DE10305086B4

DE10305086B4 - Lager-Einheit, Nabe und Innenring für das Rad eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10305086B4
Application number: DE10305086A
Authority: DE
Inventors: Angelo Vignotto; Massimo Airasca Marivo
Original assignee: SKF Industrie SpA
Current assignee: SKF Industrie SpA
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: DE10305086A1; ITTO20020113A0; ITTO20020113A1

Abstract

Lagereinheit für das Rad eines Kraftfahrzeugs, enthaltend:
zwei Reihen von Wälzkörpern (1; 2), bei der die axial innen liegende Reihe (2) von einem Außenring (3) und einem Innenring (5) gehalten wird, der auf einem rohrförmigen Bereich (6) der Nabe (4) angeordnet ist,
wobei der Innenring (5) eine radiale Seitenfläche (5a), eine zylindrische Innenfläche (5b) und eine Verbindungsfläche (5c) aufweist, welche die radiale Seitenfläche (5a) und die zylindrische Innenfläche (5b) verbindet und
wobei das axial innen liegende Ende des rohrförmigen Bereichs (6) der Nabe (4) plastisch so verformt ist, daß es einen Rand (7) bildet, der radial nach außen vorsteht und an der radialen Seitlenfläche (5a) anliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich im Bereich zwischen dem verformten Rand (7) der Nabe (4) und der Verbindungsfläche (5c) des Innenrings (5) ein Hohlraum (9) befindet, so daß die Anlage zwischen dem verformten Rand (7) und dem Innenring (5) auf...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lager-Einheit für das Rad eines Kraftfahrzeugs, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Nabe für das Radlager eines Kraftfahrzeugs, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 4 definiert ist, sowie einen Innenring für das Radlager eines Kraftfahrzeugs, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 5 definiert ist.
Lager-Einheiten, Naben und Innenringe der vorerwähnten Art sind beispielsweise aus der EP 0 878 327 A2 und der gattungsbildenden EP 0 927 651 A2 bekannt.
Bei der Herstellung der Lager-Einheit, insbesondere bei der plastischen Verformung eines üblicherweise rohrförmigen Bereichs der Nabe durch Rollbiegen, werden starke Kräfte von der Nabe auf einen mit einem Teil der Nabenoberfläche in Kontakt stehenden Innenring ausgeübt, was zu einer Verformung desselben führen kann. Dadurch wiederum werden in den Ring eingearbeitete Laufbahnen für Wälzkörper verformt und es bilden sich Restspannungen aus. Dies hat sowohl eine verminderte Genauigkeit des Verlaufs der Laufbahnen und eine damit verbundene verminderte axiale Gegen- oder Haltekraft für den Ring als auch eine Schwächung der strukturellen Eigenschaften des Rings zur Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme des oben erwähnten Standes der Technik zu lösen und insbesondere eine Lager-Einheit mit einer Nabe und einem Innenring zu schaffen, die in der Lage ist, einerseits der Notwendigkeit Rechnung zu tragen, die Verformungen der Rollbahnen des oben erwähnten Innenrings und die sich aus dem Rollbiegen ergebenden Restspannungen zu unterbinden oder zumindest drastisch zu verringern und andererseits eine hohe axiale Gegen- oder Haltekraft für den Innenring und das Lageraggregat zu gewährleisten.
Diese wird durch die im Anspruch 1 definierte Lager-Einheit, durch die im Anspruch 4 definierte Nabe sowie den im Anspruch 5 definierten Innenring gelöst.
Grundsätzlich beruht die Erfindung auf dem Prinzip, nachdem bei Vermeidung der Berührung während des Rollbiegevorgangs zwischen dem rohrförmigen Teil der Nabe, der gerollt wird, und der Verbindungsfläche zwischen der Seitenfläche (Inboard-Seite) des Innenrings und seiner zylindrischen Innenfläche, der gerollte Rand nur axiale Kräfte auf den Ring überträgt.
