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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen Nabenanordnungen und im Besonderen
ein Verfahren zum Festlegen eines Lagerrings auf einer Spindel durch Umformung
der Spindel hinter dem Lagerring.
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Stand der
Technik
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Die
meisten der heute hergestellten Kraftfahrzeuge und viele Geländewagen
weisen vorne und hinten Einzelradaufhängung auf. Typischerweise ist
bei einem derartigen Fahrzeug jedes Straßenrad an einer Aufhängungssystemkomponente
befestigt, wie beispielsweise einem Achsschenkel. Zwischen dem Straßenrad und
der Aufhängungskomponente befindet
sich normalerweise eine Nabenanordnung, die dem Automobilhersteller üblicherweise
als Einheit geliefert wird. Solche Einheiten umfassen im Allgemeinen
ein Gehäuse,
das an die Aufhängungssystemkompenente
geschraubt wird, eine Nabe, an die das Straßenrad zusammen mit einer Bremsscheibe oder
-trommel geschraubt wird, und ein Wälzlager, das zwischen der Nabe
und dem Gehäuse
angeordnet ist, um es der Nabe zu ermöglichen, in dem Gehäuse mit
minimaler Reibung zu rotieren. Die Nabe weist einen Flansch auf,
gegen den das Rad befestigt wird, und eine Spindel, die von der
Nabe in das Gehäuse
ragt. Das Lager umfasst äußere und
innere Laufflächen,
die sich an dem Gehäuse
und der Nabenspindel befinden, und Wälzkörper, wie beispielsweise konische
Walzen oder Kugeln, die in zwei Reihen zwischen den äußeren und
inneren Laufflächen angeordnet
sind. Die Laufflächen
sind so angeordnet, dass sie allen Wälzkörpern die Übertragung radialer Lasten
ermöglichen,
wobei die Wälzkörper der einen
Reihe in einer Richtung Axiallasten aufnehmen und die Wälzkörper der
anderen Reihe Axiallasten in der anderen Richtung aufnehmen. Um
eine derartige Einheit zusammenzubauen muss mindestens eine der
Laufflächen
auf einem Lagerring angeordnet sein, der zunächst von dem Gehäuse oder
der Nabenspindel die die Lauffläche
trägt,
getrennt ist. Typischerweise ist es der innen liegende, innere Lagerring,
der von der Spindel getragen wird. Er befindet sich üblicherweise
auf einem Konus, wobei das Lager ein Kegelrollenlager ist, oder
auf einem Ring, wenn das Lager ein Schrägkontakt-Kugellager ist. Dieser
innere Lagerring erfordert irgendeine Art von Anschlag, um ihn auf
der Spindel zu halten.
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Ein
Verfahren zum Bereitstellen des Anschlags zum Festlegen des zunächst separaten
inneren Lagerrings umfasst das Stauchen des Endes der Spindel, nachdem
der innere Lagerring auf der Spindel montiert wurde. Zunächst erstreckt
sich die Spindel über
den inneren Lagerring hinaus. Die überstehende Partie der Spindel
wird dann nach außen
und hinten gegen den inneren Lagerring umgeformt, um ein geformtes
Ende zu schaffen, das den inneren Lagerring auf der Spindel festlegt.
Die internationale Anmeldung PCT-GB 98/01823, veröffentlicht
als internationale Veröffentlichung
Nr. WO 98/58762, offenbart ein Verfahren und eine Maschine zum Stauchen
der Endpartie einer Nabenspindel.
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Wenn
jedoch das Ende der Spindel zu kraftvoll gegen den inneren Lagerring
umgeformt wird, kann sich der innere Lagerring tatsächlich deformieren
und den Betrieb des Lagers beeinträchtigen. Andererseits kann
sich das Ende der Spindel nicht in dem Maße deformieren, dass zum Aufrechterhalten einer
gewünschten
Einstellung des Lagers, üblicherweise
eine Vorbelastung erforderlich ist. In diesem Fall verbleibt üblicherweise
ein Spalt zwischen dem zunächst
separaten inneren Lagerring und dem umgeformten Ende, in welchem
Fall das Lager mit übermäßigem Axialspiel
arbeiten kann. Dies vermindert die Größe der Belastungszone in dem
Lager, da es die radiale Last auf relativ wenige Wälzkörper konzentriert.
