DE112009002704T5

DE112009002704T5 - Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112009002704T5
Application number: DE112009002704T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Komori
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: JP5506181B2; CN102202913B; WO2010052897A1; US8794844B2; DE112009002704B4; US20110206307A1; CN102202913A; JP2010112446A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug, die Probleme des Standes der Technik lösen kann und die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt infolge seiner Ausbildung verhindern kann und somit die Festigkeit des gestauchten Abschnitts sowie die Langlebigkeit der Radnabe verbessern kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein äußeres Element; ein inneres Element, das eine Radnabe und mindestens einen Innenring enthält; doppelreihige Kugeln, die zwischen den äußeren Laufflächen und inneren Laufflächen frei rollfähig aufgenommen sind; und wobei der Innenring relativ zu der Radnabe axial durch einen gestauchten Abschnitt befestigt ist, der durch plastisches Verformen des zylindrischen Abschnitts radial auswärts gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der 0,40–0,80 Gewichts Kohlenstoff enthält und dessen ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung zum frei drehbaren Stützen eines Rades eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Automobils, relativ zu einer Aufhängungsvorrichtung, und betrifft insbesondere eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer selbsttragenden Struktur, wobei ein Innenring der Lagervorrichtung an einer Radnabe durch Pendelstauchen der Radnabe befestigt wird, und mit einer großen Langlebigkeit der Radnabe, wobei die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt infolge des Stauchvorgangs unterdrückt wird, um die Festigkeit des gestauchten Abschnitts zu erhöhen.
Beschreibung des Standes der Technik
Es gibt Radlagervorrichtungen, die für Laufräder und angetriebene Räder verwendet werden, und es sind Radlagervorrichtungen entwickelt worden, die auf niedrige Herstellungskosten ausgelegt sind und die leicht und kompakt sind, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. So ist, als ein repräsentatives Beispiel, eine Radlagervorrichtung für ein angetriebenes Rad nach dem Stand der Technik bekannt, wie es in 4 gezeigt ist.
Diese Radlagervorrichtung wird als ein Typ der dritten Generation bezeichnet und umfasst ein Wellenelement (Radnabe) 51, einen Innenring 52, einen Außenring 53 und doppelreihige Kugeln 54, 54. An einem Ende des Wellenelements 51 ist integral ein Radmontageflansch 55 ausgebildet, an dem ein (nicht gezeigtes) Rad zu montieren ist; am Außenumfang des Wellenelements ist eine innere Lauffläche 51a ausgebildet; und von der inneren Lauffläche 51a erstreckt sich axial ein zylindrischer Abschnitt 51b.
Der Innenring 52, der an seinem Außenumfang mit einer inneren Lauffläche 52a versehen ist, wird auf den zylindrischen Abschnitt 51b des Wellenelements 51 gepresst. Ein axiales Herunterrutschen des Innenrings 52 von dem Wellenelement 51 kann durch einen gestauchten Abschnitt 51c verhindert werden, der durch plastisches Verformen des Endabschnitts des zylindrischen Abschnitts 51b des Wellenelements 51 radial auswärts gebildet wird.
Der Außenring 53 weist an seinem Außenumfang einen Karosseriemontageflansch 53b und an seinem Innenumfang doppelreihige äußere Laufflächen 53a, 53a auf. Die doppelreihigen Kugeln 54, 54 sind rollfähig zwischen den doppelreihigen äußeren Laufflächen 53a, 53a und den inneren Laufflächen 51a, 52a gegenüber den doppelreihigen äußeren Laufflächen 53a, 53a aufgenommen.
Eine Dicke eines zylindrischen Endes 56 zum Ausbilden des gestauchten Abschnitts 51c ist in einem Zustand vor der Stauchverformung des zylindrischen Endes 56 radial auswärts zu ihrem Spitzenende hin verringert. Die Dicke des gestauchten Abschnitts 51c, der gegen die größere Endfläche 52b des Innenrings 52 presst und der durch Aufweiten des zylindrischen Abschnitts 56 radial auswärts gebildet wird, verringert sich im Vergleich zu dem Basisende des zylindrischen Endes 56 allmählich zu ihrem Spitzenende hin.
Auf diese Weise braucht keine übermäßig große Kraft an das zylindrische Ende 56 angelegt zu werden, um es plastisch zu verformen und den gestauchten Abschnitt 51c zu bilden. Dementsprechend ist es möglich, Risse in dem gestauchten Abschnitt 51c, die während des Stauchvorgangs entstehen, zu verhindern und eine übermäßige Verformung des Durchmessers des Innenrings 52 zu verhindern, wodurch Langlebigkeitsfaktoren, wie zum Beispiel Vorbeanspruchung und/oder Laufflächenlebensdauer, beeinflusst werden.
