieften Mittenbereich mit einer flachen Oberfläche 126 auf, die entlang einer gekrümmten Fläche 128 in die Rippe 124 übergeht, wobei die gekrümmte Fläche 128 der Krümmung der gekrümmten Stirnfläche 60 des geformten Endes 20 entspricht.
Schließlich weist die Maschine B einen Rückhaltearm 140 auf, der mit seinem einen Ende an einer Strebe 142 befestigt ist, die sich von der Basis 94 aus bis zu einer gewissen Höhe über dem Tisch 92 erstreckt. An seinem anderen Ende ist der Arm 140 derart ausgebildet, dass er gegen einen der Flansche 46 des Gehäuses 4 für die bestimmte Nabenanordnung A passt, die sich in der Buchse 100 des Tisches 92 befindet. Der Arm 140 verhindert ein Drehen des Gehäuses 4 zusammen mit der Nabe 2, wenn sich der Tisch 92 dreht. Unter diesen Umständen dient der Flansch 46 des Gehäuses 4 als Drehmomentarm. Der Haltearm 140 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht über den Tisch 92 zu dem durch den Flansch 46 gebildeten Drehmomentarm und enthält einen Sensor 144 zur Messung der auf den Arm 140 durch den Flansch 46 des Gehäuses 4 ausgeübten Kraft. Damit erlaubt der Sensor 144 die Messung des Drehmoments, das durch die rotierende Nabe 2 auf das Gehäuse 4 übertragen wird.
Um die Nabenanordnung A aus ihren Einzelteilen zusammensetzen zu können, müssen einige der Teile zunächst vormontiert werden. Beispielsweise werden die Bolzen 16 in den Flansch 10 der Nabe 2 eingesetzt – oder genauer gesagt, in den Flansch 10 des Rohlings 70, der schließlich zur Nabe 2 wird. Weiterhin wird die Dichtung 54 über die Rippe 30 des außen liegenden Konus 26 gepresst. Danach wird der außen liegende Konus 26 über die gerade Spindel 14 des Rohlings 70 vollständig aufgepresst, das heißt, bis seine rückwärtige Stirnseite 32 an der Schulter 18 am Ende der Spindel 14 anliegt. Nachdem der außen liegende Konus 26 und die Wälzkörper 36, die ihn umgeben, mit einem Schmiermittel versehen worden sind, wird das Gehäuse 4 über den außen liegenden Konus 26 und seine Reihe von Wälzkörpern 34 abgesenkt und mit der Dichtung 54 des außen liegenden Konus 26 ausgerichtet. Weiterer Vortrieb drängt die Dichtung 54 in die außen liegende Endbohrung 44 und setzt die Wälzkörper 36 gegen die außen liegende Lauffläche 40 des Gehäuses 4. Danach wird der innen liegende Konus 26 auf die Spindel 14 des Rohlings 70 aufgepresst, bis die Verlängerung 34 an seinem kleinen Ende am Ende des außen liegenden Konus 26 anliegt. Dies positioniert den Erregerring 52 in der Zwischenfläche 42 des Gehäuses und setzt die Wälzkörper 34, die den innen liegenden Konus 26 umgeben, gegen die innen liegende Lauffläche 40 des Gehäuses 4. Weiterhin wird das damit gebildete Lager 6 auf die korrekten Einstellwerte gebracht. Zu diesem Zeitpunkt kann die innen liegende Dichtung 54 in die innen liegende Endbohrung 44 des Gehäuses 4 und über die Anschlagrippe 30 des innen liegenden Konus 26 gepresst werden. Zu diesem Zeitpunkt des Montageverfahrens ragt die Endpartie 71 der Spindel 14 des Rohlings 70 weit über die rückwärtige Stirnfläche 32 des innen liegenden Konus 26 hinaus.
Sobald das Gehäuse 4 und das Lager 6 auf dem Rohling 70 montiert worden sind, wird die teilweise fertig gestellte Anordnung der Maschine B zugeführt, um die Nabe 2, das Gehäuse 4 und das Lager 6 dauerhaft zu vereinigen. In diesem Zusammenhang wird der Rohling 70, der zur Nabe 2 wird, in der Buchse 100 im Tisch 92 der Maschine B montiert, wobei der Führungsdurchmesser 12 am Rohling 70 nach unten weist und zur Positionierung des Rohlings 70 dient, wobei seine Achse X mit der Drehachse Y des Tisches 92 zusammenfällt. Die Bolzen 16 in dem Flansch 10 des Rohlings 70 weisen nach unten und greifen in den Tisch 92 ein, so dass der Rohling sich ohne Schlupf dreht, wenn sich der Tisch 92 dreht.