Weiterhin lässt
es die Spindel in dem Gehäuse
mit Axialschlag rotieren, was die Dichtungen am Ende des Lagers
beschädigen
kann. Somit muss das Ende der Spindel mit hoher Präzision umgeformt werden,
um eine derartige Befestigungsmethode zum Erfolg zu führen.
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WO
98/58762 offenbart ein Verfahren zum Stauchen eines hohlen, umformbaren
Endes einer Spindel, das durch einen inneren Lagerring eines Wälzlagers
ragt, wobei der innere Lagerring eine rückwärtige Stirnfläche aufweist,
hinter der sich das umformbare Ende befindet, wobei das Verfahren
umfasst: Drehen der Spindel und eines jenseits der Spindel angeordneten
Formwerkzeugs; gegeneinander Pressen des rotierenden Formwerkzeugs
und des verformbaren Endes der Spindel; Verringern des Abstands
zwischen dem Formwerkzeug und dem inneren Lagerring in einer Zustellphase
während
die Kraft ausgeübt
wird und die Spindel und das Werkzeug rotieren, so dass das verformbare
Ende in ein geformtes Ende umgewandelt wird, das nach außen gewandt
und der rückwärtigen Stirnfläche des
inneren Lagerrings gegenüber
angeordnet ist; wonach, unter Beibehaltung der Krafteinwirkung,
der Abstand zwischen dem Formwerkzeug und dem inneren Lagerring
in einer Haltezeit im Wesentlichen konstant gehalten wird; Überwachung
der Kraft, mit der die Spindel und das Formwerkzeug in der Zustellphase gegeneinander
gepresst werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin die Überwachung der Kraft, mit der
die Spindel und das Formwerkzeug während der Haltezeit gegeneinander
gepresst werden, und Bestimmung, ob die Kraft in vorbestimmten Intervallen
festgesetzte Kriterien für
eine Verwertung der Spindel und des Wälzlagers erfüllt, wobei
die Kriterien ein Überschreiten
einer Minimalkraft am Ende der Zustellphase unmittelbar vor Beginn
der Haltezeit umfassen.
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Bevorzugte
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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1 ist
eine Längsschnittansicht
einer Nabenanordnung mit einer Spindel, deren Ende gemäß des Verfahrens
der Erfindung gestaucht ist, um einen Lagerring auf der Spindel
zu halten;
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2 ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die ein umformbares Ende der
Spindel zeigt, welches geeignet ist, gestaucht zu werden, um einen Lagerring
auf der Spindel festzulegen;
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3 ist
eine Seitenansicht einer Rotationsumformmaschine, die zum Stauchen
des umformbaren Endes der Spindel der Nabenanordnung verwendet wird;
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4 A, B, C, D sind fragmentarische Schnittansichten,
in Reihenfolge, die die Umformung des umformbaren Endes der Spindel
in ein geformtes Ende zeigen, das den Lagerring festsetzt;
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5 ist
ein Graph, der einen Algorithmus zur Überwachung des Verfahrens zur
Umwandlung des verformbaren Endes der Spindel in ein geformtes Ende
darstellt; und
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6 ist
ein Graph, der einen anderen Algorithmus zur Überwachung des Verfahrens darstellt.
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Übereinstimmende
Bezugszeichen bezeichnen übereinstimmende
Teile in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
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Beste Ausführungsweise
der Erfindung
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Bezug
nehmend auf die Zeichnung wird eine Komponente einer Nabenanordnung
A (1) während
des Prozesses ihres Zusammenbaus gegen eine andere Komponente umgeformt,
um die Anordnung zu vereinigen (4).
Die beim Umformen durchgeführten
Schritte können
die gestauchte Komponente mit übermäßiger Deformation
oder unvollständiger
Deformation zurücklassen,
welches beides den Betrieb der Nabenanordnung A ungünstig beeinflussen
wird. Das Verfahren wird überwacht,
um sicherzustellen, dass die in definierten Abständen ausgeübten Kräfte und die Raten, mit denen
diese Kräfte zunehmen
oder abnehmen, bestimmte Kriterien erfüllen, die eine ordnungsgemäße Umformung
kennzeichnen.