Dokument des Standes der Technik
Patentdokument

Referenzpatentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 272903/1998

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Obgleich es möglich ist, eine übermäßige Verformung des Innenrings 52 der Radlagervorrichtung des Standes der Technik zu unterdrücken, sind mitunter Mikrorisse ein einem Spitzenende des gestauchten Abschnitts 51c entstanden, so dass befürchtet wird, dass die Festigkeit des gestauchten Abschnitts 51c nicht mehr ausreichen könnte. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bemerkt, dass dieses Problem durch zweckmäßige Auswahl von Faktoren für die Herstellung der Radlagervorrichtung gelöst werden konnte, wie zum Beispiel Materialien, Abmessungen usw. Das heißt, es muss die Festigkeit des gestauchten Abschnitts 51c gewährleistet werden, damit er nicht durch die Axiallast und/oder Momentlast, die auf die Radlagervorrichtung wirkt, zerstört wird, da der gestauchte Abschnitt 51c immer die Axialkraft (Presskraft) an den Innenring 52 weiterleitet. Um die Festigkeit des gestauchten Abschnitts 51c zu gewährleisten, ist es notwendig, die Umformleistung (den Stauchungsgrad) zu mindern. Je größer die Umformleistung, desto mehr Mikrorisse entstehen im Spitzenende des gestauchten Abschnitts 51c.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche die Probleme des Standes der Technik lösen kann und die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt infolge seiner Ausbildung verhindern kann und somit die Festigkeit des gestauchten Abschnitts sowie die Langlebigkeit der Radnabe verbessern kann.
Mittel zum Lösen der Probleme
Zum Erfüllen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein äußeres Element, an dessen Innenumfang doppelreihige äußere Laufflächen ausgebildet sind; ein inneres Element, das eine Radnabe und mindestens einen Innenring enthält, wobei die Radnabe an ihrem einen Ende mit einem integral ausgebildeten Radmontageflansch versehen ist und an ihrem Außenumfang einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei der Innenring mit einer vorgegebenen Presspassung auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepresst ist und an ihrem Außenumfang gegenüber der innenseitigen äußeren Lauffläche des äußeren Elements eine innere Lauffläche aufweist; doppelreihige Kugeln, die zwischen den äußeren Laufflächen und inneren Laufflächen des äußeren Elements bzw. des inneren Elements frei rollfähig mittels Käfigen aufgenommen sind; und wobei der Innenring relativ zu der Radnabe axial durch einen gestauchten Abschnitt befestigt ist, der durch plastisches Verformen des zylindrischen Abschnitts radial auswärts gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält und dessen ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt ist.
Bei der Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer selbsttragende Struktur, bei der der Innenring auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepresst wird und durch den gestauchten Abschnitt axial an einer Radnabe befestigt wird, ist – da die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält und dessen ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt ist – eine jeweilige Länge von Kornkristallen, die ansonsten den Ausbreitungspfad von Rissen bildet, verringert, und somit ist es möglich, die Festigkeit der Radnabe, d. h. des gestauchten Abschnitts, zu verbessern, indem die Entstehung von Rissen während des Stauchvorgangs verhindert wird.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 2 definiert, dass die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, das die Elemente C: 0,50–0,70 Gewichts-%, Mn: 0,1–2,0 Gewichts-%, Cr: 1,0 Gewichts-% oder weniger und Restmengen: Fe und unvermeidliche Verunreinigungen enthält. Dadurch ist es möglich, die Stauchfähigkeit zu gewährleisten und die Laufflächenlebensdauer zu verbessern und gleichzeitig die Härtbarkeit zu verbessern.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 3 definiert, dass ein Element S, das in der Radnabe enthalten ist, auf maximal 0,02 Gewichts-% begrenzt ist. Dies ermöglicht es, eine Verringerung der Duktilität und somit die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt durch den Stauchvorgang zu verhindern.
Es ist außerdem bevorzugt, wie in Anspruch 4 definiert, dass ein Element Si, das in der Radnabe enthalten ist, auf maximal 0,2 Gewichts-% begrenzt ist. Dies ermöglicht ebenfalls, eine Verringerung der Duktilität und somit die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt durch den Stauchvorgang zu verhindern.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 5 definiert, dass die Umformleistung (La – Lb)/La des Stauchvorgangs auf maximal 0,55 eingestellt ist, wobei „La” eine Länge des Abstehens von der größeren Endfläche des Innenrings vor dem Stauchen des zylindrischen Abschnitts ist und „Lb” eine Höhe des gestauchten Abschnitts ist. Dadurch ist es möglich, die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt zu einem großen Teil zu verringern.