Der Tisch 92 dreht sich, indem er durch den Motor in seiner Basis 94 angetrieben wird. Das Formwerkzeug 120 dreht sich ebenfalls in die gleiche Richtung, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit, und es wird durch den Motor in dem Kreuzkopf 110 angetrieben. Danach wird der Stößel 98 in Betrieb genommen und hebt den sich drehenden Tisch 92 und die teilweise zusammengebaute Nabenanordnung A, die sich auf ihm befindet. Die ausgestreckte Endpartie 71 der Spindel 14 gerät in Kontakt mit dem sich drehenden Formwerkzeug 120 am Kreuzkopf 110 und das Werkzeug 120 deformiert die Endpartie 71, wobei deren Metall radial auswärts und axial in Richtung des Konus 26 verdrängt wird. Diese Umformung erzeugt das geformte Ende 20. Die Endpartie 71 wird somit sowohl einer radialen als auch axialen Umformung ausgesetzt, was wiederum eine gewünschte Kaltverfestigung der Endpartie 71 bewirkt und die Bildung von gekrümmten und flachen Außenflächen ermöglicht, was das Risiko von Rissbildungen reduziert.
Genauer ausgedrückt richtet sich die Endpartie 71 der Spindel 14 an der flachen Oberfläche 126 der konturierten Fläche 122 des Werkzeugs 120 aus und beim Vorschub der Spindel 14 entlang der Achse Y gelangt die flache Stirnfläche 78 der Endpartie 71 in Anlage an die flache Oberfläche 126 des Werkzeugs 120. Weiterer Vorschub der Spindel 14 bewirkt eine Drehung der Endpartie 71 radial nach außen in Richtung der gekrümmten Fläche 128 der Oberfläche 122 des Werkzeugs 120. Als Folge hiervon gelangen die konische Fläche 74 und danach die Konusfläche 72 der Endpartie 71 in Anlage an die flache Oberfläche 126 des Werkzeugs 120. Bei andauerndem Vorschub der Endpartie 71 in das Werkzeug 120 wird die Endpartie 71 schließlich nach außen umgeformt, um somit die Konfiguration der gekrümmten Oberfläche 128 anzunehmen, während der benachbarte Bereich flach wird, da er an der flachen Oberfläche 126 des Werkzeugs 120 anliegt. Dies erklärt das Vorhandensein der gekrümmten Stirnfläche 60 und der benachbarten flachen Oberfläche 62 am geformten Ende 20, das der Spindel 14 verliehen wird.
Der Stößel 98 bewegt die Spindel 14 nicht mit konstanter Geschwindigkeit in das Werkzeug 120. Die Geschwindigkeit ist anfangs größer als am Ende des Vorgangs. Der Stößel 98 verfährt somit langsamer, wenn er das Metall der Endpartie 71 gegen die und entlang der rückwärtigen Stirnfläche 32 des innen liegenden Konus 26 formt. Weiterhin wird die beim Vorschub des Stößels 98 durch diesen ausgeübte Kraft durch die Lastzelle im Stößel 98 gemessen und überwacht. Der Stößel 98 verweilt nach dem letzten Vorschubschritt, um sicher zu stellen, dass das durch das Werkzeug 120 geformte Ende 20 die gewünschte Konfiguration behält. Für eine Nabe 2 mit einer Spindel 14, die einen Außendurchmesser von 45 mm aufweist, sollte die durch den Stößel 98 ausgeübte Kraft vorzugsweise zwischen 6 und 8 t liegen und 10 bis 12 t nicht übersteigen.
Das Formwerkzeug 120 bewirkt beim Vorschub der Spindel 14 auf den Rohling 70 eine allmähliche Verdrängung, in anderen Worten ein Fließen, des Metalls des Rohlings 70. Zu diesem Zweck muss das Metall des Rohlings 70 eine hinreichende Duktilität aufweisen, um ein Fließen ohne die Bildung von Rissen oder Brüchen zu ermöglichen. 1040 Stahl mit einem Schwefelgehalt von weniger als 0,05 Gewichtsprozent und vorzugsweise weniger als 0,02 Gewichtsprozent weist diese Eigenschaft auf. Die Verformung bewirkt eine Kaltvertestigung des Stahls, so dass die Härte des geformten Endes 20 etwas größer als die Härte des Rests der Nabe 2 ist.