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Die
Nabenanordnung A selbst umfasst (1) ein Gehäuse 2,
eine Nabe 4 und ein Lager 6, das zwischen dem
Gehäuse 2 und
dem Lager 4 angeordnet ist, um eine Rotation der Nabe 4 auf
dem Gehäuse 2 um
eine Achse X mit minimaler Reibung zu ermöglichen. Das Gehäuse 2 ist
so ausgestaltet, dass es sicher an einer Aufhängungssystemkomponente eines
Kraftfahrzeugs befestigt werden kann, während die Nabe 4 so
ausgebildet ist, dass sie eine Bremsscheibe oder -trommel und ein
Straßenrad aufnehmen
kann. Das Lager 6 überträgt zwischen dem
Gehäuse 2 und
der Nabe 4 sowohl radiale Lasten als auch axiale Lasten
in beiden Axialrichtungen.
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Das
Gehäuse 2 (1)
weist auf seiner Außenseite
einen dreieckigen oder rechteckigen Flansch 10 auf, der
sich etwa in der Mitte zwischen den Enden befindet, und Gewindelöcher 12 in
den Eckbereichen des Flansches 10. Der Flansch 10 passt
an eine Aufhängungssystemkomponente
und die Löcher 12 nehmen
Maschinenschrauben auf, die durch die Aufhängungssystemkomponente hindurch treten
und das Gehäuse 2 sicher
mit dieser Komponente verbinden. Auf seiner Innenseite weist das
Gehäuse 2 ein
Paar konische Laufflächen 14 auf,
die nach unten zueinander hin verlaufen. An ihren großen Enden öffnen sich
die Laufflächen 14 in
Gegenbohrungen 16, die wiederum in den Enden des Gehäuses 2 münden. Die
Laufflächen 14 bilden
tatsächlich
einen Teil des Lagers 6 und das Gehäuse 2 stellt gewissermaßen den äußeren Lagerring
des Lagers 6 dar.
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Die
Nabe 4 umfasst eine Spindel 20, die sich in das
Gehäuse 2 hinein
erstreckt und einen Flansch 22, der einstückig mit
der Spindel 20 an einem außen liegenden Ende der Spindel 20 gebildet
ist. Der Nabenflansch 22 erstreckt sich geradlinig radial
nach außen über den
Flansch 10 am Gehäuse 2 hinaus und
umschließt
einen Radführungszapfen 24,
der über
seine außen
liegende Stirnfläche übersteht.
Der Flansch 22 trägt
mehrere Gewindebolzen 26, die ebenso über seine außen liegende
Stirnfläche
hinausragen. Eine Bremsscheibe passt auf die Gewindebolzen und umschließt den Radführungszapfen, ebenso
wie ein Straßenrad.
Beide werden durch Radmuttern, die auf die Bolzen 26 aufgeschraubt werden,
fest gegen den Flansch 22 geklemmt.
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An
seiner gegenüberliegenden
Stirnfläche, d.h.
der innen liegenden Stirnfläche,
weist der Flansch 22 eine Schulter 30 auf, wo
der Flansch in die Spindel 20 übergeht. Die nach außen gewandte Oberfläche der
Schulter 30 bildet einen zylindrischen Lagersitz 32.
An seinem innen liegenden Ende wendet sich die Spindel 20 beim
Vorhandensein eines geformten Endes 34 nach außen weg
von dem Lagersitz 32. Die Spindel 20 kann im Bereich
des Lagersitzes 32 hohl sein oder aus Vollmaterial bestehen,
aber im Bereich seines geformten Endes 34 ist sie hohl.
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Das
Lager 6 umgibt die Spindel 20 zwischen der Schulter 30 und
dem geformten Ende 34 und passt in das Gehäuse 2 hinein.
Zusätzlich
zu den zwei äußeren Laufflächen 14 weist
das Lager 6 innere Lagerringe in Form eines außen liegenden
Konus 38 und eines innen liegenden Konus 40 auf,
die jeweils eine Bohrung 42 aufweisen, die sich vollständig durch
das Lager 6 hindurch erstreckt. Die Bohrungen 42 der
zwei Konusse 38 und 40 nehmen die Spindel 20 der
Nabe 4 auf, wobei eine Presspassung zwischen dem Lagersitz 32 und
der Bohrung 42 gegeben ist. Somit sind die zwei Konusse 38 und 40 auf der
Spindel 20 zwischen der Schulter 30 und dem geformten
Ende 34 festgelegt. Jeder Konus 38 und 40 ist
aus oberflächengehärtetem oder
durchgängig
gehärtetem
Stahl gebildet und weist eine konische Lauffläche 44 auf, die nach
außen
weg von der Achse X gewandt ist, und eine Anschlagrippe 46 am
großen Ende
ihrer Lauffläche 44,
sowie eine rückwärtige Stirnfläche 48,
die sich am Ende der Anschlagrippe 46 befindet, wo sie
rechtwinklig bezüglich
der Achse X ausgerichtet ist. Die Bohrung 42 öffnet sich
aus der rückwärtigen Stirnfläche 48 mit
einem Radius.