Es ist außerdem bevorzugt, wie in Anspruch 6 definiert, dass die Radnabe direkt an ihrem Außenumfang mit einer inneren Lauffläche gegenüber der außenseitigen äußeren Lauffläche der doppelreihigen äußeren Laufflächen versehen ist, dass die innere Lauffläche und eine Region von der inneren seitlichen Basis des Radmontageflansches zu dem zylindrischen Abschnitt durch Hochfrequenz-Induktionshärtung auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC gehärtet ist, und dass der gestauchte Abschnitt nicht gehärtet ist und nach dem Schmieden bei einer Oberflächenhärte von 13–30 HRC bleibt. Dadurch ist es möglich, Gewicht und Größe der Radlagervorrichtung kompakt zu halten und die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt während des Stauchvorgangs zu verhindern und somit die Langlebigkeit der Radnabe zu verbessern und gleichzeitig die Festigkeit des gestauchten Abschnitts zu erhöhen.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 7 definiert, dass ein Lochkreisdurchmesser der außenseitigen Kugelgruppe größer eingestellt ist als ein Lochkreisdurchmesser der innenseitigen Kugelgruppe. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit und Steifigkeit der Radnabe zu erhöhen und somit die Langlebigkeit der Radnabe zu verbessern und gleichzeitig den Lagerraum effektiv zu nutzen, der durch die unterschiedlichen Lochkreisdurchmesser gewonnen wird. Weil die Distanz zwischen Wirkpunkten des doppelreihigen Lagers um einen Ausdehnungsbetrag des Lochkreisdurchmessers der außenseitigen Rollelement(Kugel)-Reihe vergrößert wird, ist es außerdem möglich, die Steifigkeit und Lebensdauer des gesamten Radlagers zu verbessern.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 8 definiert, dass die Anzahl der außenseitigen Kugeln der doppelreihigen Kugeln größer eingestellt ist als die Anzahl der innenseitigen Kugeln. Dadurch ist es möglich, die Tragfähigkeit des Radlagers zu erhöhen.
Es ist außerdem bevorzugt, wie in Anspruch 9 definiert, dass der Außendurchmesser jeder Kugel der außenseitigen Kugelgruppe der doppelreihigen Kugeln kleiner eingestellt ist als der Außendurchmesser jeder Kugel der innenseitigen Kugelgruppe. Dadurch ist es möglich, die Tragfähigkeit des Radlagers zu erhöhen und gleichzeitig auf eine Verringerung von Gewicht und Größe des Radlagers abzuzielen.
Auswirkungen der Erfindung
Weil die erfindungsgemäße Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug Folgendes umfasst: ein äußeres Element, an dessen Innenumfang doppelreihige äußere Laufflächen ausgebildet sind; ein inneres Element, das eine Radnabe und mindestens einen Innenring enthält, wobei die Radnabe an ihrem einen Ende mit einem integral ausgebildeten Radmontageflansch versehen ist und an ihrem Außenumfang einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei der Innenring mit einer vorgegebenen Presspassung auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepresst ist und an ihrem Außenumfang gegenüber der innenseitigen äußeren Lauffläche des äußeren Elements eine innere Lauffläche aufweist; doppelreihige Kugeln, die zwischen den äußeren Laufflächen und den inneren Laufflächen des äußeren Elements bzw. des inneren Elements frei rollfähig aufgenommen sind, wobei der Innenring relativ zu der Radnabe axial durch einen gestauchten Abschnitt befestigt ist, der durch plastisches Verformen des zylindrischen Abschnitts radial auswärts gebildet wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält und dessen ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt ist, wird eine jeweilige Länge von Kornkristallen, die ansonsten den Ausbreitungspfad von Rissen bildet, verringert, und somit ist es möglich, die Festigkeit der Radnabe, d. h. des gestauchten Abschnitts, zu verbessern, indem die Entstehung von Rissen während des Stauchvorgangs verhindert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Eine Längsschnittansicht, die eine erste Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt;
[2(a)] Eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Zustand eines zylindrischen Endes einer Radnabe von 1 vor dem Stauchvorgang zeigt;
[2(b)] Eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Zustand eines zylindrischen Endes einer Radnabe von 1 nach vollendetem Stauchvorgangs zeigt;
[3] Eine Längsschnittansicht, die eine zweite Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt; und
[4] Eine Längsschnittansicht, die eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug des Standes der Technik zeigt.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Praktizierung der Erfindung
Ein bevorzugtes Verfahren zur Praktizierung der Erfindung ist eine Lagervorrichtung für ein Rad eines Fahrzeugs, die Folgendes umfasst: ein äußeres Element, an dessen Außenumfang ein Karosseriemontageflansch ausgebildet ist, der an einem Achsschenkel zu montieren ist, und an dessen Innenumfang doppelreihige äußere Laufflächen ausgebildet sind; ein inneres Element, das eine Radnabe und mindestens einen Innenring enthält, wobei die Radnabe an ihrem einen Ende mit einem integral ausgebildeten Radmontageflansch versehen ist und an seinem Außenumfang eine innere Lauffläche gegenüber einer der doppelreihigen äußeren Laufflächen und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei der Innenring mit einer vorgegebenen Presspassung auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepresst ist und an ihrem Außenumfang gegenüber der innenseitigen äußeren Lauffläche des äußeren Elements eine innere Lauffläche aufweist; doppelreihige Kugeln, die zwischen den äußeren Laufflächen und inneren Laufflächen des äußeren Elements bzw. des inneren Elements frei rollfähig mittels Käfigen aufgenommen sind; und wobei der Innenring relativ zu der Radnabe axial durch einen gestauchten Abschnitt befestigt ist, der durch plastisches Verformen des zylindrischen Abschnitts radial auswärts gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält und bevorzugt die Elemente C: 0,50–0,70 Gewichts-%, Mn: 0,1–2,0 Gewichts-%, Cr: maximal 1,0 Gewichts-%, Si: maximal 0,2 Gewichts-%, S: maximal 0,02 Gewichts-%, und Restmengen: Fe und unvermeidliche Verunreinigungen enthält und dessen ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt ist, und dass die Umformleistung (La – Lb)/La des Stauchvorgangs auf maximal 0,55 eingestellt wird, wobei „La” eine Länge des Abstehens von der größeren Endfläche des Innenrings vor dem Stauchen des zylindrischen Abschnitts ist und „Lb” eine Höhe des gestauchten Abschnitts ist.
