DE102005049454A1

DE102005049454A1 - Lagereinheit, vorzugsweise Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zur Herstellung einer Lagereinheit

Info

Publication number: DE102005049454A1
Application number: DE200510049454
Authority: DE
Inventors: Erwin Hartmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-10-15
Filing date: 2005-10-15
Publication date: 2007-04-19
Also published as: WO2007045203A1; CN101287919A; JP2009511325A; EP1934493A1; US20100158423A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit, vorzugsweise eine Radlagereinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe (2) mit einem radseitigen Befestigungsflansch (11), an der ein Schrägwälzlager (6) mit zumindest einem Innenring (7) und einem Außenring (8) angeordnet sind. Um die Lagereinheit (1) kostengünstig herstellen sowie betreiben zu können und um beispielsweise Verformungen und Spannungen wie bei bekannten Wälznieteinheiten zu vermeiden, ist das dem Befestigungsflansch (3) gegenüberliegende Ende (10) der Nabe (2) mit einem Flanschring (11) stoffschlüssig verbunden, der zumindest den Innenring (7) mit der Nabe (2) verspannt. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lagereinheit (1), vorzugsweise einer Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe (2) mit einem radseitigen Befestigungsflansch (3), an der ein Schrägwälzlager (6) mit zumindest einem Innenring (7) und einem Außenring (8) angeordnet sind, mittels einer eine Klemmkraft (F) auf die Lagereinheit (1) ausübenden Vorrichtung (13).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagereinheit, vorzugsweise eine Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe mit einem radseitigen Nabenflansch, an der ein Schrägwälzlager mit zumindest einem Innenring und einem Außenring angeordnet ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Montieren einer solchen Lagereinheit, mittels einer eine Klemmkraft auf die Lagereinheit ausübenden Vorrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Radlager sind hoch beanspruchte Teile insbesondere für Radaufhängungen am Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, die unterschiedlichsten Betriebsbeanspruchungen standhalten müssen.

Eine wichtige Komponente des Gesamtverbundes Radlager sind dessen Lagerinnenringe, die nach Wärmebehandlungen und Zerspanschritten mit einer entsprechend hohen Klemmkraft – je nach Lagergröße 50KN bis 120KN – axial fixiert werden.

Bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Einstellung einer solchen axialen Klemmkraft sind ein Verspannen von Radflansch mit Gelenkglocke, eine Mutter auf dem Radflansch oder ein mittels eines Wälznietprozesses unter Verwendung einer Wälznieteinheit erzeugter Wälznietbund.

Ein solcher Wälznietbund wird durch Kaltverformung mittels Wälznieten am Nabenende des Radlagers erzeugt, wobei sich dort ein nach außen gekrümmter Wulst zur Fixierung des Innenringes an der Nabe ausbildet.

Die DE 43 39 847 C2 zeigt eine gattungsgemäße Radlagereinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Nabe und einem Schrägwälzlager, bei dem zumindest ein Innenring durch einen mit Hilfe einer plastischen Kaltverformung mittels Wälznieten in einer Wälznietmaschine erzeugten, am Nabenende angeformten Wulst axial fixiert ist.

Dabei weist der Wulst, im Querschnitt gesehen, eine Krümmung auf, die sich zum Außenumfang hin erstreckt und zum Innenring geneigt ist. Für die Erzeugung der Innenringklemmkraft sind von entscheidender Bedeutung das Maß des Überstandes des zunächst unverformten Wulstes, die Innenring-Kantenverkürzungsgeometrie, das Werkzeugprofil für die axiale Wulstaußenform sowie die Wälznietkraft. Enge Toleranzen und genaue Abmessungen sind deshalb erforderlich.

Die Erzeugung des Wälznietbundes für eine entsprechend hohe Klemmkraft hat zwangsläufig eine zusätzliche radiale Aufweitung des wälznietseitigen Innenringbordes zur Folge; es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Wälznietkraft und radialer Bordaufweitung.

Produktseitige Maßnahmen wie verstärkte Innenringquerschnitt sowie Formgebung der Kantenverkürzung oder Flanschhals (Wulst) erlauben nur eine begrenzte Reduzierung der radialen Innenringbordaufweitung. Für die Sicherstellung der Bauteilfunktion sind deshalb zusätzliche Maßnahmen wie spezielle Wärmebehandlung, Bearbeitungsschritte oder Pressverband während des Wälznietens erforderlich, die das Design bzw. den Prozess verteuern.

Zur Fertigung eines solchen gekrümmten (Wälzniet-)Wulstes zum axialen Fixieren des wenigstens einen Lagerinnenringes ist aus der DE 196 13 441 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Einzelteilen bestehenden Wälzlagerbaueinheit, insbesondere einer Radlagerung für Kraftfahrzeuge, bekannt, wobei ein Lagerring gegen eine Wellenschulter oder zwei nebeneinander angeordnete Lagerringe gegeneinander verspannt und durch einen kalt umgeformten Wulst bzw. Bund zusammengehalten werden.