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Der
innen liegende Konus 40 ist etwas länger als der außen liegende
Konus 38, aufgrund einer Konusverlängerung 50, die über das
kleine Ende seiner Lauffläche 44 übersteht
und die als Sitz für
ein Geberrad zur Überwachung
der Rotation der Nabe 4 dienen kann.
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Die
Lauffläche 44 des
außen
liegenden Konus 38 ist der außen liegenden Lauffläche 14 des
Gehäuses 2 zugewandt
und verläuft
schräg
in die gleiche Richtung, während
die Lauffläche 44 auf
dem innen liegenden Konus 40 der innen liegenden Lauffläche 14 des
Gehäuses 4 zugewandt
ist und in die gleiche Richtung wie diese Lauffläche schräg verläuft. Somit sind die außen liegenden
Laufflächen 14 und 44 in
eine Richtung geneigt und die innen liegenden Laufflächen 14 und 44 sind
in die entgegengesetzte Richtung geneigt. Der innen liegende Konus 40 liegt mit
seiner Konusverlängerung 50 an
dem kleinen Ende des außen
liegenden Konus 38 entlang des Lagersitzes 32 an.
Das heißt,
die zwei Konusse 38 und 40 stoßen mit ihren vorderen Stirnflächen aneinander an.
Die hintere Stirnfläche 46 des
außen
liegenden Konus 38 schlägt
an der Schulter 30 des Flansches 22 an, während die
rückwärtige Stirnfläche 46 des
innen liegenden Konus 40 an dem geformten Ende 34 der
Spindel 20 anschlägt.
Somit sind die zwei Konusse 38 und 40 zwischen
der Schulter 30 und dem geformten Ende 34 festgelegt.
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Zusätzlich zu
den Konussen 38 und 40 sowie den Laufflächen 14 am
Gehäuse 4 weist
das Lager 6 Kegelrollen 56 auf, die in zwei Reihen
angeordnet sind, wobei eine separate Reihe einen der Konusse 38 und 40 umgibt.
Tatsächlich
erstrecken sich die Wälzkörper 56 um
die Laufflächen 55 der
Konusse 38 und 40, wobei ihre konischen Seitenflächen entlang
den Laufflä chen 44 und
ihre großen
Stirnflächen gegen
die Anschlagrippen 46 anliegen. Die Wälzkörper 56 einer jeden
Reihe befinden sich im Wesentlichen in einer Scheitelpunktslage,
was bedeutet, dass die Einhüllenden,
in denen ihre konischen Seitenflächen
liegen, ihre Scheitelpunkte in einem gemeinsamen Punkt entlang der
Achse X aufweisen. Jeder Reihe der Wälzkörper 56 weist einen
Käfig 58 auf, um
den korrekten Abstand zwischen den Wälzkörpern 56 in dieser
Reihe aufrecht zu erhalten.
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In
den Endbohrungen 16 in dem Gehäuse 2 befinden sich
Dichtungen 60, die um die Anschlagrippen 46 der
Konusse 38 und 40 passen, um dynamische Flüssigkeitssperren
an den Enden des Lagers 6 zu bilden. Die Sperren schützen die
Wälzkörper 56 und
die Laufflächen 14 und 44 vor
Straßenverunreinigungen,
wie beispielsweise Wasser, Streusalz und Schmutz.
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Die
zwei Konusse 38 und 40 sollten sich tatsächlich berühren, d.h.
sie sollten mit ihren vorderen Stirnflächen aneinander anstoßen, und
wenn sie dies tun, wird das Lager mit der korrekten Einstellung
arbeiten, welches üblicherweise
eine Vorspannung ist, jedoch auch ein Endspiel sein kann. Bei einer
Vorspannung existieren in dem Lager 6 keine internen Abstände und
die Wälzkörper 56 der
zwei Reihen liegen eng an den Laufflächen 14 und 44 entlang
des vollständigen
Umfangs dieser Laufflächen 14 und 44 an.