Erste Ausführungsform
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht, die eine erste Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt; 2(a) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Zustand eines zylindrischen Endes einer Radnabe von 1 vor dem Stauchvorgang zeigt; und 2(b) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Zustand eines zylindrischen Endes einer Radnabe von 1 nach vollendetem Stauchvorgang zeigt. In der folgenden Beschreibung wird eine distale Seite einer Radlagervorrichtung, wenn sie an einem Fahrzeug montiert ist, als eine „Außenseite” bezeichnet (eine linke Seite in 1), und eine proximale Seite einer Radlagervorrichtung wird als eine „Innenseite” bezeichnet (eine rechte Seite in 1).
Die in 1 gezeigte Lagervorrichtung für ein Rad eines Fahrzeugs der vorliegenden Erfindung ist ein Typ der dritten Generation, der für ein angetriebenes Rad verwendet wird, und umfasst ein inneres Element 1, ein äußeres Element 10 und doppelreihige Rollelemente (Kugeln) 6, 6, die rollfähig zwischen den inneren und äußeren Elementen 1, 10 aufgenommen sind. Das innere Element 1 umfasst die Radnabe 2 und einen Innenring 3, der mit einer vorgegebenen Presspassung auf die Radnabe 2 gepresst ist.
Die Radnabe 2 ist an seinem außenseitigen Ende mit einem integral ausgebildeten Radmontageflansch 4 versehen, an dem Nabenbolzen 5 in gleichmäßigem Abstand entlang seines Umfangs angeordnet sind. Die Radnabe 2 weist an seinem Außenumfang eine (außenseitige) innere Lauffläche 2a auf und hat einen zylindrischen Abschnitt 2b, der sich von der inneren Lauffläche 2a durch einen Schulterabschnitt 11 erstreckt. Ein Innenring 3, an dessen Außenumfang die andere (innenseitige) innere Lauffläche 3a ausgebildet ist, ist auf den zylindrischen Abschnitt 2b gepresst.
Kreisrunde Öffnungen 4a sind zwischen den Nabenbolzen 5 des Radmontageflansches 4 ausgebildet. Diese kreisrunden Öffnungen 4a tragen nicht nur zur Verringerung des Gewichts der Radnabe 2 bei, sondern auch zum leichten Befestigen von (nicht gezeigten) Achsschenkelbolzen unter Verwendung von Werkzeugen ohne Behinderung durch den (nicht gezeigten) Bremsrotor oder den Radmontageflansch 4 in einer Situation, in der der Bremsrotor während des Anbaus der Radlagervorrichtung an der Radnabe 2 befestigt wird, und somit ist es möglich, das äußere Element 10 einfach an dem (nicht gezeigten) Achsschenkel zu befestigen und dementsprechend die Montagefreundlichkeit zu verbessern.
Der Stauchungsabschnitt 2c wird gebildet, indem der Innenring 3 gegen die Schulter 11 der Radnabe 2 gelegt wird und dann das Ende des zylindrischen Abschnitts 2b plastisch radial auswärts verformt wird. Das heißt, der Innenring 3 wird axial relativ zu der Radnabe 2 unter einer vorgegebenen Lagervorbelastung befestigt, wobei der Innenring 3 zwischen dem gestauchten Abschnitt 2c und der Schulter 11 der Radnabe 2 liegt. Der gestauchte Abschnitt 2c wird plastisch verformt, während er fest an der innenseitigen größeren Endfläche 3b des Innenrings 3 anliegt, und kann somit eine gewünschte Axialkraft gewährleisten, die gegen die größere Endfläche 3b des Innenrings 3 drückt.
