DE112007002699T5

DE112007002699T5 - Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112007002699T5
Application number: DE112007002699T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Iwata Ohtsuki; Kouji Iwata Kametaka
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: DE112007002699B4; US9097284B2; US20090220180A1; WO2008059617A1

Abstract

Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, umfassend:
ein äußeres Glied (2, 19), das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) ausgebildet ist;
ein inneres Glied (1, 18), das eine Radnabe (4, 20) beinhaltet, welche an einem ihrer Enden einstückig damit einen Radanbringungsflansch (6) ausbildet und an ihrer Außenumfangsfläche mit zweireihigen inneren Laufringflächen (4a, 5a) ausgebildet ist, welche den zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) gegenüberliegend angeordnet sind; und
zweireihige Kugeln (3, 3), die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen (2a, 2b) und inneren Laufringflächen (4a, 5a) des äußeren Glieds (2, 19) bzw. des inneren Glieds (1, 18) enthalten sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teilkreisdurchmesser (PCDo) der zweireihigen Kugelgruppe (3) der Außenseite größer als ein Teilkreisdurchmesser (PCDi) der zweireihigen Kugelgruppe (3) der Innenseite ist;
dass zumindest das äußere Glied (2, 19) und die Radnabe (4, 20) aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung zum frei drehbaren Stützen eines Rads eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftwagens, und insbesondere eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug, mit der beabsichtigt ist, ihre Festigkeit und Beständigkeit zur Verlängerung ihrer Lebensdauer zu erhöhen und simultan ihre Genauigkeit und Reduzierung ihrer Herstellungskosten zu erzielen.
Beschreibung des Stands der Technik
Gewöhnlich ist die Radlagervorrichtung zum frei drehbaren Stützen einer Radnabe zum Anbringen eines Rads über ein Wälzlager für ein Antriebsrad und ein angetriebenes Rad in Gebrauch. Aus Gründen der Struktur ist im Allgemeinen eine Innenringdrehart für ein Antriebsrad und sowohl die Innenringdrehart als auch die Außenringdrehart für ein angetriebene Rad in Anwendung. Zweireihige Schrägkugellager sind deshalb bei einer derartigen Lagervorrichtung allgemein in Gebrauch, weil sie eine wünschenswerte Lagerstarrheit, hohe Versetzungsbeständigkeit und ein kleines Drehmoment aufweisen, wodurch der Kraftstoffverbrauch verbessert ist. Das zweireihige Schrägkugellager weist eine Struktur auf, bei der mehrere Kugeln zwischen einem ortsfesten Ring und einem Drehring angeordnet sind und ein vorgegebener Kontaktwinkel bezüglich der ortsfesten und Drehringe auf die Kugeln angewendet ist.
Die Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad ist grob in eine Struktur einer ersten Generation, bei der ein Radlager aus einem zweireihigen Schrägkugellager zwischen einem Kniestück, das ein Teil einer Aufhängung ausbildet, und einer Radnabe eingepasst ist, eine Struktur einer zweiten Generation, bei der ein Körperanbringungsflansch oder ein Radanbringungsflansch direkt am Außenumfang eines äußeren Glieds ausgebildet ist, eine Struktur einer dritten Generation, bei der eine der inneren Laufringflächen direkt am Außenumfang der Radnabe ausgebildet ist, und eine Struktur einer vierten Generation eingeteilt, bei der die inneren Laufringflächen direkt am Außenumfang der Radnabe und dem Gleichlaufgelenk ausgebildet sind.
Bei einer derartigen Radlagervorrichtung, die durch das zweireihige Kugellager des Stands der Technik ausgebildet ist, kann, da die beiden Lagerreihenanordnungen im zweireihigen Lager dieselben sind, obgleich sie eine genügende Starrheit beim Geradeauslauf aufweist, eine optimale Starrheit beim Kurvenlauf nicht immer erzielt werden. D. h., die Positionsbeziehung zwischen Rädern und der Lagervorrichtung ist gewöhnlich derart ausgelegt, dass das Gewicht eines Fahrzeugs beim Geradeauslauf im Wesentlichen auf die Mitte zwischen den Kugellagerreihen einwirkt, jedoch eine größere radiale Belastung und eine größere axiale Belastung auf die Fahrzeugachsen der Seite ausgeübt ist, die einer Kurvenrichtung gegenüberliegt (d. h. Achsen auf der linken Fahrzeugseite bei Rechtskurve). Dementsprechend ist es effektiv, eine größere Starrheit der Lagerreihe der Außenseite als jene der Lagerreihe auf der Innenseite aufzuweisen, um die Beständigkeit und Festigkeit der Lagervorrichtung zu verbessern. Demzufolge ist eine Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, in 6 gezeigt, bekannt, die eine hohe Starrheit ohne Vergrößerung der Lagervorrichtung aufweisen kann. In der folgenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „Außenseite” (links in den Zeichnungen) der Vorrichtung eine Seite, die sich außerhalb des Fahrzeugkörpers befindet, und der Ausdruck „Innenseite” (rechts in den Zeichnungen) eine Seite, die sich innerhalb des Körpers befindet, wenn die Lagervorrichtung an dem Fahrzeugkörper angebracht ist.
Die Lagervorrichtung 50 für ein Fahrzeugrad ist durch ein zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet, umfassend ein äußeres Glied 51, das einstückig an seinem Außenumfang mit einem Körperanbringungsflansch 51c zur Anbringung an einem Kniestück (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs und an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen 51a, 51b ausgebildet ist; ein inneres Glied 55, das eine Radnabe 52 mit einem Radanbringungsflansch 53, der einstückig an einem Ende davon zum Anbringen eines Rads (nicht gezeigt) ausgebildet ist, eine innere Laufringfläche 52a, die am Außenumfang davon gegenüber einer 51a der zweireihigen äußeren Laufringflächen 51a, 51b ausgebildet ist, und einen zylindrischen Abschnitt 52b beinhaltet, der axial von der inneren Laufringfläche 52a verläuft, und ferner einen Innenring 54 beinhaltet, der an dem zylindrischen Abschnitt 52b angepasst ist und an seinem Außenumfang mit der anderen inneren Laufringfläche 54a gegenüber der anderen Laufringfläche 51b der zweireihigen äußeren Laufringflächen 51a, 51b ausgebildet ist; zweireihige Kugeln 56, 57, die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen 51a, 51b und inneren Laufringflächen 52a, 54a des inneren Glieds 55 enthalten sind, und Käfige 58, 59 zum rollbaren Halten der Kugeln 56, 57.
Der Innenring 54 ist axial unbeweglich durch einen verstemmten Abschnitt 52c befestigt, der durch plastisches Verformen des zylindrischen Abschnitts 52b der Radnabe 52 radial nach außen ausgebildet ist. Dichtungen 60, 61 sind in ringförmigen Öffnungen angebracht, welche zwischen dem äußeren Glied 51 und dem inneren Glied 55 ausgebildet sind, um den Austritt von Schmiermittel, das in der Lagervorrichtung enthalten ist, und den Eintritt von Regenwasser oder Staub von außen in die Lagervorrichtung zu verhindern.