Die Vorspannung zusammen mit der Presspassung zwischen den Bohrungen 42 der
Konusse 38 und 40 und dem Lagersitz 32 der
Spindel 20 ermöglicht
es der Nabe 4, sich ohne radiales oder axiales Spiel gegenüber dem
Gehäuse 2 zu
drehen, wodurch sichergestellt wird, dass die Achse X stabil bleibt. Das
geformte Ende 34 muss derart angeordnet und anderweitig
ausgebildet sein, dass die zwei Konusse 38 und 40 zusammengeklemmt
werden, es darf sie jedoch nicht so stark zusammenklemmen, dass
ihre Laufflächen 44 und
Anschlagrippen 46 verzogen werden, da dies zu einem vorzeitigen
Versagen des Lagers 6 führen
könnte.
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Das
geformte Ende 34 vereint die Nabenanordnung A und wird
erst dann fertig gestellt, nachdem die zwei Konusse 38 und 40 auf
den Lagersitz 32 der Spindel 20 aufgesetzt sind,
mit den die Konusse 38 und 40 umgebenden Wälzkörpern 56 und
dem die Wälzkörper 56 umgebenden
Gehäuse 2.
Anfänglich erstreckt
sich die Spindel 20 der Nabe von der Schulter 30 aus
zu ihrem innen liegenden Ende mit einem Durchmesser, der nicht größer ist
als der Durchmesser des Lagersitzes 32. In diesem Zustand
weist die Spindel 20 ein umformbares Ende 70 (2)
auf, welches am Ende des Lagersitzes 32 in den Rest der Spindel 20 übergeht.
Das umformbare Ende 70 wird durch eine zylindrische Außenfläche 72 begrenzt, eine
konturierte Innenfläche 74,
die etwa so lang ist wie die Außenfläche 72,
und eine Stirnfläche 76,
die sich zwischen der äußeren und
inneren Fläche 72 und 74 erstreckt.
Die Außenfläche 72 weist
den gleichen Durchmesser wie der Lagersitz 32 auf und geht ohne
wahrnehmbare Änderung
zwischen den zwei Flächen
in den Lagersitz 32 über.
Somit fluchten die Außenfläche 72 und
der Lagersitz 32 miteinander. Das Vorhandensein der Innenfläche 74 führt dazu, dass
das umformbare Ende 70 hohl ist. Diese Innenfläche 74 beginnt
in dem Bereich, in dem der Lagersitz 32 endet und erstreckt
sich mit einer zusammengesetzten Krümmung bis zu der Stirnfläche 76.
Sie weist ihren geringsten Durchmesser am proximalen Ende des umformbaren
Endes 70 auf und ihren größten Durchmesser dort, wo sie
in die Stirnfläche 76 am distalen
Ende des umformbaren Endes 70 übergeht. Ihre größte Neigung
bezüglich
der Achse X ist an ihrem proximalen Ende vorhanden. Die Stirnfläche 76 verbindet
die Außen-
und Innenflächen 72 und 74 und
kann im Querschnitt von nahezu eben bis etwas konvex reichen, insbesondere
dort, wo sie in die Innenfläche 74 übergeht.
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Die
Prozedur für
den Zusammenbau der Nabenanordnung A beginnt selbstverständlich mit
einer lang erstreckten Spindel 20 der Nabe 2,
d.h. diese weist das umformbare Ende 70 auf. Zunächst wird der
außen
liegende Konus 38 (1) mit seinem
seine Lauffläche 44 umgebenden
Satz Wälzkörper 56 und
seine Dichtung 60 auf die Anschlagrippe 46 aufgesetzt über die Außenfläche 72 (2)
des umformbaren Endes 70 aufgeschoben und dann über den
Lagersitz 32, bis seine rückwärtige Stirnfläche 48 an
der Schulter 30 anliegt. Als nächstes wird das Gehäuse 2 (1) über die
Spindel 20 und den außen liegenden
Konus 38 geschoben. Die Endbohrung 16 am außen liegenden
Ende des Gehäuses 4 fluchtet mit
der außen
liegenden Dichtung 60 und diese Dichtung 60 wird,
bei weiterem Vorschieben, in die Endbohrung gezwängt. Die außen liegende Lauffläche 14 in
dem Gehäuse 2 nimmt
ihren Sitz auf den Wälzkörpern 56 ein,
die den außen
liegenden Konus 38 umgeben. Daraufhin wird der innen liegende
Konus 40 mit dem ihn umgebenden Satz Wälzkörper 56 über die
Außenfläche 72 (2)
des umformbaren Endes 70 gepresst und über den Lagersitz 72 vorgeschoben,
bis seine Konusverlängerung 50 (1)
an der Stirnfläche
des außen
liegenden Konus 38 anliegt. Während des letzten Vorschubschrittes
wird die Nabe 4 gegenüber
dem Gehäuse 2 gedreht
oder umgekehrt, um sicherzustellen, dass die Wälzkörper 56 in den zwei
Reihen ihren korrekten Sitz entlang den Laufflächen 14 und 44 einnehmen,
zwischen denen sie eingeschlossen sind, und an den Anschlagrippen 46 ebenfalls.
