DE112004002354T5

DE112004002354T5 - Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE112004002354T5
Application number: DE112004002354T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Iwata Kawamura; Kazuhisa Iwata Shigeoka; Akira Iwata Fujimura; Koji Iwata Nishino; Hisashi Iwata Ohtsuki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: DE112004002354B4; US20070286536A1; JP2005297944A; WO2005053970A1; US8449197B2; JP4716481B2; US20110188792A1

Abstract

Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, umfassend:
– ein Achsgehäuse „H", das unter einer Fahrzeugkarosserie gestützt wird,
– eine hohle Antriebswelle „D/S", die in das Achsgehäuse „H" eingesetzt ist, und
– ein Radlager, das zwischen der Antriebswelle „D/S" und einer Öffnung des Achsgehäuses „H" angeordnet und als Einheit eines Nabenrads (1, 14) und eines doppelreihigen Wälzlagers (2, 15) strukturiert ist, wobei das Radlager umfasst:
– ein inneres Element (3, 16), das ein Nabenrad (1, 14) umfasst, welches an einem Ende einstückig mit einem Radmontageflansch (6) gebildet ist und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt (7) aufweist, und Innenringe (10), die auf den zylindrischen Abschnitt (7) des Nabenrads (1, 14) aufgepresst sind und deren umlaufende Außenfläche mit mindestens einer inneren Lauffläche (10a) gebildet ist;
– ein äußeres Element (4), das um das innere Element (3, 16) herum angeordnet ist und mit doppelreihigen Außenlaufflächen (4a) an seiner umlaufenden...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad zum drehbaren Stützen des Rads gegenüber einer Aufhängungsvorrichtung des Fahrzeugs, und genauer eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der halbschwebenden Art, bei der ein Antriebsrad von einem doppelreihigen Wälzlager gestützt wird.

In einem Fahrzeug wie etwa einem LKW mit einer auf den Rahmen montierten Karosserie hat sich eine Achsenstruktur des Antriebsrades der schwebenden Art weitgehend durchgesetzt. In einer aktuellen Antriebsradstützstruktur hat sich weitgehend eine Einheitenstruktur eines doppelreihigen Wälzlagers durchgesetzt, um die Leichtigkeit der Montage zu verbessern und das Gewicht und die Größe zu reduzieren. Ein Beispiel einer solchen Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach dem Stand der Technik ist in 9 dargestellt.

In dieser Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad ist eine Antriebswelle 52, die mit einer Differentialvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist, in ein Achsgehäuse 51 eingesetzt, und ein doppelreihiges Kegelwälzlager 53 ist an dem Achsgehäuse 51 angebracht. Ein Nabenrad 54, das drehbar von dem doppelreihigen Kegelwälzlager 53 gestützt wird, ist über Nabenschrauben 55 mit einem Flansch 56 verbunden. Ein Paar von Innenringen 57 ist miteinander durch einen Verbindungsring 58 verbunden und am Ende des Achsgehäuses 51 angebracht und dann durch eine Schraubenmutter 59 sicher festgezogen. Andererseits ist ein Außenring 60 des doppelreihigen Kegelwälzlagers in das Nabenrad 54 eingebaut und axial gesichert, indem seine beiden Enden durch den Flansch 56 der Antriebswelle 52 und eine Bremsscheibe 61 eingefasst sind. Eine Doppelreihe Kegelwalzen 62 ist rollbar in den Käfigen 63 zwischen dem ringförmigen Raum zwischen dem Innen- und dem Außenring 57 und 60 festgehalten, und es sind an beiden Enden des ringförmigen Raumes Dichtungen 64 angebracht, um das Innere des Radlagers gegen das Äußere abzudichten.

Das einwärtsgerichtete Ende des Innenrings 57 ist mit einem ringförmigen, gestuften Abschnitt 65 gebildet, auf dem ein Dichtungsring 66 angebracht ist. Eine ringförmige Vertiefung 67 ist an den umlaufenden Außenflächen an gegenseitig anliegenden Abschnitten des Paares von Innenringen 57 gebildet, und ein Dichtungsring 68 aus elastischem Material ist darin eingelegt. Diese Dichtungsringe 66 und 68 verhindern das Eindringen oder Eintreten von Regenwasser oder Stäuben in das Achsgehäuse 51, das Austreten von Differentialgetriebeöl nach draußen und das Eindringen von Differentialgetriebeöl in das Innere des Lagers (siehe japanische Patentauslegeschrift 99172/2001).