Am Außenumfang des äußeren Elements 10 ist integral ein Karosseriemontageflansch 10b ausgebildet ist, der an einer (nicht gezeigten) Karosserie eines Fahrzeugs zu montieren ist, und an seinem Innenumfang befinden sich äußere Laufflächen 10a, 10a. Doppelreihige Rollelemente (Kugeln) 6, 6 sind zwischen diesen äußeren und inneren Laufflächen 10a, 10a und 2a, 3a aufgenommen und werden durch Käfige 7, 7 rollfähig gehalten. Dichtungen 8, 9 sind in Öffnungen von Ringräumen montiert, die zwischen dem äußeren Element 10 und dem inneren Element 1 ausgebildet sind, und verhindern ein Austreten von Fett, das sich in dem Lager befindet, und das Eindringen von Regenwasser und Staub in das Lager von außen her.
Obgleich der hier gezeigte Aufbau eine Radlagervorrichtung für ein angetriebenes Rad ist, die als ein Typ der dritten Generation bezeichnet wird, bei der die innere Lauffläche 2a direkt am Außenumfang der Radnabe 2 ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Bauweise beschränkt, und es ist auch möglich, die vorliegende Erfindung auf eine Radlagervorrichtung vom Typ der ersten oder zweiten Generation sowohl für ein angetriebenes Rad als auch für ein Laufrad anzuwenden, wobei ein Paar Innenringe auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepresst werden. Obgleich eine Radlagervorrichtung gezeigt ist, in der doppelreihige Schrägkugellager verwendet werden, in denen Kugeln als Rollelemente 6, 6 eingesetzt werden, ist es darüber hinaus auch möglich, eine doppelreihiges Kegelrollenlager zu verwenden, in dem Kegelrollen als Rollelemente 6, 6 eingesetzt werden.
Die Radnabe 2 besteht aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält, wie zum Beispiel S53C, und ist durch Induktionshärtung so gehärtet, dass eine Region, welche die innere Lauffläche 2a von der innenseitigen Basis 4b des Radmontageflansches 4, mit der die außenseitige Dichtung 8 Gleitkontakt hat, bis zu dem zylindrischen Abschnitt 2b enthält, durch Induktionshärtung auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC gehärtet ist. Der gestauchte Abschnitt 2c bleibt bei der Oberflächenhärte von 13–30 HRC, die er nach dem Schmieden hat.
Der Innenring 3 und die Rollelemente 6 bestehen aus Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, wie zum Beispiel SUJ2, und sind mittels Tauchabschreckung auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC durchgehärtet. Ähnlich der Radnabe 2 besteht das äußere Element 10 aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält, wie zum Beispiel S53C, und mindestens die doppelreihigen äußeren Laufflächen 10a, 10a sind durch Induktionshärtung auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC gehärtet.
Wie zuvor beschrieben, besteht die Radnabe 2 bevorzugt aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt mit den Elementen C: 0,40–0,80 Gewichts-% (bevorzugt 0,50–0,70 Gewichts-%), Mn: 0,1–2,0 Gewichts-%, Cr: maximal 1,0 Gewichts-%, Si: maximal 0,2 Gewichts-%, S: maximal 0,02 Gewichts-%, und Restmengen: Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen. Außerdem werden dem Stahlmaterial neben C noch die Legierungselemente Mn, Si, Cr und S beigegeben. Mn wird in einer Menge von 0,1–2,0 Gewichts-% beigegeben, um das Abschrecken zu erleichtern und um die vorgegebenen gehärteten Schichten zu bilden, wie zuvor erwähnt. Wenn die Menge an Mn weniger als 0,1 Gewichts-% ist, so ist die Dicke der erhaltenen gehärteten Schichten unzureichend, und wenn andererseits die Menge an Mn 2,0 Gewichts-% übersteigt, so verschlechtert sich die Verarbeitungsfähigkeit.
Die Menge an Cr beträgt maximal 1,0 Gewichts-%. Wenn die Menge an Cr 1,0 Gewichts-% übersteigt, so verschlechtert sich die Verarbeitungsfähigkeit.
Ähnlich wie Mn und Cr hat Si den Effekt, das Abschrecken zu erleichtern. Es ist jedoch auf maximal 0,2 Gewichts-% begrenzt, weil es die Duktilität während der plastischen Verformung verschlechtert.
Der Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, aus dem die Radnabe 2 besteht, hat eine Austenitstruktur. Obgleich die Größe der Austenitkristallkörner durch Faktoren wie zum Beispiel Temperatur, Haltedauer bei hoher Temperatur usw. bestimmt wird, wird die Größe der Kristallkörner nicht durch einen Temperaturabfall verändert, und lediglich die Struktur wird von der Austenitstruktur zu der Perlitstruktur umgewandelt. Die Struktur des Temperaturabfall-Zustands ist die Ferritstruktur + Perlitstruktur, wobei sich das Ferrit um die Korngrenze der Perlitstruktur herum absetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Korngröße des Ferritkristalls der Radnabe 2 auf 3 oder mehr begrenzt. Die Korngröße des Ferritkristalls meint eine Größe der von den ferritischen Kristallkörnern umgebenen Perlitstruktur, die anhand einer hervortretenden Korngrenze beobachtet werden kann, wenn der Ferrit mit Ethanolnitratlösung korrodiert wird. Die Korngröße des Ferritkristalls ist die Korngrößenzahl von Kristallkörnern, die mit der in JIS G0551 definierten Untersuchung beurteilt wird, und meint die sogenannte ehemalige Korngrößenzahl von ferritischen Kristallkörnern.