Ein Teilkreisdurchmesser D1 der Außenseitenkugelgruppe 56 ist größer als ein Teilkreisdurchmesser D2 der Innenseitenkugelgruppe 57 eingerichtet. Dementsprechend ist der Durchmesser der inneren Laufringfläche 52a der Radnabe 52 größer als jener der inneren Laufringfläche 54a des Innenrings 54, wie auch der der äußeren Laufringfläche 51a der Außenseite des äußeren Glieds 51 größer als jener der äußeren Laufringfläche 51b der Innenseite des äußeren Glieds 51 ist. Außerdem ist die Anzahl der Außenseitenkugeln 56 größer als jene der Innenseitenkugeln 57. Durch derartiges Einrichten, dass der Teilkreisdurchmesser D1 der Außenseite größer als der Teilkreisdurchmesser D2 der Innenseite (D1 > D2) ist, ist es möglich, eine größere Starrheit der Lagervorrichtung 50 zu erzielen und damit ihre Lebensdauer zu verlängern.

Bezugspatentschrift 1: Japanische Patentauslegeschrift Nr. 108449/2004 .

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Radlagervorrichtung 50 des Stands der Technik ist ein Teilkreisdurchmesser D1 der Außenseitenkugelgruppe 56 größer als ein Teilkreisdurchmesser D2 der Innenseitenkugelgruppe 57 eingerichtet. Dementsprechend ist der Durchmesser der äußeren Außenseiten-Laufringfläche 51a des äußeren Glieds 51 derart ausgebildet, dass er größer als jener der äußeren Innenseiten-Laufringfläche 51b des äußeren Glieds 51 ist und zudem diese äußeren Laufringflächen 51a, 51b durch Hochfrequenzinduktionshärten mit einer gehärteten Schicht ausgebildet sind. Dies ermöglicht, die Starrheit der Außenseitenlagerreihe zu verbessern und dadurch die Rollermüdungslebensdauer, Festigkeit und Beständigkeit der Radlagervorrichtung 50 zu gewährleisten.
Bei einer derartigen Radlagervorrichtung des Stands der Technik ist auf das innere Glied 55 eine Momentbelastung beim Fahren des Fahrzeugs über den Radanbringungsflansch 53 ausgeübt. Die innere Laufringfläche 52a unterliegt einer Druckbeanspruchung von 56 neben einer Biegebeanspruchung, die durch die Momentbelastung bewirkt ist, und dadurch unterliegt Metallmaterial, das das innere Glied 55 ausbildet, simultan einer Zugbeanspruchung, die durch die Biegebelastung bewirkt ist, und einer Scherbeanspruchung, die durch die Druckbeanspruchung bewirkt ist. Dementsprechend ist es schwierig, genügende Beständigkeit ohne jegliche Mittel zum Aushalten dieser Zugbeanspruchung und Scherbeanspruchung zu gewährleisten.
Bei einer derartigen Radlagervorrichtung besteht außerdem die Befürchtung, dass an jeglicher Laufringfläche Eindrücke über die Kugeln 56 verursacht wären, wenn ein Fahrzeug eine Bordkante überquert. Die Eindrücke an den Laufringflächen würden Lärm verursachen und die Ermüdungslebensdauer der Lagervorrichtung verkürzen.
Zudem würde jegliche Verformung an den Schultern 62, 63 zwischen den äußeren Laufringflächen 51a, 51b des äußeren Glieds 51 bewirkt, wenn das äußere Glied 51 einer übermäßigen Stoßbelastung unterliegt. Je kürzer ein Teilkreis „P” zwischen den zweireihigen Kugeln 56, 57 ist, desto leichter wäre eine derartige Verformung bewirkt. Dementsprechend sind die gehärteten Schichten gewöhnlich nicht nur auf den zweireihigen äußeren Laufringflächen 51a, 51b ausgebildet, sondern außerdem auf den Schultern 62, 63 zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen 51a, 51b. Es wären jedoch nicht nur die Herstellungskosten erhöht, sondern aufgrund der Wärmebehandlungsverformung auch die Genauigkeit gemindert, wenn die gehärteten Schichten zusätzlich auf den Schulterabschnitten 62, 63 ausgebildet sind. Insbesondere ist es, da die Wandstärke des äußeren Glieds 51 aufgrund des Strebens nach Gewichtsverringerung auch reduziert ist, notwendig, sich strikt zu vergewissern, ob die gehärteten Schichten im Hinblick auf die Festigkeit, Genauigkeit und Herstellungskosten der Radlagervorrichtung auf den Schulterabschnitten 62, 63 ausgebildet sein sollten oder nicht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die Probleme des Verbesserns der Schlagbeständigkeit, Festigkeit, Beständigkeit und Genauigkeit und Reduzierung von Herstellungskosten der Lagervorrichtung zur Verlängerung ihrer Lebensdauer lösen kann.
Mittel zur Problemlösung
Zum Lösen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend ein äußeres Glied, das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen ausgebildet ist; ein inneres Glied, das eine Radnabe beinhaltet, welche an einem ihrer Enden einstückig damit einen Radanbringungsflansch ausbildet und an ihrer Außenumfangsfläche mit zweireihigen inneren Laufringflächen ausgebildet ist, welche den zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet sind; und zweireihige Kugeln, die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen und inneren Laufringflächen des äußeren Glieds bzw. des inneren Glieds enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Außenseitenkugelgruppe größer als ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Innenseitenkugelgruppe ist; dass zumindest das äußere Glied und die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, ausgebildet sind, dass die inneren und äußeren Laufringflächen jeweils mit vorgegebenen gehärteten Schichten mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet sind; und dass die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten größer als Nummer 7 ausgewählt ist. (Anspruch 1)
Bei der Radlagervorrichtung der ersten bis vierten Generation, die mit den zweireihigen Rollelementen versehen ist, ist es, da ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Außenseitenkugelgruppe größer als ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Innenseitenkugelgruppe ist; zumindest das äußere Glied und die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, ausgebildet sind, die inneren und äußeren Laufringflächen jeweils mit vorgegebenen gehärteten Schichten mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet sind, und die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten größer als Nummer 7 ausgewählt ist, möglich, die Lagerfestigkeit des Außenseitenabschnitts im Vergleich zum Innenseitenabschnitt unter wirksamer Nutzung des Lagerraums zu erhöhen, und außerdem möglich, die Lagerlebensdauer unter Erhaltung der Eindrucksfestigkeit durch Ausbilden vorgegebener gehärteter Schichten auf vorgegebenen Abschnitten des Lagerglieds durch Hochfrequenzinduktionshärten zu verlängern.