Beschreibung der Erfindung

Von der Erfindung zu lösende Aufgaben Da jedoch die Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach dem Stand der Technik eine Struktur derart aufweist, dass das doppelreihige Kegelwälzlager 53 zwischen dem Nabenrad 54 und dem Achsgehäuse 51 angeordnet ist und dass die Antriebswelle 52 in das Achsgehäuse 51 eingesetzt und dann mit den Nabenschrauben 55 der Flansch 56 dieser Antriebswelle 52 mit dem Nabenrad 54 verbunden ist, ist wegen des Erfordernisses einer großen Anzahl von Bauteilen die Reduzierung des Gewichts und der Größe der Lagervorrichtung begrenzt, und auch die Montage der Lagervorrichtung ist kompliziert.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad bereitzustellen, die das Gewicht, die Größe und die Anzahl der Bauteile reduzieren kann und auch das Eindringen von Regenwasser oder Stäuben und das Austreten von Differentialgetriebeöl verhindern kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad bereitgestellt, die ein Achsgehäuse, das unter einer Fahrzeugkarosserie gestützt wird; eine hohle Antriebswelle, die in das Achsgehäuse eingesetzt ist; und ein Radlager umfasst, das zwischen der Antriebswelle und einer Öffnung des Achsgehäuses angeordnet und als Einheit eines Nabenrads und eines doppelreihigen Wälzlagers strukturiert ist; wobei das Radlager umfasst: ein inneres Element, das ein Nabenrad umfasst, welches an einem Ende einstückig mit einem Radmontageflansch gebildet ist und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist; und Innenringe, die auf den zylindrischen Abschnitt des Nabenrads aufgesteckt sind und deren umlaufende Außenfläche mit mindestens einer inneren Lauffläche gebildet ist; ein äußeres Element, das um das innere Element herum angeordnet ist und mit doppelreihigen Außenlaufflächen an seiner umlaufenden Innenfläche gegenüber den Innenlaufflächen gebildet ist; doppelreihige Wälzelemente, die zwischen der Innen- und der Außenlauffläche des inneren und des äußeren Elements angeordnet sind; einen Käfig zum frei rollbaren Halten der Wälzelemente und Dichtungen zum Abdichten eines ringförmigen Raumes zwischen dem inneren Element und dem äußeren Element; dadurch gekennzeichnet, dass eine Kappe mit einem Metallkern aus Stahl in ein Ende der mittigen Öffnung des Nabenrades eingepresst wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 ist es möglich, da eine Kappe mit einem Metallkern aus Stahl in ein Ende der mittigen Öffnung des Nabenrads gesteckt wird, womit die Radlagervorrichtung gebildet wird, eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der halbschwebenden Art bereitzustellen, die das Gewicht und die Größe reduzieren und das Austreten von Differentialgetriebeöl nach draußen sowie das Eindringen von Regenwasser oder Stäuben von außen durch die Antriebswelle in das Differentialgetriebeöl verhindern kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 2 ist es möglich, da die mindestens eine Innenlauffläche direkt an der umlaufenden Außenfläche des Nabenrads gebildet ist, das Gewicht und die Größe weiter zu reduzieren und die Steifigkeit des Lagers zu erhöhen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 3 ist es, da das Ende des zylindrischen Abschnitts plastisch radial nach außen verformt wird, um einen verstemmten Abschnitt zu bilden, um zu verhindern, dass der Innenring von dem zylindrischen Abschnitt des Nabenrads herunterrutscht, unnötig, wie nach dem Stand der Technik das Maß an Vorspannung des Lagers zu steuern, indem der Innenring mit Hilfe einer Mutter festgezogen wird. Somit kann die Einfachheit der Montage der Lagervorrichtung an einem Fahrzeug verbessert werden und das vorbestimmte Maß an Vorspannung kann über einen langen Zeitraum beibehalten werden. Außerdem ist es wegen der Verbesserung der Einfachheit der Montage möglich, die Anzahl der Bauteile erheblich zu reduzieren und die Fertigungskosten sowie das Gewicht und die Größe des Lagers zu reduzieren.

Vorzugsweise ist es erfindungsgemäß nach Anspruch 4 möglich, da der umlaufende Außenbereich des Radmontageflansches von seiner Basis der Einwärtsseite bis zum zylindrischen Abschnitt mittels Hochfrequenzinduktion gehärtet ist und eine Oberflächenhärte von 54–64 HRC aufweist und der verstemmte Abschnitt ungehärtet bleibt und nach dem Schmieden eine Oberflächenhärte von 25 HRC oder weniger aufweist, die Belastbarkeit des Nabenrads und die Funktionstüchtigkeit des verstemmten Abschnitts während seiner plastischen Verformung zu verbessern und somit auch die Zuverlässigkeit der Qualität des Lagers.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 5 kann die Kappe, da sie in die mittige Öffnung des Radmontageflansches des Nabenrads eingesteckt wird, in einem Bereich angeordnet werden, der eine hohe Steifigkeit des Nabenrads aufweist. Dementsprechend wird die Kappe kaum durch elastische Verformung des Nabenrads beeinflusst, und es ist somit möglich, die Entstehung einer radialen Lücke zwischen der Kappe und dem Nabenrad zu verhindern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 6 kann, da die Kappe einen Metallkern aus Stahl umfasst, der einen Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form aufweist und an dem an mindestens einem Teil seines Montageabschnitts ein elastisches Element befestigt ist, das elastische Element die Montagefläche passgenau berühren und somit das Innere des Nabenrads sicher abdichten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 7 kann, da die Kappe so aufgesteckt wird, dass der umlaufende Rand ihres Montageabschnitts zur Auswärtsseite gerichtet ist, der Aufsteckvorgang mühelos ausgeführt werden. Außerdem bewegt sich die Kappe, da die Randseite mit geringer Steifigkeit an der Auswärtsseite angeordnet wird, nicht zur Auswärtsseite hin, und somit kann das Herunterrutschen der Kappe von dem Nabenrad verhindert werden, obwohl der Metallkern wegen seiner Verformung aufgrund der elastischen Verformung des Nabenrads axial bewegt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 8 ist es möglich, da der umlaufende Rand des Montageabschnitts des Metallkerns mit einer Wulst gebildet ist, die sich radial nach außen erstreckt und eine ringförmige Kerbe, in die die Wulst eingreift, an der mittigen Öffnung des Nabenrads gebildet ist, die axiale Bewegung der Kappe sicher zu verhindern und somit die Zuverlässigkeit der Kappe weiter zu verbessern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 9 ist es möglich, da die Kappe gegen eine axiale Bewegung durch Stufen eingeschränkt ist, die an jeder Seite der Kappe geschaffen sind, das Herunterrutschen der Kappe von dem Nabenrad sicher zu verhindern, obwohl sich das Nabenrad durch wiederholte Last, die während der Fahrt des Fahrzeugs auf das Nabenrad einwirkt, elastisch verformt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 10 ist es möglich, da die Kappe einen Metallkern mit einem Querschnitt mit im Wesentlichen „C"-Form umfasst, an der umlaufenden Innenfläche des Nabenrads eine ringförmige Vertiefung gebildet ist und der Montageabschnitt der Kappe mit einem Vorsprung gebildet ist, der dafür eingerichtet ist, in die ringförmige Vertiefung einzugreifen, die Kappe mühelos an dem Nabenrad anzubringen und die axiale Bewegung der Kappe mit einer einfachen Struktur zu verhindern.