Hierzu wird beim Aufschieben der Lagerringe auf die Nabe, beim Anschlagen an einer axialen Innenringanschlagfläche und beim Kaltumformen des Wulstes mittels einer elektronischen Messeinrichtung der Kraft-Weg-Verlauf ermittelt und mit vorgegebenen Werten verglichen. Bei Abweichungen von dem vorgegebenen Kraft-Weg-Verlauf wird die Abweichung als Regelgröße in eine kraftgesteuerte Umformmaschine, beispielsweise eine Taumelpresse, eingeleitet.

Dieses Verfahren ist sehr aufwändig zu realisieren, da dieses einen technischen Überwachungszyklus mit zugehörigen elektronischen Komponenten erfordert. Weiterhin ist nachteilig, dass durch die Kaltverformung eine Verformung des Wulstes stattfindet und es dadurch zu Spannungen kommt, die in der Regel zusätzliche fertigungstechnische Arbeiten notwendig machen, um diese Spannungen zu beseitigen. Auf Grund der großen Umformvarianz unterliegen solche Wälznieteinheiten zudem großen Streuungen im Hinblick auf die erforderlichen Klemmkräfte.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagereinheit, vorzugsweise eine Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, der eingangs genannten Art sowie ein Herstellverfahren einer solchen Lagereinheit zu schaffen, die eine präzise und wenig Varianz behaftete Klemmkraft erzeugt, Aufweitungsprobleme, beispielsweise Verformungen und Spannungen wie bei bekannten Wälznieteinheiten, vermeidet sowie kostengünstig herstellbar und betreibbar sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kaltverformungen von dickwandigen Querschnitten bei relativ kleinen Durchmessern (Verhältnis von Wanddicke zu Durchmesser Bohrung 0,2 bis 0,08), insbesondere mittels Wälznietverfahren und Wälznieteinheiten, meistens zu unerwünschten zusätzlichen radialen Verformungen und Spannungen am wälznietseitigen Innenringbord führen, welche die Funktion und Zuverlässigkeit der Lagereinheit negativ beeinflussen können.

Die Erfindung geht daher aus von einer Lagereinheit, vorzugsweise eine Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe mit einem radseitigen Befestigungsflansch, an der ein Schrägwälzlager mit zumindest einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind. Zudem ist vorgesehen, dass das dem Befestigungsflansch gegenüberliegende Ende der Nabe mit einem Flanschring stoffschlüssig verbunden ist, der zumindest den Innenring mit der Nabe verspannt.

Durch diesen Aufbau wird eine stoffschlüssige Verbindung des Schrägwälzlagers mit der Nabe der Lagereinheit durch zwei Bauteile erreicht, nämlich die Verbindung des dem Befestigungsflansch gegenüberliegenden Endes der Nabe mit einem Flanschring.

Damit wird der zumindest eine Innenring des Schrägwälzlagers durch den Flanschring ohne zusätzliche radiale Verformungen und/oder Spannungen am flanschringseitigen Innenring mit der Nabe der Lagereinheit verbunden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Radlagern aller Bauformen für Kraftfahrzeuge, insbesondere bei solchen Radlagern, die eine voreingestellte Innenringklemmkraft aufweisen sollen, einsetzbar, ohne dass weitere Modifikationen bzw. Mehraufwendungen am Radlager notwendig sind.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass das dem Befestigungsflansch gegenüberliegende Ende der Nabe mit dem Flanschring verschweißt ist. Bevorzugt ist das dem Befestigungsflansch gegenüber liegende Ende der Nabe mit dem Flanschring mittels Laserschweißen verbunden.

Durch das Laserschweißverfahren wird ein berührungsfreies, thermisch wenig belastendes und exaktes Schweißverfahren angewendet, welches eine geringe Strahlungsdivergenz bei hoher Strahlungsenergie und guter Fokussierbarkeit besitzt und als Werkzeug keinem Verschleiß unterliegt.

Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Lagereinheit, vorzugsweise einer Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe mit einem radseitigen Befestigungsflansch, an der ein Schrägwälzlager mit zumindest einem Innenring und einem Außenring angeordnet ist, mittels einer eine Klemmkraft auf die Lagereinheit, insbesondere auf den zumindest einen Innenring und/oder die Nabe der Lagereinheit, ausübenden Vorrichtung.