Zu diesem Zeitpunkt kann die innen liegende Dichtung 60 in
die innen liegende Endbohrung 16 des Gehäuses 2 und über die
Anschlagrippe 46 des innen liegenden Konus 40 gepresst
werden.
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Sobald
der innen liegende Konus 40 seinen Platz auf der Spindel 20 eingenommen
hat, wird das umformbare Ende 70 (2) gestaucht
und in das geformte Ende 34 (1) verwandelt,
welches die zwei Konusse 38 und 40 auf der Spindel 20 der
Nabe 40 festlegt. Die zwei Konusse 38 und 40 halten
das Gehäuse 2 zusammen
mit den sie umgebenden Wälzkörpern 56 auf
der Nabenspindel 20 und verhindern sowohl radiale wie axiale
Auslenkungen, gestatten es der Nabe jedoch, sich frei bezüglich des
Gehäuses 2 um
die Achse X zu drehen. Die internationale Anmeldung PCT/GB98/01823,
eingereicht am 22. Juni 1998 und veröffentlicht am 30. Dezember 1988
unter der internationalen Veröffentlichungsnummer
WO 98/58762, beschreibt ein Drehumformverfahren zum Stauchen eines
umformbaren Endes, das zwei Konusse auf einer Spindel festlegt,
um eine Nabenanordnung zu vereinigen. Die so hergestellte Nabenanordnung
sollte jedoch einer Inspektion unterzogen werden, um sicherzustellen,
dass das geformte Ende das Lager nicht verzieht, das Lager jedoch
so fest einklemmt, dass sichergestellt ist, dass es unter Vorspannung
arbeitet.
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Grundsätzlich verwendet
das Verfahren zur Umwandlung eines umformbaren Endes 70 in
das geformte Ende 34 eine Drehumformmaschine B (3)
mit einem Teller 80, der in eine Rotation um eine vertikale
Achse Y angetrieben wird und eine nach oben offenen Buchse 82 aufweist,
die den Führungszapfen 24 der
Nabe 4 aufnehmen kann, während sie die gesamte Nabenanordnung
A auf dem Flansch 22 der Nabe 4 aufliegt. Die
Achse X der Nabenanordnung A fluchtet mit der Achse Y des Tellers 80,
so dass die Spindel 20 und der Teller 80 gemeinsam
rotieren, wobei ihre jeweiligen Achsen X und Y zusammenfallen. Der
Teller 80 dreht sich gegenüber einem Formwerkzeug 86,
welches seinerseits um eine Achse Z rotiert, die schräg angeordnet
ist und die Achse Y der Rotation des Tellers 80 schneidet. Das
Formwerkzeug 86 (4) weist
eine konturierte Stirnfläche 88 auf,
die dem umformbaren Ende 70 der Spindel 20 der
von dem Teller 80 getragenen Nabe 4 zugewandt
ist. Entweder der Teller 80 oder das Formwerkzeug 86 ist
derart angeordnet, dass eine Verschiebung parallel zu den Achsen
X und Y möglich
ist, wobei das Verschieben durch einen Hydrozylinder 90 (3)
oder eine andere Kraft erzeugende Vorrichtung erfolgt, die durch
eine Kraftmesszelle 92 überwacht
wird.