Vorzugsweise kann gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 11, da der Vorsprung durch plastische Verformung gebildet wird, nachdem die Kappe auf die Öffnung des Nabenrads aufgesteckt wurde, die Kappe weiter passgenau ohne jedes Klappern in die ringförmige Kerbe des Nabenrades eingebaut werden, und somit kann die axiale Bewegung der Kappe und damit das Auslaufen von Differentialgetriebeöl weiter durch das Zusammenbringen des Vorsprungs und der Öffnung verhindert werden.

Vorzugsweise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 12 möglich, da die Kappe mit einer Toleranz von 0,05–0,3 mm aufgesteckt wird, die Entstehung der radialen Lücke zwischen der Kappe und dem Nabenrad aufgrund von Fehlern in der Konfigurierung der Kappe zu verhindern und somit das Auslaufen von Differentialgetriebeöl durch die Lücke zu verhindern. Außerdem kann die Kappe mühelos auf das Nabenrad gesteckt werden, und auch das Ausbeulen der Kappe, das durch große Abweichungen verursacht würde, kann verhindert werden.

Wirkung der Erfindung

Gemäß der Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung, da es ein Achsgehäuse, das unter einer Fahrzeugkarosserie gestützt wird; eine hohle Antriebswelle, die in das Achsgehäuse eingesetzt ist; und ein Radlager umfasst, das zwischen der Antriebswelle und einer Öffnung des Achsgehäuses angeordnet und als Einheit eines Nabenrads und eines doppelreihigen Wälzlagers strukturiert ist; wobei das Radlager umfasst: ein inneres Element, das ein Nabenrad umfasst, welches an einem Ende einstückig mit einem Radmontageflansch gebildet ist und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist; und Innenringe, die auf den zylindrischen Abschnitt des Nabenrads aufgesteckt sind und deren umlaufende Außenfläche mit mindestens einer inneren Lauffläche gebildet ist; ein äußeres Element, das um das innere Element herum angeordnet ist und mit doppelreihigen Außenlaufflächen an seiner umlaufenden Innenfläche gegenüber den Innenlaufflächen gebildet ist; doppelreihige Wälzelemente, die zwischen der Innen- und der Außenlauffläche des inneren und des äußeren Elements angeordnet sind; einen Käfig zum frei rollbaren Halten der Wälzelemente und Dichtungen zum Abdichten eines ringförmigen Raumes zwischen dem inneren Element und dem äußeren Element; und da sie dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Kappe mit einem Metallkern aus Stahl in ein Ende der mittigen Öffnung des Nabenrades gesteckt wird, ist es möglich, eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der halbschwebenden Art bereitzustellen, die das Gewicht und die Größe reduzieren kann und auch das Austreten von Differentialgetriebeöl nach draußen sowie das Eindringen von Regenwasser oder Stäuben von außen durch die Antriebswelle in das Differentialgetriebeöl verhindern kann.