Es ist bevorzugt, dass der Außendurchmesser jeder Kugel der Kugelgruppen derselbe ist und die Anzahl von Kugeln der Außenseite größer als die von Kugeln der Innenseite ist. Dies macht es möglich, die Lagerlebensdauer unter Verbesserung der Starrheit der Lagervorrichtung weiter zu verlängern. (Anspruch 2)
Es ist bevorzugt, dass das äußere Glied und die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt mit Si: 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Mn: 0,1 bis 2,0 Gew.-%, Cr: 0,4 bis 1,0 Gew.-%, O: 0,003 Gew.-% oder weniger und Rückständen: Fe und unvermeidlichen Unreinheiten ausgebildet sind. Dies macht es möglich, die Bearbeitbarkeit des äußeren Glieds und der Radnabe zu erhalten und die Rollermüdungslebensdauer unter Steigerung der Härtungsleichtigkeit zu verbessern. (Anspruch 3)
Es ist außerdem bevorzugt, dass dem äußeren Glied und der Radnabe V (Vanadium) von 0,01 bis 0,15 Gew.-% zugesetzt ist. Dies macht es möglich, das Wachsen von Austenitkristallkörnern während der Wärmebehandlung zu unterdrücken und dadurch die Austenitkristallkörner zu verfeinern und Karbid mit hoher Härte im Stahlmaterial auszubilden, um die Abriebfestigkeit und Rollermüdungslebensdauer zu verbessern. (Anspruch 4)
Es ist bevorzugt, dass das innere Glied die Radnabe umfasst, die an einem ihrer Enden einen Radanbringungsflansch aufweist und an ihrer Außenumfangsfläche mit einer inneren Laufringfläche, die einer der zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet ist, und dem zylindrischen Abschnitt ausgebildet ist, der axial von der inneren Laufringfläche verläuft, und einen Innenring, der an seinem Außenumfang mit der anderen inneren Laufringfläche ausgebildet ist, welche der anderen der zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet ist; wobei der Innenring axial durch einen verstemmten Abschnitt befestigt ist, der durch plastisches Verformen eines Endes des zylindrischen Abschnitts radial nach außen ausgebildet ist; wobei eine im Wesentlichen konische Aussparung an einem Ende auf der Seite des Radanbringungsflanschs der Radnabe ausgebildet ist, wobei die Tiefe der Aussparung zumindest bis zu einer Position in der Nähe der inneren Laufringfläche der Radnabe verläuft; und die Aussparung derart ausgebildet ist, dass die Wandstärke der Radnabe an ihrem Außenseitenendabschnitt im Wesentlichen konstant ist. Dies ermöglicht, die Starrheit der Lagervorrichtung zu gewährleisten und das Gewicht und die Größe davon zu reduzieren. (Anspruch 5)
Es ist bevorzugt, dass die Bestimmung, die gehärtete Schicht an Schulterabschnitten zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen vorzusehen oder nicht, auf der Grundlage eines Abstands „L” zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen erfolgt, und wobei die gehärtete Schicht nur in den zweireihigen äußeren Laufringflächen vorgesehen ist und die Schulterabschnitte als nicht gehärtete Abschnitte verbleiben. Dies macht es möglich, eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die Probleme des Verbesserns der Schlagbeständigkeit, Festigkeit, Beständigkeit und Genauigkeit und Reduzierung von Herstellungskosten der Lagervorrichtung zur Verlängerung ihrer Lebensdauer lösen kann. (Anspruch 6)
Es ist außerdem bevorzugt, dass der Abstand „L” auf 14 mm eingerichtet ist. Dies macht es möglich, Wärmebehandlungsschritte und die Herstellungskosten zu reduzieren und die Genauigkeit des äußeren Glieds unter Unterdrückung von Verformung aufgrund der Wärmebehandlung zu verbessern. (Anspruch 7)
Es ist außerdem bevorzugt, dass die Einhärtetiefe der gehärteten Schichten der äußeren Glieder auf zumindest 2 mm eingerichtet ist und die Mindestwandstärke an diesen Abschnitten auf zumindest 4 mm eingerichtet ist. Dies ermöglicht, durch Überhitzen bewirkte Zugspannungsrisse zu verhindern und simultan antinomische Probleme des Reduzierens von Gewicht und Größe der Radlagervorrichtung und des Erhöhens ihrer Starrheit und Festigkeit zu lösen.
Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ist es, da sie ein äußeres Glied, das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen ausgebildet ist; ein inneres Glied, das eine Radnabe beinhaltet, welche an einem ihrer Enden einstückig damit einen Radanbringungsflansch ausbildet und an ihrer Außenumfangsfläche mit zweireihigen inneren Laufringflächen ausgebildet ist, welche den zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet sind; und zweireihige Kugeln umfasst, die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen und inneren Laufringflächen des äußeren Glieds bzw. des inneren Glieds enthalten sind, und dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Außenseitenkugelgruppe größer als ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Innenseitenkugelgruppe ist; dass zumindest das äußere Glied und die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, ausgebildet sind; dass die inneren und äußeren Laufringflächen jeweils mit vorgegebenen gehärteten Schichten mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet sind; und dass die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten größer als Nummer 7 ausgewählt ist, möglich, die Lagerstarrheit des Außenseitenabschnitts im Vergleich zum Innenseitenabschnitt unter wirksamer Nutzung des Lagerraums zu erhöhen, und außerdem möglich, die Lagerlebensdauer unter Erhaltung der Eindrucksfestigkeit durch Ausbilden vorgegebener gehärteter Schichten auf vorgegebenen Abschnitten des Lagerglieds durch Hochfrequenzinduktionshärten zu verlängern.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Die beste Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung ist eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend ein äußeres Glied, das an seinem Außenumfang mit einem Körperanbringungsflansch zur Anbringung an einem Kniestück und an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen ausgebildet ist; ein inneres Glied, das eine Radnabe und ein inneres Glied beinhaltet, wobei die Radnabe an einem ihrer Enden einstückig damit einen Radanbringungsflansch ausbildet und an ihrer Außenumfangsfläche mit zweireihigen inneren Laufringflächen ausgebildet ist, welche den zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet sind, und einem zylindrischen Abschnitt, der axial von der inneren Laufringfläche verläuft, wobei der Innenring dazu geeignet ist, auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepasst zu sein und an seinem Außenumfang mit der anderen inneren Laufringfläche ausgebildet zu sein, die der anderen der zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet ist; und zweireihige Rollelemente, die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen und inneren Laufringflächen des äußeren Glieds bzw. des inneren Glieds enthalten sind; und wobei der Innenring durch einen verstemmten Abschnitt, der durch plastisches Verformen des Endes des zylindrischen Abschnitts der Radnabe radial nach außen ausgebildet ist, axial an der Radnabe befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Außenseitenkugelgruppe größer als ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Innenseitenkugelgruppe ist; dass der Außendurchmesser jeder Kugel der Kugelgruppen derselbe ist und die Anzahl von Kugeln der Außenseite größer als die von Kugeln der Innenseite ist, dass das äußere Glied und die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, ausgebildet sind; dass die inneren und äußeren Laufringflächen durch Hochfrequenzinduktionshärten jeweils mit vorgegebenen gehärteten Schichten mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet sind; und dass die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten größer als Nummer 7 ausgewählt ist.