Es werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen einige bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lager-Einheit, im Folgenden Lager-Naben-Einheit genannt, erläutert. Es zeigen:
1 einen axialen Schnitt durch eine Lager-Naben-Einheit nach dem Stand der Technik;
2 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lager-Naben-Einheit;
3 einen axialen Schnitt durch ein Nabenelement für die Lager-Naben-Einheit von 2;
4 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lager-Naben-Einheit;
5 eine schematische Schnittansicht in vergrößertem Maßstab einer Einzelheit der Lager-Naben-Einheiten der 2 und 4;
6 eine schematische axiale Schnittansicht einer Einzelheit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lager-Naben-Einheit.
Zum besseren Verständnis der der hier vorliegenden Erfindung zu Grunde liegenden Probleme wird zunächst eine aus den vorgenannten Veröffentlichungen bekannte Art von Lager-Naben-Einheiten beschrieben, wobei auf 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Eine Lager-Naben-Einheit für das Rad eines Motorfahrzeugs enthält eine doppelte Serie von Wälzkörpern 1, 2. Die radial außenliegenden Kugellaufbahnen werden von einem radial außenliegenden Lagerring 3 gebildet, während die radial innenliegenden Laufbahnen aus zwei gesonderten Teilen bestehen. Die radial innenliegenden Laufbahnen für die auf der axial außenliegenden Seite (oder Outboard-Seite) gelegene Serie von Kugeln 1 bestehen aus einer angeflanschten Nabe 4, während die radial innenliegenden Laufbahnen für die Wälzkörper auf der axial innenliegenden Seite (oder Inboard-Seite) aus einem gesonderten Ring 5 bestehen, der in einen rohrförmigen Endbereich 6 der Nabe eingefügt wird.
Wie den Fachleuten bekannt, wird, nachdem auf die Nabe 4 die erste Serie von Wälzkörpern 1, anschließend der äußere Lagerring 3, die zweite Serie von Wälzkörpern 2 und der radial innenliegende Ring 5 aufgebracht worden sind, das – wie bei 6 gestrichelt dargestellt – anfänglich gerade Ende des rohrförmigen Bereichs 6 der Nabe einer plastischen Verformung unterworfen, gewöhnlich einem orbitalen Rollbiegen, um es so zu verformen, wie in 1 ausgezogen dargestellt. Durch das Rollbiegen verformt sich das Ende des rohrförmigen Bereichs 6 gegen die der Fahrzeugseite zugewandte seitliche Oberfläche 5a des Innenrings 5, wodurch ein radial nach außen vorstehender Rand 7 erzeugt wird, der den Ring 5 in axialer Richtung auf der Nabe 4 festlegt und die Bestandteile der Lager-Naben-Einheit in axialer Richtung vorspannt. Mit anderen Worten, das orbitale Rollbiegen kann als ein Verformungsvorgang betrachtet werden, bei dem das Ende des rohrför migen Bereichs 6 gegen den Innenring 5 gestrichen wird.
Der Rollbiegevorgang, durch den die Verformung des Randes 7 erzeugt wird, überträgt auf den Ring 5 erhebliche (von den Pfeilen A schematisch angedeutete) Kräfte, die insgesamt in einer nach außen sich öffnenden axialen kegeligen Oberfläche ausgerichtet sind. Die radialen Komponenten der Kräfte A bewirken unvermeidlicherweise eine Verformung des Ringes 5, die dazu neigt, dessen Durchmesser zu vergrößern, und verformen auch die Laufbahnen des Ringes 5 plastisch und hinterlassen in ihnen Restspannungen. Angesichts der für die Laufbahnen geforderten beträchtlichen Maßgenauigkeit ist eine Veränderung ihrer Geometrie eindeutig ein Nachteil. Der Innenring 5 wird überdies infolge der ihm durch das Rollbiegen aufgeprägten Restspannungen in seiner Struktur geschwächt.