Beste praktische Umsetzung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein Achsgehäuse, das unter einer Fahrzeugkarosserie gestützt wird; eine hohle Antriebswelle, die in das Achsgehäuse eingesetzt ist; und ein Radlager, das zwischen der Antriebswelle und einer Öffnung des Achsgehäuses angeordnet und als Einheit eines Nabenrads und eines doppelreihigen Wälzlagers strukturiert ist; wobei das Radlager umfasst: ein inneres Element, das ein Nabenrad umfasst, welches an einem Ende einstückig mit einem Radmontageflansch gebildet ist und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist; und Innenringe, die auf den zylindrischen Abschnitt des Nabenrads aufgesteckt sind und deren umlaufende Außenfläche mit mindestens einer inneren Lauffläche gebildet ist; ein äußeres Element, das um das innere Element herum angeordnet ist und mit doppelreihigen Außenlaufflächen an seiner umlaufenden Innenfläche gegenüber den Innenlaufflächen gebildet ist; doppelreihige Wälzelemente, die zwischen der Innen- und der Außenlauffläche des inneren und des äußeren Elements angeordnet sind; einen Käfig zum frei rollbaren Halten der Wälzelemente und Dichtungen zum Abdichten eines ringförmigen Raumes zwischen dem inneren Element und dem äußeren Element; dadurch gekennzeichnet, dass eine Kappe mit einem Metallkern aus Stahl in ein Ende der mittigen Öffnung des Nabenrades gesteckt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zusätzliche Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, zusammen mit den dazugehörigen Zeichnungen, in denen zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung;
2 eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht der 1, die ein Radlager darstellt;
3 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung;
4 eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht der 3;
5 eine Längsschnittteilansicht einer dritten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung;
6 eine Längsschnittteilansicht einer vierten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung;
7(a) und 7(b) eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht einer Modifikation der vierten Ausführungsform, die jeweils einen Zustand einer Kappe vor bzw. nach dem Verstemmen zeigen;
8 eine Längsschnittansicht einer fünften Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung; und
9 eine Längsschnittansicht einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach dem Stand der Technik.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht der 1. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird eine Seite eines Lagers, die vom Fahrzeug nach außen angeordnet ist, wenn es an einem Fahrzeug angebracht ist, als die „Auswärtsseite" (in der Zeichnung die linke Seite) bezeichnet und eine Seite zum Fahrzeug hin als „Einwärtsseite" (in der Zeichnung die rechte Seite).
In einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung sind ein Nabenrad 1 und ein doppelreihiges Wälzlager 2 als eine Einheit gebildet und mit der Antriebswelle „D/S" verbunden. Das doppelreihige Wälzlager 2 umfasst ein inneres Element 3, ein äußeres Element 4 und eine Doppelreihe von Wälzelementen (Kegelwalzen) 5, die frei rollbar zwischen dem inneren und dem äußeren Element 3 und 4 enthalten sind. Das innere Element 3 umfasst das Nabenrad 1 und ein Paar Innenringe 10, die auf das Nabenrad 1 aufgesteckt sind. Das Nabenrad 1 ist an seiner Auswärtsseite einstückig mit einem Radmontageflansch 6 gebildet, an dem ein Rad „W" und eine Bremsscheibe „B" angebracht sind und von dem sich ein axial verlaufender zylindrischer Abschnitt 7 erstreckt. Eine umlaufende Innenfläche (Öffnung) des Nabenrads 1 ist mit einer Rippe (oder Keil) 8 versehen, in die ein gezahnter Abschnitt der Antriebswelle „D/S" eingesetzt wird, so dass zwischen ihnen ein Drehmoment übertragen werden kann.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das doppelreihige Wälzlager 2 ein äußeres Element 4, das mit einer Doppelreihe Außenlaufflächen 4a an seiner umlaufenden Innenfläche und mit einem Karosseriemontageflansch 4b gebildet ist, um an dem Achsgehäuse „H" an seiner umlaufenden Außenfläche befestigt zu werden; ein Paar Innenringe 10, die in das äußere Element 4 eingesetzt und mit einer Doppelreihe abgeschrägter Innenlaufflächen 10a gebildet sind, wobei 10a an ihrer umlaufenden Außenfläche gegenüber den Außenlaufflächen 4a angeordnet ist; doppelreihige Wälzelemente 5, die zwischen der Innen- und der Außenlauffläche 10a, 4a angeordnet sind; und einen Käfig 11 zum frei rollbaren Halten der Wälzelemente 5. Jeder der Innenringe 10 ist mindestens an seinem Ende mit größerem Durchmesser mit einem großen Flansch 10b zum Führen der Wälzelemente 5 gebildet. Das Paar von Innenringen 10 ist derart angeordnet, dass ihre inneren Enden aneinander anliegen und somit ein so genanntes doppelreihiges Kegelwälzlager in X-Anordnung bilden. Dichtungen 12, die an jedem Ende des äußeren Elements 4 angeordnet sind, dichten einen ringförmigen Raum zwischen dem äußeren Element 4 und den Innenringen 10 ab. Diese Dichtungen 12 verhindern sowohl das Eindringen von Regenwasser oder Stäuben aus der äußeren Umgebung als auch das Austreten von Schmierfett, das in dem Lager versiegelt ist. Die Dichtung 12 auf der Einwärtsseite verhindert ferner das Eindringen oder Eintreten von Differentialgetriebeöl in das Lager.