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Die
konturierte Stirnfläche 88 (4) weist einen ringförmigen Aufbau auf und ist in
dem Werkzeug 86 vertieft, wobei sie einen kegelstumpfförmigen Innenbereich 100 und
einen Außenbereich 102 aufweist,
der zu einer Umfangskante 104 hin läuft. Der Durchmesser der Kante 104 entspricht
dem größten Durchmesser
des geformten Endes 34, das der Nabenspindel 20 zugefügt wird,
ist jedoch erheblich größer als
der Durchmesser der Außenfläche 72 des
umformbaren Endes 70. Aufgrund der Neigung der Achse Z des
Formwerkzeugs 86 bezüglich
der Achse Y des Tellers 80 und bezüglich der entsprechenden Achse
X der Nabenspindel 20 auf dem Teller 80 wird sich
ein Segment der konturierten Stirnfläche 88 des Werkzeugs 86 näher an dem
umformbaren Ende 70 als der Rest der konturierten Stirnfläche 88 (4a)
befinden. Tatsächlich
ist die Stirnfläche 76 des
umformbaren Endes 70 diesem Segment zugewandt. Bei diesem
Segment der konturierten Stirnfläche 96 fluchtet
die Umfangskante 104 mit dem Ort der rückwärtigen Stirnfläche 48 (1)
des innen liegenden Konus 40, an dem sich der Umfang des
geformten Endes 34 befinden wird, nachdem das umformbare
Ende 70 (4d) der Nabenspindel 20 in das
geformte Ende 34 umgeformt worden ist.
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Zum
Stauchen des umformbaren Endes 70 dreht der Teller 80 die
Nabe 4 der Nabenanordnung A gegenüber dem Formwerkzeug 86.
Die unvollständige
Nabenanordnung A ruht auf dem Teller 80 mit ihrem Flansch 22 am
Teller 80 anliegend und dem umformbaren Ende 70 ihrer
Spindel 20 nach oben zum Formwerkzeug 86 hin weisend.
Bei sich drehendem Teller 80 wird der Zylinder 90 betätigt. Er
bewegt den Teller 80 – und
selbstverständlich
die Nabenanordnung A, die sich auf dem Teller 80 befindet – und das Formwerkzeug 86 aufeinander
zu. Die Stirnfläche 76 des
umformbaren Endes 70 gelangt an die kegelstumpfförmige innere
Region 100 der konturierten Stirnfläche 88 des Werkzeugs 86 (4b),
woraufhin der Zylinder 90 mehr Kraft ausübt. Das
umformbare Ende 70 wird auf der konturierten Stirnfläche 88 des
Werkzeugs 86 nach außen
abgelenkt, wobei sich seine Stirnfläche 76 über den
inneren Bereich 100 der konturierten Stirnfläche 88 hin
zu und in den gekrümmten äußeren Bereich 102 (4c)
bewegt. Das Werkzeug 86 stülpt das umformbare Ende 70 nach
hinten über
den Radius zwischen der Bohrung 42 und der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 um und treibt es gegen die rückwärtige Stirnfläche 48,
wodurch das geformte Ende 34 mit einer ebenen Stirnfläche geschaffen
wird, die als Anschlag zum Zurückhalten
des innen liegenden Konus 40 auf der Spindel 20 dient.
Die Außenfläche des
geformten Endes 34 nimmt die Form des ge krümmten äußeren Bereichs 102 an
und des anschließenden
inneren Bereichs 100 der konturierten Stirnfläche 88 des
Formwerkzeugs 86 (4d). Während der
Zylinder 90 das umformbare Ende 70 der Spindel 20 und
das Formwerkzeug 86 gegeneinander presst, überwacht
die Kraftmesszelle 92 die von dem Zylinder 90 ausgeübte Kraft.
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Die
Umwandlung des umformbaren Endes 70 der Spindel 20 zum
geformten Ende 34 erfolgt in drei Stufen oder Phasen – oder vielleicht
vier -, die durch unterschiedliche Vorschubraten beim Zusammenbringen
des umformbaren Endes 70 und des Umformwerkzeugs 86 repräsentiert
werden, und durch unterschiedliche Kräfte, die durch den Zylinder 90 ausgeübt und durch
die Kraftmesszelle 92 überwacht
werden. Diese Kräfte
können
am besten durch einen Graphen der Kraft als Funktion der Zeit in
kartesischen Koordinaten (5 und 6)
analysiert werden. Bevor das Umformwerkzeug 86 jedoch tatsächlich in
Kontakt mit dem umformbaren Ende 70 gelangt, bestimmt die
Umformmaschine B vorzugsweise den Ort der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 auf den Achsen X und Y. Falls
die Maschine B jedoch nicht tatsächlich
den Ort der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 misst, kann sich die Maschine
B auf eine statistische Summierung verlassen, die beim Aufbau der
unvollständigen
Nabenanordnung A auf der Maschine B bestimmt wurde.