Die Gestaltung der verlängerten Partie 71 des Rohlings 70, der Abstand, um den sie über die rückwärtige Stirnfläche 32 des innen liegenden Konus 26 übersteht, und der dem Tisch 92 durch den Stößel 98 vermittelte Vorschub sind derart gewählt, dass das geformte Ende 20 den innen liegenden Konus 26 nicht verformt oder eine übermäßige Vorspannung auf das Lager 6 ausübt. Wenn die Endpartie 71 des Rohlings 70 beispielsweise zu weit über die rückwärtige Stirnfläche 32 des innen liegenden Konus 26 übersteht oder in diesem Bereich überschüssiges Material aufweist, kann der Raum zwischen dem Formwerkzeug und der rückwärtigen Stirnfläche 32 des Konus nicht das gesamte Material aufnehmen und der innen liegende Konus 26 würde im Bereich seiner Anschlagrippe 30 und Lauffläche 28 verformt werden. Wenn ebenso die Verweilhöhe des Stößels 98 zu hoch ist, wird wiederum ein ungenügender Raum zur Aufnahme des Metalls, das entlang der rückwärtigen Stirnfläche 32 des Konus fließt, bestehen und der Konus 26 würde verformt werden.
Eine Sichtprüfung des geformten Endes 20 wird nicht zeigen, ob dieses einen verformten innen liegenden Konus 26 aufweist. Jedoch wird das Drehmoment in dem Lager 6 dies aufzeigen und der Sensor 144 im Rückhaltearm 140 misst dieses Drehmoment. Dazu misst der Sensor 144 dieses Drehmoment, ohne dass ein Umsetzen der Nabenanordnung A in eine weitere Halterung für eine separate Prüfung erforderlich wäre, und identifiziert somit unmittelbar eine Nabenanordnung A, die verworfen werden sollte. Bei einem Lager 6, das um eine Nabenspindel 14 mit einem Durchmesser von 45 mm passt, sollte das maximale Drehmoment im Lager 35 bis 40 in-lbs nicht übersteigen. Die Veränderung des Drehmoments während des Drehumformverfahrens sollte 8 bis 10 in-lbs nicht übersteigen.
Die durch die Lastzelle in dem Stößel 98 gemessene Kraft dient auch zur Identifizierung von Lageranordnungen, die verworfen werden sollten. In diesem Zusammenhang zeigt eine übermäßige durch den Stößel ausgeübte Kraft einen Fehler in der Geometrie des Rohlings 71 auf oder möglicherweise einen Fehler bei der Einrichtung der Maschine B. In jedem Fall kann eine übermäßige durch den Stößel 98 ausgeübte Kraft den innen liegenden Konus 26 verformen, wodurch die Lageranordnung A dauerhaft beschädigt wird. Bei einer Nabe 2 mit einer Spindel 14 mit einem Außendurchmesser von 45 mm zeigt eine Stößelkraft von mehr als 10 bis 12 t einen möglichen Fehler auf.
Der Rückhaltearm 140 ermöglicht nicht nur die Messung des Drehmoments, sondern hält auch das Gehäuse 2 fest, während sich die Nabe 2 und Wälzkörper 36 in ihm drehen. Dies setzt die Wälzkörper entlang der Laufflächen 28 und gegen die Anschlagrippen 30 der zwei Konusse 26 und setzt sie auch entlang der Laufflächen 40 des Gehäuses 4. Weiterhin verhindert es ein Eindrücken der Wälzkörper in die Laufflächen 28 und 40.
Anstatt dass der außen liegende Konus 26 eine separate Komponente ist, kann er in die Nabe 2 integriert sein. Anders ausgedrückt kann die außen liegende, innere Lauffläche 28 direkt auf der Spindel 14 gebildet sein, genau so wie die äußeren Laufflächen 40 direkt im Gehäuse 4 gebildet sind. Andererseits können die äußeren Laufflächen 40 an separaten Laufringen oder Außenringen gebildet sein, die in das Gehäuse 4 eingepasst sind. Die Wälzkörper müssen nicht konische Wälzkörper 36 sein, sondern können auch Kugeln oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Wälzkörper sein, und selbstverständlich würden die Laufflächen in diesem Fall an sie angepasst, würden jedoch vorzugsweise schräg zur Achse ausgerichtet verbleiben.
Ausgehend von der vorstehenden Beschreibung ist es ersichtlich, dass die vielfältigen Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht worden sind und weitere vorteilhafte Ergebnisse erhalten worden sind.