Das Paar von Innenringen 10 wird auf den zylindrischen Abschnitt 7 des Nabenrads 1 aufgesteckt und durch einen verstemmten Abschnitt 13, der durch plastische Verformung des Endes des zylindrischen Abschnitts 7 radial nach außen gebildet wird, daran gehindert, axial von dem zylindrischen Abschnitt 7 herunterzurutschen. Da diese Ausführungsform die selbstspannende Struktur der zweiten Generation übernimmt, ist es nicht notwendig, ein Maß der Vorspannung wie herkömmlich zu steuern, indem eine Mutter gegen den Innenring festgezogen wird. Dementsprechend ist es möglich, die Anzahl der Bauteile deutlich zu reduzieren und somit die Leichtigkeit der Montage zu verbessern sowie die Fertigungskosten, das Gewicht und die Größe zu reduzieren.
Das Nabenrad 1 besteht aus mittlerem Karbonstahl wie S53C, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält und durch Hochfrequenzinduktionsabschreckung gehärtet ist, so dass die Basis des Radmontageflansches 6 an seiner Einwärtsseite und der zylindrische Abschnitt 7 des Nabenrads 1 eine Oberflächenhärte von 54–64 HRC aufweisen (der gehärtete Abschnitt ist in den Zeichnungen schraffiert dargestellt). Der verstemmte Abschnitt 13 bleibt ein ungehärteter Abschnitt mit einer Oberflächenhärte von 25 HRC oder weniger. Dies verbessert die Belastbarkeit und Funktionstüchtigkeit des verstemmten Abschnitts 13 und verhindert auch die Bildung von Rissen darin.
Das äußere Element 4 besteht ebenfalls aus mittlerem Karbonstahl wie S53C, der 0,40–0,80 Gewichts-Kohlenstoff enthält, und die Doppelreihe der Außenlaufflächen 4a und die umlaufende Innenfläche des äußeren Elements 4, an dem die Dichtung 12 angebracht ist, sind durch Hochfrequenzinduktionsabschreckung gehärtet, so dass ihre Oberflächenhärte 54–64 HRC beträgt. Andererseits bestehen die Innenringe 10 aus Lagerstahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt wie etwa SUJ2, sind durch Tauchabschreckung durchgehärtet und weisen eine Oberflächenhärte von 54–64 HRC auf. Obwohl im vorliegenden ein doppelreihiges Wälzlager dargestellt ist, das Kegelwalzen als Wälzelemente 5 verwendet, kann auch ein doppelreihiges Schrägkugellager benutzt werden, das Kugeln verwendet.
In dieser Ausführungsform wird eine Kappe 9 in eine Öffnung des Nabenrads 1 an seiner Auswärtsseite aufgesteckt. Diese Kappe 9 besteht aus austenitischem Edelstahlblech (JIS SUS 304 usw.) oder konserviertem kalt gewalztem Stahlblech (JIS SPCC usw.) und ist durch Verpressung in eine Ringform gebracht. Die Kappe 9 umfasst einen Metallkern 9a aus Stahl, der einen Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form aufweist, und ein elastisches Element 9b aus Gummi, das per Vulkanisierung an mindestens den Montageabschnitt des Metallkerns 9a gebunden ist. Das elastische Element 9b wird elastisch verformt, während die Kappe 9 auf die Öffnung des Nabenrads 1 gesteckt wird, um die Öffnung abzudichten und so sicher das Eindringen von Regenwasser oder Stäuben aus der Umgebung in die Antriebswelle „D/S" und damit in das Differentialgetriebeöl zu verhindern.
Vorzugsweise ist die Kappe 9 mit einer Toleranz von 0,05–0,3 mm in das Nabenrad 1 eingesteckt. Dies erfolgt, weil Differentialgetriebeöl durch eine kleine radiale Lücke austreten könnte, die durch Abmessungsabweichungen der Kappe selbst in dem Montageabschnitt zwischen dem Nabenrad 1 und der Kappe 9 hervorgerufen werden kann; ist andererseits die Toleranz kleiner als 0,05 mm, würde der Vorgang des Aufsteckens der Kappe 9 schwierig, und wenn die Toleranz größer als 0,3 mm ist, würde ein Ausbeulen des Metallkerns selbst hervorgerufen. Außerdem ist es vorzuziehen, dass die Kappe 9 in das Nabenrad 1 an einem steifen Öffnungsabschnitt eingesteckt wird, bei dem es sich um einen Öffnungsabschnitt des Nabenrads 1 am oder nahe des Radmontageflansches 6 handelt. Dementsprechend wird die Kappe 9 kaum von der elastischen Verformung des Nabenrads 1 beeinflusst, obwohl das Nabenrad 1 durch wiederholt auf sie einwirkende Drehmomentlast verformt wird.
Zweite Ausführungsform
3 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung. Da der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der ersten Ausführungsform lediglich in der Struktur des Nabenrads liegt, werden dieselben Bezugszeichen wie für die erste Ausführungsform verwendet, um die gleichen Strukturelemente zu bezeichnen.
Diese Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad ist als eine Einheit aus dem Nabenrad 14 und einem doppelreihigen Wälzlager 15 strukturiert. Das doppelreihige Wälzlager 15 umfasst ein inneres Element 16, ein äußeres Element 4 und eine Doppelreihe von Wälzelementen 5 und 5, die frei rollbar zwischen dem inneren und dem äußeren Element 16 und 4 enthalten sind. Das innere Element 16 umfasst das Nabenrad 14 und die Innenringe 10, die auf das Nabenrad 14 aufgesteckt sind. Das Nabenrad 14 ist an seiner Auswärtsseite einstückig mit einem Radmontageflansch 6 gebildet, an dem ein Rad (in 3 nicht dargestellt) montiert ist, sowie mit einer Innenlauffläche 14a der Auswärtsseite des Lagers 15 und weist den zylindrischen Abschnitt 7 auf, der sich axial von der Innenlauffläche 14a erstreckt. Das Nabenrad 14 ist an seiner umlaufenden Innenfläche (Öffnung) mit einer Rippe (oder Keil) 8 versehen, in die der gezahnte Abschnitt der Antriebswelle (in 3 nicht dargestellt) eingesetzt wird, so dass zwischen ihnen ein Drehmoment übertragen werden kann.