Da die ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt wird, wird eine jeweilige Länge von Kornkristallen, die ansonsten den Ausbreitungspfad von Rissen bildet, verringert, und somit ist es möglich, die Festigkeit der Radnabe, d. h. des gestauchten Abschnitts, zu verbessern, indem die Entstehung von Rissen während des Stauchvorgangs verhindert wird.
Dementsprechend ist es möglich, eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, welche die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt 2c während des Stauchvorgangs verhindern kann und die Langlebigkeit der Radnabe 2 gewährleisten kann und gleichzeitig die Festigkeit des gestauchten Abschnitts 2c erhöhen kann, indem die Menge von beigegebenem Si und S begrenzt wird, was die Duktilität während der plastischen Verformung verschlechtern würde, und indem die ferritische Korngröße auf 3 oder mehr begrenzt wird.
Darüber hinaus hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung die Umformleistung untersucht, um die Entstehung von Rissen während des Stauchvorgangs zu verhindern. Wie in den 2(a) und 2(b) gezeigt, ist die Umformleistung als (La – Lb)/La definiert, wobei „La” eine Länge des Abstehens von der größeren Endfläche 3b des Innenrings 3 vor dem Stauchen des zylindrischen Abschnitts 2b ist und „Lb” eine Höhe des gestauchten Abschnitts 2c ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Umformleistung (La – Lb)/La auf maximal 0,55 eingestellt.
Es ist festgestellt worden, dass die Entstehung von Rissen deutlich verringert werden kann, indem man die Umformleistung auf maximal 0,55 einstellt, wie der Anmelder der vorliegenden Erfindung bei einer Bestätigungsuntersuchung herausgefunden hat, obgleich je nach Lagerspezifikation eine gewisse Schwankungsbandbreite zu beobachten ist. Es ist festgestellt worden, dass das Entstehungsverhältnis der Risse in dem gestauchten Abschnitt 2c auf 1/10 verringert werden kann, indem man die Umformleistung von 0,57 zu 0,47 in Modellen ändert, bei denen das Entstehungsverhältnis von Rissen hoch ist.
Zweite Ausführungsform
3 ist eine Längsschnittansicht, die eine zweite Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im Grunde von der ersten Ausführungsform nur in einer Struktur des Lochkreisdurchmessers der doppelreihigen Rollelemente (Kugeln), und dementsprechend werden gleiche Bezugszahlen in Teilen dieser Ausführungsform verwendet, die die gleichen Funktionen haben wie in der ersten Ausführungsform.
Die Lagervorrichtung für ein Rad eines Fahrzeugs dieser Ausführungsform ist vom Typ der dritten Generation, der für ein angetriebenes Rad verwendet wird, und umfasst ein inneres Element 13, ein äußeres Element 14 und doppelreihige Rollelemente (Kugeln) 6a, 6, die zwischen den inneren und äußeren Elementen 13, 14 rollfähig aufgenommen sind. Das innere Element 13 umfasst die Radnabe 15 und einen Innenring 3, der mit einer vorgegebenen Presspassung auf die Radnabe 15 gepresst ist.
Die Radnabe 15 hat an ihrem außenseitigen Ende einen integral ausgebildeten Radmontageflansch 4 und weist an ihrem Außenumfang eine (außenseitige) innere Lauffläche 15a auf und hat einen zylindrischen Abschnitt 2b, der sich von der inneren Lauffläche 15a durch einen Wellenabschnitt 15b erstreckt.
Der Innenring 3 weist an seinem Außenumfang die andere (innenseitige) innere Lauffläche 3a auf und ist dafür ausgelegt, auf den zylindrischen Abschnitt 2b der Radnabe 15 gepresst zu werden, um ein doppelreihiges Schrägkugellager vom Back-to-Back-Duplextyp zu bilden und um axial durch einen gestauchten Abschnitt 2c befestigt zu werden, der durch plastisches Verformen des Endes des zylindrischen Abschnitts 2b gebildet wird. Die Rollelemente 6a bestehen aus Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, wie zum Beispiel SUJ2, und sind mittels Tauchabschreckung auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC durchgehärtet.
Die Radnabe 2 besteht aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält, wie zum Beispiel S53C, und ist durch Induktionshärtung so gehärtet, dass eine Region, welche die innere Lauffläche 15a von der inneren seitlichen Basis 4c des Radmontageflansches 4 bis zu dem zylindrischen Abschnitt 2b enthält, auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC gehärtet ist.