Erste Ausführungsform
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht, die eine erste Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine Querschnittansicht eines äußeren Glieds der Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug von 1, 3 ist eine erläuternde Ansicht, die Muster von gehärteten Schichten des äußeren Glieds zeigt, und 4 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Austenitkristallkorngröße und der Kerbschlagzähigkeit zeigt.
Die Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung, die in 1 gezeigt ist, ist von der Art der dritten Generation, die für ein angetriebenes Rad in Gebrauch ist, und umfasst ein inneres Glied 1, ein äußeres Glied 2 und zweireihige Rollelement-(Kugel-)Gruppen 3, 3, die rollbar zwischen dem inneren und dem äußeren Glied 1, 2 enthalten sind. Das innere Glied 1 umfasst die Radnabe 4 und einen Innenring 5, der über einen vorgegebenen Unterschnitt auf die Radnabe 4 aufgepresst ist.
Die Radnabe 4 ist einstückig mit einem Radanbringungsflansch 6 an seinem Außenseitenende, einer inneren (Außenseiten-)Laufringfläche 4a an seinem Außenumfang und einem zylindrischen Abschnitt 4b ausgebildet, der von der inneren Laufringfläche 4a durch einen schaftförmigen Abschnitt 7 verläuft. Nabenbolzen 6a sind abstandsgetreu an dem Radanbringungsflansch 6 die Peripherie des Radanbringungsflanschs 6 entlang angeordnet, und kreisförmige Öffnungen 6b sind zwischen den Nabenbolzen 6a ausgebildet. Diese kreisförmigen Öffnungen 6b tragen nicht nur zur Reduzierung des Gewichts der Lagervorrichtung bei, sondern außerdem zum Durchgang jeglichen Befestigungswerkzeugs, das zum Zusammenbau und Abbau der Lagervorrichtung benutzt ist.
Der Innenring 5 ist an seinem Außenumfang mit der anderen inneren (Innenseiten-)Laufringfläche 5a ausgebildet und dazu geeignet, zum Ausbilden eines zweireihigen Schrägkugellagers der Rücken-an-Rücken-Duplexart auf den zylindrischen Abschnitt 4b der Radnabe 4 aufgepresst zu sein und axial durch einen verstemmten Abschnitt 4c befestigt zu sein, der durch plastisches Verformen des Endes des zylindrischen Abschnitts 4b ausgebildet ist. Der Innenring 5 und die Kugeln 3 sind aus Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, wie etwa SUJ2, hergestellt und bis zu ihrem Kern derart durch Tauchabschrecken gehärtet, dass sie eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweisen.
Die Radnabe 4 ist aus Stahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C, hergestellt und derart durch Hochfrequenzinduktionshärten gehärtet, dass ein Bereich, der die innere Laufringfläche 4a von der Innenseitenbasis 6c des Radanbringungsflanschs 6 bis zu dem zylindrischen Abschnitt 4b beinhaltet, mit einer gehärteten Schicht 8 (in einer oberen Hälfte von 1 durch Kreuzschraffur gezeigt) mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet ist. Der verstemmte Abschnitt 4c verbleibt nach dem Schmieden mit seiner Oberflächenhärte. Dementsprechend weist der Radanbringungsflansch 6 eine genügende mechanische Festigkeit gegen die Drehbiegebelastung auf, die darauf ausgeübt ist, und die Reibverschleißwiderstandskraft des zylindrischen Abschnitts 4b in einem Bereich, in dem der Innenring 5 aufgepresst ist, kann verbessert und die plastische Verformungsarbeit des verstemmten Abschnitts 4c außerdem ohne jeglichen Mikroriss während des Verstemmungsvorgangs ausgeführt sein.
Das äußere Glied 2 ist einstückig an seinem Außenumfang mit einem Körperanbringungsflansch 2c zur Anbringung an einem Kniestück (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs und an seinem Innenumfang mit einer äußeren Außenseitenlaufringfläche 2a gegenüber der inneren Laufringfläche 4a der Radnabe 4 und einer äußeren Innenseitenlaufringfläche 2b gegenüber der inneren Laufringfläche 5a des Innenrings 5 ausgebildet. Zweireihige Kugelgruppen 3, 3 sind zwischen diesen äußeren und inneren Laufringflächen enthalten und durch Käfige 9, 10 rollbar gehalten. Dichtungen 11, 12 sind innerhalb von Öffnungen mit kreisförmigen Räumen, die zwischen dem äußeren Glied 2 und dem inneren Glied 1 ausgebildet sind, angebracht und verhindern den Austritt von Schmiermittel, das in dem Lager enthalten ist, und den Eintritt von Regenwasser und Staub von außen in das Lager.
Das äußere Glied 2 ist aus Stahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C, hergestellt, und die zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b sind mit einer gehärteten Schicht 13 (in einer oberen Hälfte von 1 durch Kreuzschraffur gezeigt) ausgebildet, die derart durch Hochfrequenzinduktionshärten gehärtet ist, dass sie eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweist. Obgleich die hierin gezeigte Struktur ein zweireihiges Schrägkugellager ist, das Kugeln als Rollelemente 3 benutzt, kann ein zweireihiges Kegelrollenlager benutzt sein, das Kegelrollen als Rollelemente 3 benutzt. Zudem ist die Radlagervorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf die Lagerstruktur einer dritten Generation beschränkt und kann auf Lagerstrukturen der ersten, zweiten und vierten Generation angewendet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, obgleich der Außendurchmesser jeder Kugel 3 derselbe ist, ein Teilkreisdurchmesser PCDo der Außenseitenkugelgruppe 3 größer als ein Teilkreisdurchmesser PCDi der Innenseitenkugelgruppe 3 eingerichtet. Aufgrund einer Differenz bei den Teilkreisdurchmessern PCDi und PCDo ist die Anzahl der Kugelgruppe 3 auf der Außenseite größer als die der Kugelgruppe 3 auf der Innenseite.
Die Radnabe 4 weist eine Umrissgestaltung, die von einer Nutunterseite der inneren Laufringfläche 4a über einen Gegenabschnitt 15 zu dem zylindrischen Abschnitt 4b fortgesetzt ist, einen schaftförmigen Abschnitt 7, der axial von dem Gegenabschnitt 15 über einen abgestuften Abschnitt 7a mit einem Kreisbogenquerschnitt verläuft, und eine Schulter 7b auf, an die der Innenring 5 angrenzt. Eine im Wesentlichen axial verlaufende, konische Aussparung 14 ist an einem Außenseitenendabschnitt der Radnabe 4 zum Reduzieren des Gewichts der Lagervorrichtung ausgebildet. Die Aussparung 14 ist durch Schmieden ausgebildet, und die Tiefe der Aussparung 14 verläuft derart zumindest in die Nähe der Unterseite der inneren Außenseitenlaufringfläche 4a der Radnabe 4, dass der Außenseitenendabschnitt der Radnabe 4 eine im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweist.