Bei diesem Verfahren wird nach dem Aufbringen des Schrägwälzlagers auf die Nabe ein Flanschring an dem dem Befestigungsflansch gegenüberliegenden Ende der Nabe aufgesetzt. Anschließend wird durch die Vorrichtung eine Klemmkraft zuzüglich eines Rückfederkraftanteils, insbesondere des Rückfederkraftanteils der Nabe und/oder des Flanschringes, auf die Lagereinheit, insbesondere auf den zumindest einen Innenring und/oder die Nabe der Lagereinheit, ausgeübt und währenddessen der Flanschring mit dem dem Befes tigungsflansch gegenüber liegenden Ende der Nabe stoffschlüssig verbunden.

Mit diesem Verfahren lässt sich eine präzise und gleichmäßige Klemmkraft mit geringer Varianz für die Klemmkraft für Großserien einhalten.

Die Erfindung erlaubt darüber hinaus die Verwendung von zwei symmetrischen identischen Innenringen – für den Fall, dass zwei Innenringe für das Schrägwälzlager angeordnet sind –, da eine geometrische Kantenverkürzung allein nach Festigkeitsbedürfnissen auf der Seite des Befestigungsflansches dimensioniert werden kann.

Ebenso könnte die flanschringseitige Kantenverkürzung auch sehr klein ausgeführt werden zur Reduzierung eines Biegemomentes infolge der axialen Klemmkraft, im Gegensatz zu Wälznieteinheiten, bei denen die Ausbildung der Kantenverkürzung einen direkten Einfluss auf das Umformverhalten des am Nabenende Angeformten Wulstes hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt ferner die Einstellung einer beliebigen definierten Klemmkraft an der Lagereinheit bzw. auf den mindestens einen Innenring ohne zusätzliche radiale Aufweitungsprobleme, wie sie in der Regel bei den bekannten Wälznieteinheiten vorkommen, beispielsweise das Auftreten von großen Streuungen auf Grund der großen Umformvarianz.

Weiterhin wird eine präzise Einhaltung der Klemmkraft durch eine genau dosierbare Presskraft ermöglicht. Besonders vorteilhaft wirkt sich das Ausüben der Klemmkraft zuzüglich des Rückfederanteils, insbesondere des Rückfederanteils der Nabe (Flanschteilfederung) und/oder des Flanschringes, – wobei eine Federkennlinie bzw. Federkennlinien der Nabe und/oder des Flanschringes bekannt sind, woraus der Rückfederanteil bestimmbar ist, – auf die Lagereinheit aus, die nicht durch Verformungen der verwendeten Werkstoffe oder Spannungen in den Werkstoffen beeinträchtigt wird.

Weiterhin ist vorgesehen, dass nach Beendigung des Verbindungsvorganges die von der Vorrichtung ausgeübte Klemmkraft zurückgenommen wird, wobei sich die Lagereinheit, insbesondere der Innenring, insbesondere um einen Betrag der Flanschteilfederung bzw. des Nabenrückfederkraftanteils und/oder des Flanschringrückfederkraftanteils in die gewünschte Lagerklemmkraft entspannt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das dem Befestigungsflansch gegenüber liegende Ende der Nabe mit dem Flanschring verschweißt. Bevorzugt wird das dem Befestigungsflansch gegen über liegende Ende der Nabe mit dem Flanschring mittels Laserschweißen verbunden. Hierbei treten keine Verformungen und/oder Verspannungen bei der Anwendung des Laserschweißverfahrens auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt die Zeichnungsfigur eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren montiert wurde.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Radlagereinheit 1 weist eine Nabe 2 mit einem radseitigen Befestigungsflansch 3 auf, an dem mittels Verbindungselementen 4, beispielsweise Schrauben, ein nicht dargestellter Reibkörper, nämlich eine Bremsscheibe und eine Radfelge, befestigt werden.
Die Nabe 2 ist, wie für angetriebene Achsen üblich, über eine Innenverzahnung 5 in deren Inneren verdrehfest mit einer angetriebenen Gelenkwellenachse verbindbar.
Im Falle – nicht dargestellt – von Naben für nicht angetriebene Achsen ist die Nabe innen ohne Elemente für die Drehmomentübertragung und kann massiv voll oder mit Aussparungen ausgebildet sein.
Auf der Nabe 2 ist ein in diesem Fall zweireihiges Schrägwälzlager 6 angeordnet, welches einen zweigeteilten Innenring 7 und einen Außenring 8 aufweist, zwischen denen zwei Kränze kugelförmiger Wälzkörper 9 angeordnet sind.
Das dem Befestigungsflansch 3 gegenüber liegende Ende 10 der Nabe 2 ist mit einem Flanschring 11 stoffschlüssig verbunden, nämlich mittels Schweißen und vorzugsweise mittels Laserschweißen an dem mit 12 bezeichneten inneren Umfang des Flanschringes 11, so dass der angrenzende Innenring 7 mit der Nabe 2 durch eine Vorspannkraft verspannt ist.
Wie nachfolgend erläutert wird, erfolgt das Herstellen bzw. Montieren dieser Radlagereinheit 1 unter Anwendung einer auf die Radlagereinheit 1 wirkenden Klemmkraft F, die von der schematisch dargestellten Vorrichtung 13 aufgebracht wird.
Nach dem axialen Aufschieben des Schrägwälzlagers 6 auf die Nabe 2 wird der Flanschring 11 am dem Befestigungsflansch 3 gegenüber liegenden Ende 10 der Nabe 2 aufgesetzt. Anschließend wird durch die Vorrichtung 13 die Klemmkraft F zuzüglich eines Rückfederkraftanteils der Nabe 2 (Flanschteilfederung) und des Flanschringes 11 auf die Radlagerinnenringe 7 ausgeübt.
Der Rückfederkraftanteil bestimmt sich dabei aus den bekannten Federkennlinien der Nabe 2 und des Flanschringes 11, welche beispielsweise im Vorgang zum Herstellprozesses bestimmt sein können.
Gleichzeitig wird der Flanschring 11 mit dem dem Befestigungsflansch 3 gegenüber liegenden Ende 10 der Nabe 2 durch einen Schweißvorgang, vorzugsweise durch Laserschweißen, stoffschlüssig sowie frei von zusätzlichen radialen Aufweitungen bzw. Spannungen in den Innenringen 7 verbunden.
Nach Beendigung des Schweißvorganges wird die von der Vorrichtung 13 auf die Radlagerinnenringe 7 ausgeübte Klemmkraft F zurückgenommen. Dabei entspannen sich die Radlagerinnenringe 7 um den Betrag der Rückfederung der Nabe 2 und des Flanschringes 11 in die gewünschte Radlagerklemmkraft.