Am Außenumfang des äußeren Elements 14 ist integral ein Karosseriemontageflansch 10b ausgebildet, und an seinem Innenumfang sind eine außenseitige äußere Lauffläche 14a gegenüber der inneren Lauffläche 15a der Radnabe 15 sowie eine innenseitige äußere Lauffläche 10a gegenüber der inneren Lauffläche 3a des Innenrings 3 ausgebildet. Doppelreihige Rollelemente (Kugeln) 6a, 6 sind zwischen diesen äußeren und inneren Laufflächen aufgenommen und werden rollfähig durch Käfige 7a, 7 gehalten. Dichtungen 8, 9 sind in Öffnungen von Ringräumen, die zwischen dem äußeren Element 14 und dem inneren Element 13 ausgebildet sind, montiert und verhindern ein Austreten von Fett, das sich indem Lager befindet, und das Eindringen von Regenwasser und Staub in das Lager von außen her.
Das äußere Element 14 besteht aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält, wie zum Beispiel S53C, und die doppelreihigen äußeren Laufflächen 14a, 10a sind auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC gehärtet.
Gemäß dieser Ausführungsform ist ein Lochkreisdurchmesser PCDo der außenseitigen Kugelgruppe 6a größer eingestellt als ein Lochkreisdurchmesser PCDi der innenseitigen Kugelgruppe 6 (PCDo > PCDi), und der Außendurchmesser do jeder Kugel 6a der außenseitigen Kugelgruppe ist kleiner eingestellt als der Außendurchmesser di jeder Kugel 6 der innenseitigen Kugelgruppe (do < di). Außerdem ist die Anzahl Zo der außenseitigen Kugeln 6a größer eingestellt als die Anzahl Zi der innenseitigen Kugeln 6 (Zo > Zi).
Die Umrisslinie der Radnabe 15 verläuft vom Laufrillenboden der inneren Lauffläche 15a über den sich axial erstreckenden Wellenabschnitt 15b, einen verjüngten Stufenabschnitt 15c und eine Schulter 15d, an der der Innenring 3 anliegt, zu dem zylindrischen Abschnitt 2b. Andererseits ist in dem äußeren Element 14 der Durchmesser der außenseitigen äußeren Lauffläche 14a größer ausgebildet als der Durchmesser der innenseitigen äußeren Lauffläche 10a, was auf die Differenz der Lochkreisdurchmesser PCDo, PCDi zurückzuführen ist; und die Umrisslinie des äußeren Elements 14 verläuft von der außenseitigen äußeren Lauffläche 14a über eine zylindrische Schulter 14b und einen bogenförmigen gestuften Abschnitt 14c zu einer Schulter 14d der innenseitigen äußeren Lauffläche 10a. Dadurch ist es möglich, Gewicht und Größe der Radlagervorrichtung kompakt zu gestalten und die Entstehung von Rissen in dem gestauchten Abschnitt 2c während des Stauchvorgangs zu verhindern und somit die Langlebigkeit der Radnabe 15 zu verbessern und gleichzeitig die Festigkeit des gestauchten Abschnitts 2c zu erhöhen. Des Weiteren ist es möglich, die Festigkeit und Steifigkeit der Radnabe 15 zu erhöhen und somit die Langlebigkeit der Radnabe 15 zu verbessern und gleichzeitig den Lagerraum effektiv zu nutzen, der durch die unterschiedlichen Lochkreisdurchmesser PCDo, PCDi gewonnen wird. Da die Distanz zwischen Wirkpunkten des doppelreihigen Lagers um einen Ausdehnungsbetrag des Lochkreisdurchmessers PCDo der außenseitigen Rollelement(Kugel)-Reihe vergrößert wird, ist es außerdem möglich, die Steifigkeit und Lebensdauer des gesamten Radlagers zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen dem Durchschnittsfachmann beim Lesen und Verstehen der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung so ausgelegt wird, dass sie alle derartigen Änderungen und Modifizierungen beinhaltet, sofern sie in den Schutzbereich der angehängten Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäße Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug kann auf alle Lagervorrichtungen der ersten bis dritten Generation mit einer selbsthaltenden Struktur angewendet werden, bei der der Innenring auf den zylindrischen Abschnitt der Radnabe gepresst ist und durch plastisches Verformen des Endes des zylindrischen Abschnitts axial daran befestigt wird.