Demgegenüber ist in dem äußeren Glied 2 die äußere Außenseitenlaufringfläche 2a aufgrund der Differenz der Teilkreisdurchmesser PCDo und PCDi mit einem größeren Durchmesser als dem der äußeren Innenseitenlaufringfläche 2b ausgebildet. Ein zylindrischer Schulterabschnitt 16 verläuft von der äußeren Außenseitenlaufringfläche 2a zu einem Schulterabschnitt 17 der äußeren Innenseitenlaufringfläche 2b über einen kegeligen Stufenabschnitt 16a.
Eine derartige Radlagervorrichtung ist gewöhnlich derart ausgelegt, dass die Radnabe 4 und das äußere Glied 2 beim Kurvenlauf eines Fahrzeugs eine Belastung aushalten können, die 0,8 × G (G: Schwerebeschleunigung) entspricht. In einem derartigen Fall halten die innere Laufringfläche 4a und die zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b aufgrund der Kontakte mit den Rollelementen die maximale Scherbeanspruchung über eine Tiefe von ungefähr 0,4 mm aus. Da erforderlich ist, dass die gehärteten Schichten 8, 13 zumindest fünf Mal die Tiefe im Falle der maximalen Scherbelastung aufweisen, wird die Tiefe der Einhärteschicht mindestens 2 mm.
Zudem ist es notwendig, die Aushärtung der gehärteten Schichten 8, 13, die durch Hochfrequenzinduktionshärten ausgebildet sind, zusätzlich zu der Mindesttiefe 2 mm zu berücksichtigen. Dementsprechend sind die gehärteten Schichten 8, 13 der inneren Laufringfläche 4a und der zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b zum Erfüllen einer wünschenswerten Rollermüdungslebensdauer derart ausgelegt, dass sie eine Einhärtetiefe (3,5 mm) von ungefähr fünf Mal die Tiefe im Falle der maximalen Scherbeanspruchungstiefe aufweisen, die durch Addieren der Aushärtung aufgrund des Hochfrequenzinduktionshärtens zu der Mindesttiefe von 2 mm bestimmt ist.
Wie in 2 gezeigt, ist, da die Befürchtung besteht, dass durch Überhitzung Zugspannungsrisse bewirkt würden, wenn die Mindestwandstärkenabschnitte (in diesem Falle Nutunterseitenabschnitte der äußeren Laufringflächen 2a, 2b) zu dünn werden, die Mindestwandstärke t1, t2 auf 4 mm mit einem darin verbleibenden nicht gehärteten Abschnitt (nicht gehärtete Schicht) von ungefähr 0,5 mm eingerichtet. Dies macht es möglich, die antinomischen Probleme des Reduzierens von Gewicht und Größe der Lagervorrichtung und des Erhöhens ihrer Starrheit zu lösen und dadurch die Festigkeit und Lebensdauer der Lagervorrichtung zu verbessern.
Gemäß dieser Ausführungsform verbleiben die gehärteten Schichten nur in den zweireihigen Laufringflächen 2a, 2b, und die Innenumfänge der zylindrischen Abschnitte 16, 17 sind nicht gehärtet. Dies ermöglicht, die Wärmebehandlungsschritte und dadurch die Herstellungskosten zu reduzieren und die Genauigkeit des äußeren Glieds 2 unter Unterdrückung von Wärmebehandlungsverformung zu verbessern. Gemäß von einem Anmelder der vorliegenden Anmeldung durchgeführten Tests weist in einem Fall, in dem das äußere Glied 2 wie in dieser Ausführungsform schlanker gemacht ist und der Abstand „L” zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b lang eingerichtet ist, insbesondere in einem Fall von L ≥ 14 mm, wie in 3(a) gezeigt, weist das äußere Glied 2 genügende Starrheit gegen eine Momentbelastung auf, die auf die Lagervorrichtung ausgeübt ist, und im Gegenteil kann nicht nur keine besondere Auswirkung erkannt werden, sondern die Genauigkeit des äußeren Glieds 2 ist verschlechtert, obgleich die gehärtete Schicht 13 fortlaufend auf dem Innenumfang der Schulterabschnitte 16, 17 ausgebildet wäre. Demgegenüber ist in einem Fall, in dem der Abstand „L” zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b L < 14 mm ist, wie in 3(b) gezeigt, die Starrheit des äußeren Glieds 2 durch fortlaufendes Ausbilden der gehärteten Schicht 13 auf dem Innenumfang der Schulterabschnitte 16, 17 erhöht, und es hat sich herausgestellt, dass keinerlei wesentlicher Unterschied weder in der Anzahl der Wärmebehandlungsschritte noch der Wärmebehandlungsverformung bewirkt sein kann.
Wie oben beschrieben, erfolgt die Bestimmung, die gehärtete Schicht 13 an Schulterabschnitten 16, 17 zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b vorzusehen oder nicht, auf der Grundlage eines Abstands „L” zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b. Wenn der Abstand „L” länger als ein vorgegebener Wert (14 mm) ist, sind die gehärteten Schichten 13, 13 nur in den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b ausgebildet, und die Schulterabschnitte 16, 17 verbleiben als nicht gehärtete Abschnitte. Dies macht es möglich, Probleme des Verbesserns der Schlagbeständigkeit, Festigkeit, Beständigkeit und Genauigkeit und Reduzierung von Herstellungskosten der Lagervorrichtung zu lösen und dadurch ihre Lebensdauer zu verlängern.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Radnabe 4 und das äußere Glied 2 aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt mit C: 0,40 bis 0,80 Gew.-% (vorzugsweise 0,70 bis 0,80 Gew.-%), Si: 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Mn: 0,1 bis 2,0 Gew.-%, Cr: 0,4 bis 1,0 Gew.-%, O: 0,003 Gew.-% oder weniger und Rückständen: Fe und unvermeidlichen Unreinheiten ausgebildet. Zudem ist die Härte in einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche der gehärteten Schichten 8, 13 der Laufringflächen mit einer Härte von 670 Hv oder mehr eingerichtet und die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten 8, 13 größer als Nummer 7, in ASTM (American Society for Testing Materials) definiert, ausgewählt.
Die Austenitkristallkörner beinhalten jegliche Korngrenze, die durch Anwenden von Behandlungen zum Herausstellen der Korngrenze, wie etwa beispielsweise Ätzen an Mustern von Zielgliedern, festzustellen ist. Die vorherige Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern kann abweichend von der ASTM benutzt sein. Die Korngröße kann entsprechend einem ASTM-Messverfahren oder durch Umwandeln von Durchschnittswerten der Korngrößennummer von JIS (JIS G 0551 Verfahren zum Testen der Austenitkristallkorngröße von Stahl) in Durchschnittskorngröße erzielt sein.