Die umlaufende Außenfläche des Nabenrads 14 ist mit einem Flanschabschnitt 14b, der dem großen Flansch 10b des Innenrings 10 entspricht, und mit einem gestuften Abschnitt 14c gebildet, an dem eine Innenfläche (kleinere Endfläche) anliegt. Somit ist das so genannte doppelreihige Kegelwälzlager in X-Anordnung strukturiert. Außerdem wird der Innenring 10 auf den zylindrischen Abschnitt 7 des Nabenrads 14 aufgesteckt und durch einen verstemmten Abschnitt 13, der durch plastische Verformung des Endes des zylindrischen Abschnitts 7 radial nach außen gebildet wird, daran gehindert, axial von dem zylindrischen Abschnitt 7 herunterzurutschen. Da diese Ausführungsform die selbstspannende Struktur einer solchen dritten Generation übernimmt, ist es nicht notwendig, in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform ein Maß der Vorspannung wie herkömmlich zu steuern, indem eine Mutter gegen den Innenring festgezogen wird. Dementsprechend ist es möglich, die Leichtigkeit der Montage zu verbessern sowie das Maß der Vorspannung über einen langen Zeitraum zu erhalten.
Da die innere Lauffläche 14a direkt an der umlaufenden Außenfläche des Nabenrads 14 gebildet ist, wird die Steifigkeit des Nabenrads 14 erhöht. Dementsprechend ist es möglich, das Gewicht und die Größe der Lagervorrichtung zu reduzieren und seine Steifigkeit zu verbessern, obwohl sich das Nabenrad durch eine Drehmomentlast, die während der Fahrt des Fahrzeugs auf das Nabenrad einwirkt, elastisch verformt.
In dieser Ausführungsform wird eine Kappe 17 auf eine Öffnung des Nabenrads 14 an seiner Auswärtsseite aufgesteckt. Diese Kappe 17 besteht aus austenitischem Edelstahlblech (JIS SUS 304 usw.) oder konserviertem kalt gewalztem Stahlblech (JIS SPCC usw.) und umfasst einen Metallkern 18 aus Stahl, der einen Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form aufweist, und ein elastisches Element 19 aus Gummi, das per Vulkanisierung an die Außenfläche des Metallkerns 18 gebunden ist. Der Metallkern 18 wird auf das Nabenrad 14 derart aufgesteckt, dass der umlaufende Rand des zylindrischen Montageabschnitts 18a zur Auswärtsseite gerichtet ist. Dies macht den Vorgang des Aufsteckens der Kappe 17 einfach. Außerdem, da der Randabschnitt der Kappe 17 mit geringer Steifigkeit an der Auswärtsseite angeordnet wird, bewegt sich die Kappe 17 nicht zur Auswärtsseite, und somit kann das Herunterrutschen der Kappe 17 von dem Nabenrad 14 verhindert werden, obwohl der Metallkern 18 aufgrund der elastischen Verformung des Nabenrads 14 verformt wird.
Wie in 4 deutlich dargestellt, ist an dem umlaufenden Rand eine Wulst 18b gebildet, die sich radial nach außen erstreckt. Es ist möglich, die axiale Bewegung der Kappe 17 sicher zu verhindern, indem die Wulst 18b in eine ringförmige Kerbe 20, die an der umlaufenden Innenfläche (Öffnung) des Nabenrads 14 gebildet ist, eingreift.
Dritte Ausführungsform
5 ist eine vergrößerte Teilansicht einer dritten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie die in den vorhergehenden Ausführungsformen verwendeten werden benutzt, um die gleichen Strukturelemente zu bezeichnen.
In dieser Ausführungsform wird eine Kappe 21 auf eine Öffnung des Nabenrads 1 an seiner Auswärtsseite aufgesteckt. Diese Kappe 21 besteht aus austenitischem Edelstahlblech (JIS SUS 304 usw.) oder konserviertem kalt gewalztem Stahlblech (JIS SPCC usw.) und umfasst einen Metallkern 21a aus Stahl, der einen Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form aufweist, und ein elastisches Element 21b, das sich von der umlaufenden Innenfläche zum zylindrischen Montageabschnitt des Metallkerns 21a erstreckt. Das elastische Element 21b besteht aus einem Material wie etwa Gummi, das per Vulkanisierung an die Oberfläche des Metallkerns 21a gebunden ist und die Funktion hat, die Bildung von Rost an dem Metallkern 21a zu verhindern und das Innere des Nabenrads 1 durch den engen Kontakt des elastischen Elements 21b mit der umlaufenden Innenfläche (Öffnung) des Nabenrads 1 abzudichten. Dementsprechend ist es möglich, das Eindringen von Regenwasser oder Stäuben aus der Umgebung in die Antriebswelle und damit in das Differentialgetriebeöl sowie das Austreten von Differentialgetriebeöl nach außen zu verhindern.
Die axiale Bewegung der Kappe 21 wird durch einen Stoppring 22 begrenzt, der an der umlaufenden Innenfläche des Nabenrads 1 und einem gestuften Abschnitt 23 befestigt ist. Somit ist es möglich zu verhindern, dass die Kappe 21 von dem Nabenrad 1 herunterrutscht, obwohl sich das Nabenrad 1 durch die wiederholte Drehmomentlast, die während der Fahrt des Fahrzeugs auf das Nabenrad einwirkt, elastisch verformt. Die Vorsprünge 24, die koaxial an dem Metallkern 21a gebildet sind, erhöhen die Steifigkeit des Metallkerns 21a und verbessern den Widerstand gegen Ausbeulung.
Vierte Ausführungsform
6 ist eine vergrößerte Teilansicht einer vierten Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie die in den vorhergehenden Ausführungsformen verwendeten werden benutzt, um die gleichen Strukturelemente zu bezeichnen.