Es ist beabsichtigt, dass der gesamte Inhalt der vorstehenden Beschreibung oder das in der Zeichnung Gezeigte als beispielhaft interpretiert werden soll und nicht beschränkend, da verschiedene Veränderungen bei den oben beschriebenen Konstruktionen vorgenommen werden könnten, ohne dabei vom Umfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Sicherung einer Komponente (6) auf einer Spindel (14), bei dem die Komponente (6) eine Öffnung zur Aufnahme der Spindel (14) aufweist und die Spindel (14) eine verformbare, ringförmige Spindelendpartie (71) aufweist, die sich über die Öffnung hinaus erstreckt, wobei die ringförmige Spindelendpartie (71) mit einem Formwerkzeug (120) zusammenwirkt, das um eine Werkzeugachse (S) drehbar ist, die bezüglich der Spindelachse (Y) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (14) und die Komponente (6) sich in der gleichen Drehrichtung wie das Formwerkzeug (120) drehen, um die ringförmige Spindelendpartie (71) allmählich im Wesentlichen radial nach außen und axial zu verformen und ein geformtes Ende (20) zu schaffen, das gegen eine Stirnfläche (32) der Komponente (6) anliegt, um die Komponente (6) an der Spindel (14) zu befestigen, und dass zumindest entweder das Formwerkzeug (120) oder die Spindel (14) jeweils in Richtung des anderen Teils mit mindestens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt wird, einer ersten Geschwindigkeit während der ersten Stufe des Umformvorgangs und mit einer anderen Geschwindigkeit, die langsamer ist als die erste Geschwindigkeit, während der letzten Stufen des Umformvorgangs, bei denen das geformte Ende (20) gegen die Stirnfläche der Komponente gearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelendpartie (71) mit dem Formwerkzeug (120) beaufschlagt wird, indem die Spindel linear und axial in Richtung des Formwerkzeugs (120) bewegt wird, das im Wesentlichen in einer festen Position verbleibt.
Vorrichtung zum Sichern einer Komponente (6) auf einer Spindel (14), wobei die Komponente (6) eine Öffnung aufweist, in der die Spindel (14) aufgenommen wird, wobei die Spindel (14) eine verformbare, ringförmige Spindelendpartie (71) aufweist, die sich über die Öffnung hinaus erstreckt, und wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: Einen drehbaren Spindelträger (92), der die Spindel (14) trägt und um die Spindelachse (Y) drehbar ist; ein Formwerkzeug (120), das um eine Werkzeugachse (S) drehbar ist, die bezüglich der Spindelachse (Y) geneigt ist; ein Linear-Betätigungsorgan (98), das mindestens entweder den Spindelträger (92) oder das Formwerkzeug (120) linear aufeinander zu bewegt, um die ringförmige Spindelendpartie (71) mit dem Formwerkzeug (120) in Eingriff zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (14) und Komponente (6) sich in die gleiche Drehrichtung wie das Formwerkzeug (120) drehen, um die ringförmige Spindelendpartie (71) allmählich im Wesentlichen radial nach außen und axial zur Schaffung eines geformten Endes (20) zu verformen, das an einer Stirnseite (32) der Komponente (6) anliegt, und dass das Linear-Betätigungsorgan (98) mindestens entweder den Spindelträger (92) oder das Formwerkzeug (120) mit mindestens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten linear aufeinander zu bewegt, einer ersten Geschwindigkeit während der ersten Stufe des Formvorgangs und einer anderen Geschwindigkeit, die langsamer ist als die erste Geschwindigkeit, während der letzten Stufen des Formvorgangs, bei denen das geformte Ende (20) gegen die Stirnfläche (32) der Komponente (6) gearbeitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Formwerkzeugeinstellvorrichtung (116) zum Einstellen des Neigungswinkels der Werkzeugachse (S).
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Linear-Betätigungsorgan (98) den Spindelträger (92) linear gegen das Formwerkzeug (120) bewegt, das in einer im Wesentlichen festen Position verbleibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Kraftmessvorrichtung, die die Größe der Kraft misst, mit der die Spindel (14) von dem Formwerkzeug (120) beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Linear-Betätigungsorgan (98) eine Kraft für das Beaufschlagen der Spindelendpartie (71) durch das Formwerkzeugs (120) bereitstellt, die 12 t nicht übersteigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Linear-Betätigungsorgan (98) eine Kraft für das Beaufschlagen der Spindelendpartie (71) durch das Formwerkzeug (120) bereitstellt, die 8 t nicht übersteigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Linear-Betätigungsorgan (98) eine Kraft für das Beaufschlagen der Spindelendpartie (71) durch das Formwerkzeug (120) bereitstellt, die im Bereich von 6 bis 8 t liegt.