Die Härte des Austenitkristallkorns ist einer der Faktoren, die die Beschaffenheit von Stahlmaterial in den gehärteten Schichten 8, 13 beeinflussen, und es heißt, dass, je höher die Härte ist und je feiner die Austenitkristallkörner sind, desto höher ist die Kerbschlagzähigkeit. Wie deutlich aus dem Schaubild von 4 ersichtlich, weist die ASTM-Korngröße Nummer 7 eine Kerbschlagzähigkeit in der Oberfläche auf, die 2,5-mal die Kerbschlagzähigkeit der ASTM-Korngröße Nummer 4 beträgt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es, da die Härte in einem Abschnitt einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche der gehärteten Schichten 8, 13 mit einer Härte von über 670 Hv eingerichtet ist, möglich, eine elastische Verformungsmenge, die durch die Druckbeanspruchung bewirkt ist, welche durch die Rollelemente 3 ausgeübt ist, zu unterdrücken und dadurch die Scherbeanspruchung zu unterdrücken, die auf jede Laufringfläche ausgeübt ist. Zudem ist es, da die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten 8, 13 größer als Nummer 7 ausgewählt ist, möglich, die Beständigkeit gegen die Biegebeanspruchung und die Zugbeanspruchung, die durch Momentbelastung bewirkt ist, welche über den Radanbringungsflansch 6 auf die Lagervorrichtung ausgeübt ist, zu verbessern, in der Austenitkristallkorngrenze bewirkte Spannungskonzentration zu reduzieren, die Rollermüdungslebensdauer unter Unterdrückung des Öffnens von Ermüdungsrissen zu verbessern und außerdem die Eindrucksfestigkeit mit dem Erhöhen der Kerbschlagzähigkeit zu verbessern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Heiztemperatur zum Warmschmieden innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eingerichtet, um die Austenitkristallkorngröße zu minimieren. Das bedeutet, die Heiztemperatur beim Hochfrequenzinduktionshärten zum Ausbilden der gehärteten Schichten 8, 13 ist in einem Bereich von 900 bis 1100°C eingerichtet. Wenn die Heiztemperatur 1100°C übersteigt, wächst die Austenitkristallkorngröße auf eine voluminöse Größe an, und wenn andererseits die Heiztemperatur geringer als 900°C ist, kann die metallografische Struktur nicht genügend erweicht werden und dadurch die Bearbeitbarkeit außerordentlich herabgesetzt.
Andere Legierungselemente Mn, Si, Cr, S, O sind neben C dem Stahlmaterial zum Ausbilden des äußeren Glieds 2 und der Radnabe 4 zugesetzt. Mn ist in einer Menge von 0,1 bis 2,0 Gew.-% zum Verbessern der Härtungsleichtigkeit und zum Ausbilden der vorgegebenen gehärteten Schichten wie vorstehend beschrieben zugesetzt. Wenn die Menge an Mn weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, kann die Stärke der gehärteten Schichten nicht in genügendem Maß erzielt sein, und andererseits, wenn die Menge an Mn 2,0 Gew.-% übersteigt, ist die Bearbeitbarkeit herabgesetzt.
Ein Element Si ist in einer Menge von 0,5 bis 1,0 Gew.-% zum Verbessern der Rollermüdungslebensdauer unter Stärkung des Martensits zugesetzt. Wenn die Menge an Si weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, können Wirkungen der Härtungsleichtigkeit nicht in genügendem Maß erzielt sein, und andererseits, wenn die Menge an Si 1,0 Gew.-% übersteigt, ist nicht nur die Bearbeitbarkeit herabgesetzt, sondern auch die Entkohlung nach dem Schmieden erhöht.
Gleicherweise wie Si kann ein Element Cr ebenfalls die der Rollermüdungslebensdauer unter Stärkung des Martensits verbessern und ist daher in einer Menge von 0,4 bis 1,0 Gew.-% zugesetzt. Wenn die Menge an Cr weniger als 0,4 Gew.-% beträgt, können Wirkungen der Härtungsleichtigkeit nicht in genügendem Maß erzielt sein, und andererseits, wenn die Menge an Si 1,0 Gew.-% übersteigt, ist die Bearbeitbarkeit herabgesetzt.
Ein Element S ist ebenfalls zugesetzt. Da jedoch Befürchtungen bestehen, dass S dazu neigt, nichtmetallische Einschlüsse, wie etwa MnS, in Stahl auszubilden und einen Anfangsbewirkungspunkt für Abschälen in der gehärteten Schicht ausbildet, ist bevorzugt, dass die Menge an S so klein wie möglich ist und damit auf 0,03 Gew.-% oder weniger begrenzt ist. Gleicherweise ist, da ein Element O dazu neigt, nichtmetallische Einschlüsse, wie etwa Al₂O₃, in Stahl auszubilden und dadurch die Rollermüdungslebensdauer negativ beeinflusst, die Menge an 0 auf 0,003 Gew.-% oder weniger begrenzt.
Zudem sind dem Stahlmaterial andere Legierungselemente zugesetzt, um das Wachsen von Austenitkristallkörnern zu unterdrücken und sie zu verfeinern. Genauer gesagt ist ein Element V in einer Menge von 0,01 bis 0,15 Gew.-% zugesetzt. V neigt dazu, Karbide mit großer Härte in Stahl auszubilden und ist zum Verbessern der Abriebfestigkeit und der Rollermüdungslebensdauer wirksam. Wenn die Menge an V 0,15 Gew.-% übersteigt, ist die Bearbeitbarkeit herabgesetzt, und wenn andererseits die Menge an V weniger als 0,01 Gew.-% beträgt, sind keine Auswirkungen zum Verbessern der Lebensdauer zu erwarten. Andere Elemente als V, wie etwa Nb oder Ti, die ähnliche Wirkungen aufweisen, können zugesetzt sein.
Wie oben stehend beschrieben, ist es gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da ein Teilkreisdurchmesser PCDo der Außenseitenkugelgruppe 3 größer als ein Teilkreisdurchmesser PCDi der Innenseitenkugelgruppe 3 eingerichtet ist und aufgrund einer Differenz bei den Teilkreisdurchmessern PCDi und PCDo die Anzahl der Kugelgruppe 3 auf der Außenseite größer als die der Kugelgruppe 3 auf der Innenseite ist, möglich, die Lebensdauer der Radlagervorrichtung in einem Makroblickpunkt unter Erhöhen der Außenseitenlagerstarrheit im Vergleich zur Innenseitenlagerstarrheit durch wirksames Nutzen des Lagerraums zu verlängern. Zudem ist es, da vorgegebene gehärtete Schichten durch Hochfrequenzinduktionshärten usw. auf dem vorgegebenen Stahlglied der Lagervorrichtung ausgebildet sind, möglich, die Lebensdauer der Radlagervorrichtung in einem Mikroblickpunkt unter Gewährleistung der Eindrucksfestigkeit zu verlängern.