In dieser Ausführungsform ist eine ringförmige Vertiefung 25 mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt an der umlaufenden Innenfläche (Öffnung) des Nabenrads 1 gebildet, und eine Kappe 26, die mit einem Vorsprung 26a mit einem Querschnitt gebildet ist, der dem der bogenförmigen Vertiefung 25 entspricht, wird darin eingerastet. Dies macht das Anbringen der Kappe 26 einfach und ermöglicht es, mit einer einfachen Struktur die axiale Bewegung der Kappe 26 zu verhindern. In diesem Fall ist es unnötig, den Vorsprung 26a an dem gesamten Umfang der Kappe 26 zu bilden, und drei oder mehr Vorsprünge werden diese Funktion ausreichend erfüllen.
7 ist eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht einer Modifikation der vierten Ausführungsform. Die gleichen Bezugszeichen wie die in der vorhergehenden Ausführungsform (6) verwendeten werden benutzt, um die gleichen Strukturelemente zu bezeichnen.
Eine Kappe 27' weist einen Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form auf und ist in die umlaufende Innenfläche (Öffnung) des Nabenrads 1 mit einer vorbestimmten Toleranz aufgesteckt. Dann wird die Kappe 27' mit einem Walzenwerkzeug plastisch verformt und in die ringförmige Vertiefung 25 eingepasst. Der so gebildete Vorsprung 26a kann weiterhin ohne Klappern fest an der ringförmigen Vertiefung 25 des Nabenrads sitzen. Dementsprechend ist es möglich, mit diesem Vorsprung 26a im Zusammenwirken mit dem Montageabschnitt 26b die axiale Bewegung der Kappe 27' weiter wirksam zu verhindern und das Austreten von Differentialgetriebeöl sicher zu verhindern.
Fünfte Ausführungsform
8 ist eine vergrößerte Teilansicht einer fünften Ausführungsform einer Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie die in den vorhergehenden Ausführungsformen verwendeten werden benutzt, um die gleichen Strukturelemente zu bezeichnen.
In dieser Ausführungsform ist eine Kappe 29 in das Nabenrad 1 über einen Bereich der umlaufenden Innenfläche von seinem offenen Ende an der Auswärtsseite zu einem Führungsabschnitt 28 gesteckt. Die Kappe 29 besteht aus austenitischem Edelstahlblech (JIS SUS 304 usw.) oder konserviertem kalt gewalztem Stahlblech (JIS SPCC usw.) und umfasst einen Metallkern 29a, der zu einem Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form verpresst ist, und ein elastisches Element 29b aus Gummi, das an einen Bereich von der umlaufenden Außenfläche des Metallkerns 29a bis zum Montageabschnitt und dem auswärtsseitigen Ende des Nabenrads 1 per Vulkanisierung gebunden ist.
Das elastische Element 29b umfasst Gummi usw., der beispielsweise per Vulkanisierung an den Metallkern 29a gebunden ist und das Austreten von Differentialgetriebeöl und das Eintreten von Regenwasser oder Stäuben in das Differentialgetriebeöl durch die Antriebswelle perfekt verhindern kann. Außerdem ist es möglich, da die Kappe 29 die Gesamtheit des offenen Abschnitts des Nabenrads 1 verschließt und in den Abschnitt des Nabenrads 1 eingepresst ist, der weniger verformt wird, obwohl die wiederholte Drehmomentlast auf das Nabenrad 1 einwirkt, die elastische Verformung der Kappe 29 und ihr Herunterrutschen von dem Nabenrad 1 weiter zu verhindern.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung kann auf eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der Antriebsradseite der halbschwebenden Art angewendet werden, bei der ein Radlager in geöffneten Abschnitten zwischen einer Antriebswelle und einem Achsgehäuse angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Dem Durchschnittsfachmann werden sich aus der Lektüre und dem Verständnis der vorangegangenen detaillierten Beschreibung offensichtlich Modifikationen und Änderungen erschließen. Die vorliegende Erfindung soll so ausgelegt werden, dass sie solche Modifikationen und Änderungen soweit einschließt, wie sie in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad bereitzustellen, die das Gewicht, die Größe und die Anzahl der Bauteile reduzieren kann und auch das Eindringen von Regenwasser und Stäuben und das Austreten von Differentialgetriebeöl verhindern kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad bereitgestellt, die umfasst: ein Achsgehäuse, das unter einer Fahrzeugkarosserie gestützt wird; eine hohle Antriebswelle, die in das Achsgehäuse eingesetzt ist; und ein Radlager, das zwischen der Antriebswelle und einer Öffnung des Achsgehäuses angeordnet und als Einheit eines Nabenrads und eines doppelreihigen Wälzlagers strukturiert ist; wobei das Radlager umfasst: ein inneres Element, das ein Nabenrad umfasst, welches an einem Ende einstückig mit einem Radmontageflansch gebildet ist und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist; und Innenringe, die auf den zylindrischen Abschnitt des Nabenrads auf gepresst sind und deren umlaufende Außenfläche mit mindestens einer inneren Lauffläche gebildet ist; ein äußeres Element, das um das innere Element herum angeordnet ist und mit doppelreihigen Außenlaufflächen an seiner umlaufenden Innenfläche gegenüber den Innenlaufflächen gebildet ist; doppelreihige Wälzelemente, die zwischen der Innen- und der Außenlauffläche des inneren Elements und des äußeren Elements angeordnet sind; einen Käfig zum frei rollbaren Halten der Wälzelemente und Dichtungen zum Abdichten eines ringförmigen Raumes zwischen dem inneren Element und dem äußeren Element, wobei eine Kappe mit einem Metallkern aus Stahl in ein Ende der mittigen Öffnung des Nabenrades gepresst wird.