Bezugszeichenliste

1, 13: inneres Element
2, 15: Radnabe
2a, 3a, 15a: innere Lauffläche
2b: zylindrischer Abschnitt
2c: gestauchter Abschnitt
3: Innenring
3b: größere Endfläche
4: Radmontageflansch
4a: kreisrunde Öffnung
4b, 4c: innere seitliche Basis des Radmontageflansches
5: Nabenbolzen
6, 6a: Rollelement (Kugel)
7, 7a: Käfig
8, 9: Dichtung
10, 14: äußere Element
10a, 14a: äußere Lauffläche
10b: Karosseriemontageflansch
11, 14b, 14d, 15d: Schulter
14c, 15c: Stufenabschnitt
15b: Wellenabschnitt
51: Radnabe
51a, 52a: innere Lauffläche
51b: zylindrischer Abschnitt
51c: gestauchter Abschnitt
52: Innenring
52b: größere Endfläche
53: Außenring
53a: äußere Lauffläche
53b: Karosseriemontageflansch
54: Kugel
55: Radmontageflansch
56: Zylinderabschnitt
di: äußerer Durchmesser der innenseitigen Rollelemente
do: äußerer Durchmesser der außenseitigen Rollelemente
PCDi: Lochkreisdurchmesser der innenseitigen Rollelemente
PCDo: Lochkreisdurchmesser der außenseitigen Rollelemente
Zi: Anzahl der innenseitigen Rollelemente
Zo: Anzahl der außenseitigen Rollelemente

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 272903/1998 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS G0551 [0042]

Claims

Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug, die Folgendes umfasst: ein äußeres Element (10 oder 14), an dessen Innenumfang doppelreihige äußere Laufflächen (10a, 10a oder 14a, 10a) ausgebildet sind; ein inneres Element (1 oder 13), das eine Radnabe (2 oder 15) und mindestens einen Innenring (3) enthält, wobei die Radnabe (2 oder 15) an ihrem einen Ende integral mit einem Radmontageflansch (4) versehen ist und an ihrem Außenumfang einen sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt (2b) aufweist, wobei der Innenring (3) mit einer vorgegebenen Presspassung auf den zylindrischen Abschnitt (2b) der Radnabe (2 oder 15) gepresst ist und an ihrem Außenumfang eine innere Lauffläche (3a) gegenüber der innenseitigen äußeren Lauffläche (10a) des äußeren Elements (10 oder 14) aufweist; doppelreihige Kugeln (6, 6 oder 6, 6a), die zwischen den äußeren Laufflächen (10a, 10a oder 14a, 10a) und inneren Laufflächen (2a, 3a oder 15a, 3a) des äußeren Elements (10 oder 14) bzw. des inneren Elements (3) frei rollfähig aufgenommen sind; und wobei der Innenring (3) relativ zu der Radnabe (2 oder 15) axial durch einen gestauchten Abschnitt (2c) befestigt ist, der durch plastisches Verformen des zylindrischen Abschnitts (2b) radial auswärts gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die Radnabe (2 oder 15) aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der 0,40–0,80 Gewichts-% Kohlenstoff enthält und dessen ferritische Korngrößenzahl auf größer als 3 eingestellt ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Radnabe (2 oder 15) aus Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, der die Elemente C: 0,50–0,70 Gewichts-%, Mn: 0,1–2,0 Gewichts-%, Cr: maximal 1,0 Gewichts-% und Restmengen: Fe und unvermeidliche Verunreinigungen enthält.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Element S, das in der Radnabe (2 oder 15) enthalten ist, auf maximal 0,02 Gewichts-% begrenzt ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–3, wobei ein Element Si, das in der Radnabe (2 oder 15) enthalten ist, auf maximal 0,2 Gewichts-% begrenzt ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Umformleistung (La – Lb)/La des Stauchvorgangs auf maximal 0,55 eingestellt ist, wobei „La” eine Länge des Abstehens von der größeren Endfläche (3b) des Innenrings (3) vor dem Stauchen des zylindrischen Abschnitts (2b) ist und „Lb” eine Höhe des gestauchten Abschnitts ist.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Radnabe (2 oder 15) direkt an ihrem Außenumfang mit einer inneren Lauffläche (2a oder 15a) gegenüber der außenseitigen äußeren Lauffläche (10a oder 14a) der doppelreihigen äußeren Laufflächen (10a, 10a oder 14a, 10a) versehen ist, wobei die innere Lauffläche (2a oder 15a) und eine Region von der inneren seitlichen Basis (4b oder 4c) des Radmontageflansches (4) zu dem zylindrischen Abschnitt (2b) durch Induktionshärtung auf eine Oberflächenhärte von 58–64 HRC gehärtet ist, und wobei der gestauchte Abschnitt (2c) nicht gehärtet ist und nach dem Schmieden bei einer Oberflächenhärte von 13–30 HRC bleibt.
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–6, wobei ein Lochkreisdurchmesser (PCDo) der außenseitigen Kugelgruppe (6a) größer eingestellt ist als ein Lochkreisdurchmesser (PCDi) der innenseitigen Kugelgruppe (6).
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Anzahl (Zo) der außenseitigen Kugeln (6a) der doppelreihigen Kugeln (6a, 6) größer eingestellt ist als die Anzahl (Zi) der innenseitigen Kugeln (6).
Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Außendurchmesser (do) jeder Kugel (6a) der außenseitigen Kugelgruppe der doppelreihigen Kugeln (6a, 6) kleiner eingestellt ist als der Außendurchmesser (di) jeder Kugel (6) der innenseitigen Kugelgruppe.