Zweite Ausführungsform
5 ist eine Längsschnittansicht, die eine zweite Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel, das auf ein Antriebsrad angewendet ist. Dieselben Bezugszeichen sind hierin zum Bezeichnen gleicher Teile wie jene mit gleichen Funktionen, die in der ersten Ausführungsform benutzt sind, benutzt, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Lagervorrichtung für ein Fahrzeugrad der vorliegenden Erfindung, die in 5 gezeigt ist, ist von der Art der dritten Generation, die für ein Antriebsrad in Gebrauch ist, und umfasst ein inneres Glied 18, ein äußeres Glied 19 und zweireihige Rollelement-(Kugel-)Gruppen 3, 3, die rollbar zwischen dem inneren und dem äußeren Glied 18, 19 enthalten sind. Das innere Glied 18 umfasst die Radnabe 20 und einen Innenring 5, der über einen vorgegebenen Unterschnitt auf die Radnabe 20 aufgepresst ist.
Die Radnabe 20 ist einstückig mit einem Radanbringungsflansch 6 an seinem Außenseitenende, einer inneren (Außenseiten-)Laufringfläche 4a an seinem Außenumfang und einem zylindrischen Abschnitt 4b ausgebildet, der von der inneren Laufringfläche 4a durch einen schaftförmigen Abschnitt 7 verläuft. Die Radnabe 20 ist außerdem am Innenumfang mit einer Kerbung (Keil) 20a zum Übertragen eines Drehmoments ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, obgleich der Außendurchmesser jeder Kugel 3 derselbe ist, ein Teilkreisdurchmesser PCDo der Außenseitenkugelgruppe 3 größer als ein Teilkreisdurchmesser PCDi der Innenseitenkugelgruppe 3 eingerichtet. Aufgrund einer Differenz bei den Teilkreisdurchmessern PCDi und PCDo ist die Anzahl der Kugelgruppe 3 auf der Außenseite größer als die der Kugelgruppe 3 auf der Innenseite.
Die Radnabe 20 weist eine Umrissgestaltung, die von einer Nutunterseite der inneren Laufringfläche 4a über einen Gegenabschnitt 15 zu dem zylindrischen Abschnitt 4b fortgesetzt ist, einen schaftförmigen Abschnitt 7, der axial von dem Gegenabschnitt 15 verläuft, und eine Schulter 7b auf, an die der Innenring 5 angrenzt. Die Radnabe 20 ist derart mit einer vorgegebenen gehärteten Schicht 8 ausgebildet, dass ein Bereich die innere Laufringfläche 4a beinhaltet und ein Abschnitt den schaftförmigen Abschnitt 7, den abgestuften Abschnitt 7c, den Schulterabschnitt 7b und den zylindrischen Abschnitt 4b beinhaltet. Zum Erfüllen einer wünschenswerten Rollermüdungslebensdauer ist die Tiefe der gehärteten Schicht 8 derart ausgelegt, dass sie eine Einhärtetiefe (3,5 mm) von ungefähr fünf Mal die Tiefe im Falle der maximalen Scherbeanspruchungstiefe aufweist.
Das äußere Glied 19 ist einstückig an seinem Außenumfang mit einem Körperanbringungsflansch 2c zur Anbringung an einem Kniestück (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs und an seinem Innenumfang mit einer äußeren Außenseitenlaufringfläche 2a gegenüber der inneren Laufringfläche 4a der Radnabe 20 und einer äußeren Innenseitenlaufringfläche 2b gegenüber der inneren Laufringfläche 5a des Innenrings 5 ausgebildet. Zweireihige Kugelgruppen 3, 3 sind zwischen diesen äußeren und inneren Laufringflächen enthalten und durch Käfige 9, 10 rollbar gehalten.
Die äußere Außenseitenlaufringfläche 2a des äußeren Glieds 19 weist aufgrund einer Differenz bei den Teilkreisdurchmessern PCDo und PCDi einen Durchmesser auf, der größer als der der äußeren Innenseitenlaufringfläche 2b ist. Ein Stufenabschnitt 19a mit einem Kreisbogenquerschnitt ist zwischen einem Schulterabschnitt 16 der äußeren Außenseitenlaufringfläche 2a und einem Schulterabschnitt 17 der äußeren Innenseitenlaufringfläche 2b ausgebildet. Das äußere Glied 19 ist aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C, ausgebildet, und die zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b sind mit einer gehärteten Schicht 13 (in einer oberen Hälfte von 5 durch Kreuzschraffur gezeigt) mit einer Oberflächenhärte ausgebildet, die derart durch Hochfrequenzinduktionshärten gehärtet ist, dass sie eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweist.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform sind die Mindestwandstärken t1, t2 auf 4 mm mit einem darin verbleibenden nicht gehärteten Abschnitt von ungefähr 0,5 mm eingerichtet. Zudem sind, da der Abstand „L” zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b länger als 14 mm ist, die gehärteten Schichten 13, 13 nur in den zweireihigen äußeren Laufringflächen 2a, 2b ausgebildet, und die Schulterabschnitte 16, 17 verbleiben als nicht gehärtete Abschnitte. Dies macht es möglich, Probleme des Verbesserns der Schlagbeständigkeit, Festigkeit, Beständigkeit und Genauigkeit und Reduzierung von Herstellungskosten der Lagervorrichtung zu lösen und dadurch ihre Lebensdauer zu verlängern.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Offensichtlich werden dem Durchschnittsfachmann nach dem Lesen und Verstehen der vorstehenden detaillierten Beschreibung Modifikationen und Veränderungen in den Sinn kommen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung insofern als alle derartigen Veränderungen und Modifikationen beinhaltend ausgelegt wird, als sie unter den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ist auf jegliche Lagervorrichtung der ersten bis vierten Generation, gleichwohl für das Antriebsrad wie für das angetriebenes Rad, anwendbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Eine Längsschnittansicht, die eine erste Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt;
[2] Eine Querschnittansicht eines äußeren Glieds der Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug von 1;
[3] Erläuternde Ansichten, die Muster von gehärteten Schichten des äußeren Glieds zeigen, wobei 3(a) einen Fall von L ≥ 14 mm und 3(b) einen Fall von L < 14 mm zeigt;
[4] Ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Austenitkristallkorngröße und der Kerbschlagzähigkeit zeigt;
[5] Eine Längsschnittansicht, die eine zweite Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt; und
[6] Eine Längsschnittansicht, die eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug des Stands der Technik zeigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die Probleme des Verbesserns der Schlagbeständigkeit, Festigkeit, Beständigkeit und Genauigkeit und Reduzierung von Herstellungskosten der Lagervorrichtung zur Verlängerung ihrer Lebensdauer lösen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend ein äußeres Glied, das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen ausgebildet ist; ein inneres Glied, das eine Radnabe beinhaltet, welche an einem ihrer Enden einstückig damit einen Radanbringungsflansch ausbildet und an ihrer Außenumfangsfläche mit zweireihigen inneren Laufringflächen ausgebildet ist, welche den zweireihigen äußeren Laufringflächen gegenüberliegend angeordnet sind; und zweireihige Kugeln, die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen und inneren Laufringflächen des äußeren Glieds bzw. des inneren Glieds enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Außenseitenkugelgruppe größer als ein Teilkreisdurchmesser der zweireihigen Innenseitenkugelgruppe ist; dass zumindest das äußere Glied und die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, ausgebildet sind; dass die inneren und äußeren Laufringflächen jeweils mit vorgegebenen gehärteten Schichten mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet sind; und dass die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten größer als Nummer 7 ausgewählt ist.