Claims

Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, umfassend: – ein Achsgehäuse „H", das unter einer Fahrzeugkarosserie gestützt wird, – eine hohle Antriebswelle „D/S", die in das Achsgehäuse „H" eingesetzt ist, und – ein Radlager, das zwischen der Antriebswelle „D/S" und einer Öffnung des Achsgehäuses „H" angeordnet und als Einheit eines Nabenrads (1, 14) und eines doppelreihigen Wälzlagers (2, 15) strukturiert ist, wobei das Radlager umfasst: – ein inneres Element (3, 16), das ein Nabenrad (1, 14) umfasst, welches an einem Ende einstückig mit einem Radmontageflansch (6) gebildet ist und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt (7) aufweist, und Innenringe (10), die auf den zylindrischen Abschnitt (7) des Nabenrads (1, 14) aufgepresst sind und deren umlaufende Außenfläche mit mindestens einer inneren Lauffläche (10a) gebildet ist; – ein äußeres Element (4), das um das innere Element (3, 16) herum angeordnet ist und mit doppelreihigen Außenlaufflächen (4a) an seiner umlaufenden Innenfläche gegenüber den Innenlaufflächen (10a) gebildet ist, – doppelreihige Wälzelemente (5), die zwischen der Innen- und der Außenlauffläche (10a, 4a) des inneren Elements (3, 16) und des äußeren Elements (4) angeordnet sind, – einen Käfig (11) zum frei rollbaren Halten der Wälzelemente (5) und – Dichtungen (12) zum Abdichten eines ringförmigen Raumes zwischen dem inneren Element (3, 16) und dem äußeren Element (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) mit einem Metallkern (9a, 18, 21a, 29a) aus Stahl in ein Ende einer mittigen Öffnung des Nabenrads (1, 14) gepresst ist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 1, wobei mindestens eine (14a) der Innenlaufflächen (10a) direkt an der umlaufenden Außenfläche des Nabenrads (1, 14) gebildet ist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ende des zylindrischen Abschnitts (7) plastisch radial nach außen verformt ist, um einen verstemmten Abschnitt (13) zu bilden, um zu verhindern, dass der Innenring (10) von dem zylindrischen Abschnitt (7) des Nabenrads (1, 14) herunterrutscht.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 3, wobei der umlaufende Außenbereich des Radmontageflansches (6) von seiner Basis der Einwärtsseite bis zum zylindrischen Abschnitt (7) durch Hochfrequenzinduktionshärtung gehärtet ist und eine Oberflächenhärte von 54–64 HRC aufweist und der verstemmte Abschnitt (13) ungehärtet bleibt und nach dem Schmieden eine Oberflächenhärte von 25 HRC und weniger aufweist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) in die mittige Öffnung des Radmontageflansches (6) des Nabenrads (1, 14) gepresst ist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) einen Metallkern (9a, 18, 21a, 29a) aus Stahl mit einem Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form und ein elastisches Element (9b, 19, 21b, 29b) umfasst, das mindestens an einem Teil seines Montageabschnitts befestigt ist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 6, wobei die Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) derart eingepresst ist, dass der umlaufende Rand ihres Montageabschnitts zur Auswärtsseite gerichtet ist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 6, wobei der umlaufende Rand des Montageabschnitts des Metallkerns (9a, 18, 21a, 29a) mit einer Wulst (18a) gebildet ist, die sich nach außen erstreckt, und eine Kerbe (20), in die die Wulst (18a) eingreift, an der mittigen Öffnung des Nabenrads (1, 14) gebildet ist.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 6, wobei die Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) in der axialen Bewegung durch Stufen (22, 23) begrenzt ist, die an jeder Seite der Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) geschaffen sind.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kappe (26) einen Metallkern aus Stahl mit einem Querschnitt von im Wesentlichen „C"-Form umfasst, eine ringförmige Vertiefung (25) an der umlaufenden Innenfläche des Nabenrads (1, 14) gebildet ist und der Montageabschnitt der Kappe (26) mit einem Vorsprung (26a) gebildet ist, der dafür eingerichtet ist, in die ringförmige Vertiefung (25) einzugreifen.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 10, wobei der Vorsprung (26a) durch plastische Verformung gebildet wird, nachdem die Kappe (27') in die Öffnung des Nabenrads (1, 14) eingepresst wurde.
Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kappe (9, 17, 21, 26, 27', 29) mit einer Toleranz von 0,05 bis 0,3 mm eingepresst ist.