Bis jetzt wurden beim Versuch, die oben erwähnten Nachteile zu begrenzen, ziemlich dünne rohrförmige Bereiche 6 eingesetzt, die jedoch zu einem dünnen Rand 7 führen, der nicht in der Lage ist, eine hohe axiale Restspannung zu liefern, um die Schubkräfte aufzufangen, die der Innenring 5 während des Betriebs in Richtung auf die Inboard-Seite erhält.
Indem im Folgenden auf 2 Bezug genommen wird und der Bequemlichkeit halber die gleichen Bezugszahlen verwendet werden, die bereits benutzt wurden, um entsprechende oder gleiche Teile in 1 zu bezeichnen, enthält eine erfindungsgemäße Lager-Einheit, im Folgenden Lager-Naben-Einheit genannt, zwei Serien von Wälzkörpern 1 und 2 (in diesem Beispiel Kugeln), die radial zwischen einem radial außenliegenden Lagerring 3 und einem (in 3 gesondert dargestellten) Nabenelement 4 eingefügt sind, das auf seiner axial innenliegenden oder Inboard-Seite einen anfänglich geraden (3) rohrförmigen Bereich 6 ausbildet.
Die radial innenliegende Laufbahn für die axial weiter innen gelegene Serie von Wälzkörpern 2 besteht aus einem Lagerring 5, der auf den rohrförmigen Teil 6 des Nabenelements 4 aufgezogen wird. Der Innenring 5 weist eine Seitenfläche 5a, die radial ausgerichtet und der Inboard-Seite des Fahrzeugs zugewandt ist, eine zylindrische innere Oberfläche 5b und eine Winkel-Anschluß-Zone 5c auf, wo die seitliche Oberfläche 5a auf die zylindrische Oberfläche 5b trifft.
In dem Beispiel der 2 wird die radial innenliegende Laufbahn für die Serie von zur Outboard-Seite (der axial weiter außen liegenden Seite) der Lager-Naben-Einheit hin angeordneten Wälzkörpern 1 von einem zweiten, dem Ring 5 benachbarten Innenring 15 gebildet und besteht daher aus einem von der Nabe 4 gesonderten Teil. Die Ausführungsform der 4 unterscheidet sich von der der 2 durch den Umstand, daß die Nabe 4 der 4 auch die radial innenliegende Laufbahn für die axial weiter außen liegende Serie von Wälzkörpern 1 bildet.
Das axial innenliegende Ende des rohrförmigen Bereichs 6 der Nabe 4 ist plastisch verformt, vorzugsweise durch orbitales Rollbiegen, so daß es einen Rand 7 bildet, der radial nach außen vorsteht und gegen die der Inboard-Seite des Fahrzeugs zugewandte seitliche Oberfläche 5a umgebogen ist. Der ringförmige Rand 7 bildet eine Schulter, die den Ring 5 von der Inboard-Seite her axial festlegt und auf diesen Ring und die übrigen Bestandteile der Lagereinheit eine axiale Spannung überträgt.
Die in 2 dargestellte allgemeine Ausbildung der Lager-Naben-Einheit ist als insgesamt bekannt zu betrachten. Im Folgenden werden daher in dieser Beschreibung im einzelnen nur die Teile beschrieben, die im Hinblick auf die Verwirklichung der Erfindung von besonderer Wichtigkeit und besonderem Interesse sind. Hinsichtlich der Ausführung der nicht im einzelnen dargestellten Teile kann daher auf eine beliebige bekannte Lager-Naben-Einheit Bezug genommen werden, wie sie beispielsweise in der EP 0 927 651 A2 und EP 0 878 327 A2 beschrieben sind.
Wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Lager-Naben-Einheit ist der Umstand, daß in der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Bereichs 6 des Nabenelements 4 eine Kehle oder ein Rücksprung 8 längs des Umfangs ausgebildet ist, so daß in der Verbindungszone 5c zwischen der seitlichen Oberfläche 5a und der zylindrischen inneren Oberfläche 5b des Rings 5 keine Berührung zwischen dem Ring 5 und der Nabe 4 erfolgt.
Die Berührungszone zwischen dem gerollten Rand 7 und dem Innenring 5 des Lagers ist ausschließlich auf die seitliche und radiale Oberfläche 5a beschränkt. Das Fehlen einer unmittelbaren Berührung zwischen dem gerollten Teil der Nabe und der Verbindungszone 5c des Innenrings 5 unterbindet das Entstehen radialer Spannungen und Verformungen in dem Ring 5, so daß die in der Beschreibungseinleitung erörterten Probleme des Standes der Technik gelöst werden. Wie in den 2 und 4 gezeigt, bewirkt nach dem Rollbiegen des Randes 7 der Rücksprung 8 die Bildung eines Hohlraums 9 zwischen der Nabe und dem Winkel- bzw. Eckenbereich 5c des Ringes 5, wo die seitliche Oberfläche 5a auf die zylindrische innere Oberfläche 5b trifft.
Bezugnehmend auf 5, die ein vergrößerter teilweiser Schnitt durch den gerollten Rand 7 und den inneren Ring 5 des Lagers ist, ist festzustellen, daß zwischen dem Rücksprung 8 und der Oberfläche 7a des Randes 7, die gegen die seitliche Oberfläche 5a des Rings 5 wirkt, der gerollte Rand 7 eine Ausbuchtung 7b aufweist, die den axial weiter außen gelegenen Teil der gekrümmten Verbindungszone 5c nachbildet. Versuche haben jedoch gezeigt, daß dank des Rücksprungs 8 und des Hohlraums 9 die radialen Komponenten der von der Ausbuchtung 7b auf den Ring 5 übertragenen Kräfte gänzlich vernachlässigbar sind und keinerlei Verformung der Laufbahnen des Innenrings 5 verursachen.
Mit den Innenringen 5 von in erfindungsgemäße Lager-Naben-Einheiten eingebauten Lagern angestellte zerstörende Prüfungen haben im Hinblick auf die Bruchfestigkeit hervorragende Ergebnisse erbracht, was ein eindeutiges Anzeichen für das Fehlen von erheblichen radialen Restspannungen in diesen Ringen ist.
Da dank der Erfindung die zwischen dem gerollten Rand 7 und dem Innenring 5 des Lagers wirkenden Kräfte nur (und gleichmäßig) längs der radialen Oberfläche 5a verteilt sind, ist überdies erkennbar, daß es möglich ist, rohrförmige Bereiche 6 mit einer größeren radialen Dicke w (3) als in der Vergangenheit in vorteilhafter Weise zu nutzen, da die Verformung des Randes 7 durch Rollbiegen jedenfalls keine wesentlichen Radialkräfte auf den Ring 5 überträgt. Man kann daher einen Rand mit größerem Querschnitt erhalten, der den unter Betriebsbedingungen von dem Ring 5 auf den Rand 7 übertragenen axialen Scherbeanspruchungen besser standzuhalten vermag und eine größere auf das Lager ausgeübte axiale Spannkraft gewährleistet.
Bezugnehmend schließlich auf 6 ist dort schematisch eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der rohrförmige Bereich 6 der Nabe ist zylindrisch und ohne den in den 2 bis 5 gezeigten Rücksprung 8. Der Innenring 5 des Lagers hat einen abgefasten oder rückspringenden Bereich 5d, der nach dem Rollbiegen des Randes 7 einen sich längs des Umfangs erstreckenden Hohlraum 9 an der Schnittstelle zwischen dem gerollten Rand 7 und der Zone entstehen läßt, wo die radiale Oberfläche 5a des Rings 5 sich mit der zylindrischen inneren Oberfläche 5b verbindet.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Formen der Verwirklichung beschränkt ist, die als Ausführungsbeispiele der Lager-Naben-Einheit zu betrachten sind; die Erfindung kann stattdessen Änderungen bezüglich der Form und Anordnung von Teilen, konstruktiver und funktioneller Einzelheiten unterworfen werden. So ist es beispielsweise möglich, einen Lager-Innenring der in 5 dargestellten Art, der eine längs des Umfangs verlaufende Einziehung oder Abfasung 5d aufweist, in Kombination mit einer Nabe der in 3 dargestellten Art zu verwenden, die einen längs des Umfangs verlaufenden Rücksprung 8 aufweist.