1, 18: inneres Glied
2, 19: äußeres Glied
3: Rollelement
4, 20: Radnabe
4a, 5a: innere Laufringfläche
4b: zylindrischer Abschnitt
4c: verstemmter Abschnitt
5: Innenring
6: Radanbringungsflansch
6a: Nabenbolzen
6b: kreisförmige Öffnung
6c: Basisabschnitt
7: schaftförmiger Abschnitt
7a, 7c, 16a, 19a: abgestufter Abschnitt
7b, 16, 17: Schulterabschnitt
8, 13: gehärtete Schicht
9, 10: Käfig
11, 12: Dichtung
14: ausgesparter Abschnitt
15: Gegenabschnitt
20a: Kerbung
50: Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug
51: äußeres Glied
51a: äußere Außenseitenlaufringfläche
51b: äußere Innenseitenlaufringfläche
51c: Körperanbringungsflansch
52: Radnabe
52a, 54a: innere Laufringfläche
52b: zylindrischer Abschnitt
52c: verstemmter Abschnitt
53: Radanbringungsflansch
54: Innenring
55: inneres Glied
56, 57: Kugel
58, 59: Käfig
60, 61: Dichtung
62, 63: Schulterabschnitt
D1: Teilkreisdurchmesser der Außenseitenkugeln
D2: Teilkreisdurchmesser der Innenseitenkugeln
L: Abstand zwischen zweireihigen äußeren Laufringflächen
P: Teilkreis zwischen zweireihigen äußeren Laufringflächen
PCDo: Teilkreisdurchmesser der Außenseitenkugelgruppe
PCDi: Teilkreisdurchmesser der Innenseitenkugelgruppe
t1, t2: Mindestwandstärke des äußeren Glieds

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 108449/2004 [0007]

Claims

Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad, umfassend: ein äußeres Glied (2, 19), das an seinem Innenumfang mit zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) ausgebildet ist; ein inneres Glied (1, 18), das eine Radnabe (4, 20) beinhaltet, welche an einem ihrer Enden einstückig damit einen Radanbringungsflansch (6) ausbildet und an ihrer Außenumfangsfläche mit zweireihigen inneren Laufringflächen (4a, 5a) ausgebildet ist, welche den zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) gegenüberliegend angeordnet sind; und zweireihige Kugeln (3, 3), die frei rollbar zwischen den äußeren Laufringflächen (2a, 2b) und inneren Laufringflächen (4a, 5a) des äußeren Glieds (2, 19) bzw. des inneren Glieds (1, 18) enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilkreisdurchmesser (PCDo) der zweireihigen Kugelgruppe (3) der Außenseite größer als ein Teilkreisdurchmesser (PCDi) der zweireihigen Kugelgruppe (3) der Innenseite ist; dass zumindest das äußere Glied (2, 19) und die Radnabe (4, 20) aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, ausgebildet sind; dass die inneren und äußeren Laufringflächen (4a, 5a; 2a, 2b) jeweils mit vorgegebenen gehärteten Schichten (8, 13) mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC ausgebildet sind; und dass die Korngrößennummer von Austenitkristallkörnern von metallografischer Struktur in den gehärteten Schichten (8, 13) größer als Nummer 7 ausgewählt ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser jeder Kugel (3) der Kugelgruppen derselbe ist und die Anzahl von Kugeln (3) der Außenseite größer als die von Kugeln (3) der Innenseite ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das äußere Glied (2, 19) und die Radnabe (4, 20) aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem/hohem Kohlenstoffgehalt mit Si: 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Mn: 0,1 bis 2,0 Gew.-%, Cr: 0,4 bis 1,0 Gew.-%, O: 0,003 Gew.-% oder weniger und Rückständen: Fe und unvermeidlichen Unreinheiten ausgebildet sind.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dem äußeren Glied (2, 19) und der Radnabe (4, 20) V von 0,01 bis 0,15 Gew.-% zugesetzt ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das innere Glied (1) die Radnabe (4) umfasst, die an einem ihrer Enden einen Radanbringungsflansch (6) aufweist und an ihrer Außenumfangsfläche mit einer inneren Laufringfläche (4a), die einer (2a) der zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) gegenüberliegend angeordnet ist, und dem zylindrischen Abschnitt (4a) ausgebildet ist, der axial von der inneren Laufringfläche (4a) verläuft, und einen Innenring (5), der an seinem Außenumfang mit der anderen inneren Laufringfläche (5a) ausgebildet ist, welche der anderen (2b) der zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) gegenüberliegend angeordnet ist; wobei der Innenring (5) axial durch einen verstemmten Abschnitt (4c) befestigt ist, der durch plastisches Verformen eines Endes des zylindrischen Abschnitts (4b) radial nach außen ausgebildet ist; wobei eine im Wesentlichen konische Aussparung (14) an einem Ende auf der Seite des Radanbringungsflanschs der Radnabe (4) ausgebildet ist; wobei die Tiefe der Aussparung (14) zumindest bis zu einer Position in der Nähe der inneren Laufringfläche (4a) der Radnabe (4) verläuft; und die Aussparung (14) derart ausgebildet ist, dass die Wandstärke der Radnabe (4) an ihrem Außenseitenendabschnitt im Wesentlichen konstant ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bestimmung, die gehärtete Schicht (13) an Schulterabschnitten (16, 17) zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) vorzusehen oder nicht, auf der Grundlage eines Abstands „L” zwischen den zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) erfolgt, und wobei die gehärtete Schicht (13) nur in den zweireihigen äußeren Laufringflächen (2a, 2b) vorgesehen ist und die Schulterabschnitte (16, 17) als nicht gehärtete Abschnitte verbleiben.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach Anspruch 6, wobei der Abstand „L” auf 14 mm eingerichtet ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Einhärtetiefe der gehärteten Schichten (13) der äußeren Glieder (2, 19) auf zumindest 2 mm eingerichtet ist und die Mindestwandstärke (t1, t2) an diesen Abschnitten auf zumindest 4 mm eingerichtet ist.