1: Radlagereinheit
2: Nabe
3: Befestigungsflansch
4: Verbindungselement
5: Innenverzahnung
6: Schrägwälzlager
7: Innenring
8: Außenring
9: Wälzkörper
10: Nabenende
11: Flanschring
12: Schweißstelle
13: Vorrichtung
F: Klemmkraft

Claims

Lagereinheit, vorzugsweise Radlagereinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe (2) mit einem radseitigen Befestigungsflansch (11), an der ein Schrägwälzlager (6) mit zumindest einem Innenring (7) und einem Außenring (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Befestigungsflansch (3) gegenüber liegende Ende (10) der Nabe (2) mit einem Flanschring (11) stoffschlüssig verbunden ist, der zumindest den Innenring (7) mit der Nabe (2) verspannt.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Befestigungsflansch (3) gegenüberliegende Ende (10) der Nabe (2) mit dem Flanschring (11) verschweißt ist.
Lagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Befestigungsflansch (3) gegenüber liegende Ende (10) der Nabe (2) mit dem Flanschring (11) mittels Laserschweißen verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lagereinheit (1), vorzugsweise einer Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Nabe (2) mit einem radseitigen Befestigungsflansch (3), an der ein Schrägwälzlager (6) mit zumindest einem Innenring (7) und einem Außenring (8) angeordnet sind, mittels einer eine Klemmkraft auf die Lagereinheit (1), insbesondere auf den Innenring (7) und/oder auf die Nabe (2) der Lagereinheit (1), ausübenden Vorrichtung (13), dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Schrägwälzlagers (6) auf die Nabe (2) ein Flanschring (11) an dem dem Befestigungsflansch (3) gegenüberliegenden Ende (10) der Nabe (2) aufgesetzt wird, und dass anschließend durch die Vorrichtung (13) eine Klemmkraft (F) zuzüglich eines Rückfederkraftanteils, insbesondere eines Rückfederkraftanteils der Nabe (2) und/oder des Flanschringes (11), auf die Lagereinheit (1), insbesondere auf den Innenring (7) und/oder auf die Nabe (2) der Lagereinheit (1), ausgeübt sowie währenddessen der Flanschring (11) mit dem dem Befestigungsflansch (3) gegenüberliegenden Ende (10) der Nabe (2) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Verbindungsvorganges die von der Vorrichtung (13) ausgeübte Klemmkraft (F) zurückgenommen wird, wobei sich die Lagereinheit (1), insbesondere der Innenring (7), insbesondere um einen Betrag einer Flanschteilfederung bzw. des Nabenrückfederkraftanteils und/oder des Flanschringrückfederkraftanteils in die gewünschte Lagerklemmkraft entspannt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Befestigungsflansch (3) gegenüberliegende Ende (10) der Nabe (2) mit dem Flanschring (11) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Befestigungsflansch (3) gegenüberliegende Ende (10) der Nabe (2) mit dem Flanschring (11) mittels Laserschweißen verbunden.