Claims

Lagereinheit für das Rad eines Kraftfahrzeugs, enthaltend: zwei Reihen von Wälzkörpern (1; 2), bei der die axial innen liegende Reihe (2) von einem Außenring (3) und einem Innenring (5) gehalten wird, der auf einem rohrförmigen Bereich (6) der Nabe (4) angeordnet ist, wobei der Innenring (5) eine radiale Seitenfläche (5a), eine zylindrische Innenfläche (5b) und eine Verbindungsfläche (5c) aufweist, welche die radiale Seitenfläche (5a) und die zylindrische Innenfläche (5b) verbindet und wobei das axial innen liegende Ende des rohrförmigen Bereichs (6) der Nabe (4) plastisch so verformt ist, daß es einen Rand (7) bildet, der radial nach außen vorsteht und an der radialen Seitlenfläche (5a) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich zwischen dem verformten Rand (7) der Nabe (4) und der Verbindungsfläche (5c) des Innenrings (5) ein Hohlraum (9) befindet, so daß die Anlage zwischen dem verformten Rand (7) und dem Innenring (5) auf die radiale Seitenfläche (5a) begrenzt ist.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (9) von einer sich längs des Umfangs der Nabe (4) erstreckenden Einbuchtung (8) begrenzt wird, die an der zylindrischen Außenfläche des rohrförmigen Bereichs (6) in unmittelbarer Nachbarschaft zur Verbindungsfläche (5c) des Innenrings (5) ausgebildet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (9) auf der Seite des Innenrings (5) von einer Abfasung (5d) begrenzt wird, die an der Verbindungsfläche (5c) zwischen der radialen Seitenfläche (5a) und der zylindrischen Innenfläche (5b) ausgebildet ist.
Nabe (4) für das Radlager eines Kraftfahrzeugs, enthaltend: einen rohrförmigen Bereich (6) mit einer zylindrischen Außenfläche, dessen eines Ende plastisch so verformt ist, daß es einen radial nach außen vorstehenden Rand (7) mit einer radialen Schulterfläche (7a) bildet, um einen auf den rohrförmigen Bereich (6) aufbringbaren Innenring (5) festzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsfläche (7b) zwischen der zylindrischen Außenfläche des rohrförmigen Bereichs (6) und der radialen Schulterfläche (7a) eine sich längs des Umfangs der Nabe (4) erstreckende Einbuchtung (8) ausgebildet ist.
Innenring (5) für das Radlager eines Kraftfahrzeugs enthaltend, eine radiale Seitenfläche (5a), eine zylindrische Innenfläche (5b) und eine Verbindungsfläche (5c), welche die radiale Seitenfläche (5a) und die zylindrische Innenfläche (5b) verbindet, wobei der Innenring (5) auf einen rohrförmigen Bereich (6) einer Nabe (4) aufbringbar ist, dessen eines Ende plastisch so verformt ist, daß es einen Rand (7) bildet, der radial nach außen vorsteht und an der radialen Seitenfläche (5a) anliegt, um den Innenring (5) festzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsfläche (5c) zwischen der radialen Seitenfläche (5a) und der zylindrischen Innenfläche (5b) eine sich längs des Umfangs erstreckende Abfassung (5d) ausgebildet ist.