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Wenn
man die Umwandlung in Form von vier Phasen betrachtet, so könnte die
erste als Suchphase angesehen werden. In dieser Phase nähern sich die
Nabe 4 und das Formwerkzeug 84 sehr schnell aneinander
an (4a), aber da kein Widerstand auftritt, ist die
durch den Zylinder 90 ausgeübte Kraft minimal. Ein steiles
Ansteigen der Kraft tritt auf, wenn die Stirnfläche 76 des umformbaren
Endes 70 der Spindel 20 den inneren Bereich 100 der
konturierten Stirnfläche 88 des
Werkzeugs 86 (4b) berührt. Dies markiert den Anfang
der zweiten Phase und die Maschine B registriert den Ort entlang
der Achsen X und Y, an denen dies auftritt. Hier wechselt der Zylinder 90 zu
einem groben Vorschub, der langsamer ist als der Suchvorschub der
ersten Phase. Die durch den Zylinder 90 ausgeübte Kraft
während
des groben Zustellens oder der zweiten Phase nimmt sehr schnell
zu, aber danach nimmt die Rate der Zunahme als Funktion der Zeit
ab. Während
der zweiten Phase bewegt das Umformwerkzeug 86 das Metall
der Endpartie 70 mit einer hohen Geschwindigkeit und die Stirnfläche 76 bewegt
sich nach außen über den
inneren Bereich 100 der konturierten Stirnfläche 96 und
zu dem äußeren Bereich 102 (4c).
Sie wird nach hinten zu der rückwärtigen Stirnfläche 48 des innen
liegenden Konus 40 gewendet und nimmt im Wesentlichen die
Form des geformten Endes 34 (4d) an,
jedoch mit einem Spalt zwischen diesem Ende 34 und der
rückwärtigen Stirnfläche 48 des innen
liegenden Konus 40. Das grobe Zustellen oder die zweite
Phase endet, nachdem das Werkzeug 86 und der Teller 80 um
eine vorbestimmte Strecke aneinander angenähert worden sind, die von dem
Ort aus gemessen wird, der den Beginn der zweiten Phase markiert,
und dies lässt
das Werkzeug 86 in einem vorbestimmten Abstand von der
rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 verbleiben.
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Beim Übergang
von der zweiten Phase in die dritte Phase wechselt der Zylinder 90 zu
einem Feinvorschub und die ausgeübte
Kraft fällt
sofort ab. Während
der Zylinder 90 jedoch damit fortfährt, die Spindel 20 und
das Umformwerkzeug 86 zusammenzubringen, wenn auch mit
geringerer Geschwindigkeit, fährt
das Metall am Ende der Spindel 20 fort zu fließen – und zwar
in Richtung der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 (4d). Die
ausgeübte
Kraft fährt
nach dem anfänglichen
Abfall und einem folgenden steilen Anstieg kurzer Dauer fort mit
einer moderaten und im Wesentlichen gleichförmigen Rate anzusteigen. Wenn
das Metall des geformten Endes 34 jedoch seine endgültige, gegen
die rückwärtige Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 anliegende Form annimmt, steigt
die Zuwachsrate der Kraft pro Zeiteinheit an, wodurch angezeigt
wird, dass das geformte Ende 34 tatsächlich an der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 anliegt. Das Umformwerkzeug 86 und die
Nabenspindel 20 nähern
sich um eine vorgeschriebene Strecke aneinander an, so dass am Ende der
dritten Phase das Umformwerkzeug 86 sich in einem vorbestimmten
Abstand von der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 befindet. Das Ende der dritten
Phase wird durch ein Ende der Annäherung der Spindel 20 an
das Umformwerkzeug 86 markiert, jedoch ohne eine Trennung
der Spindel 20 von dem Umformwerkzeug 86. Kurz
gesagt repräsentiert
die vierte Phase eine Verweildauer, in der die Spindel 20 und
das Umformwerkzeug 86 in unveränderter Stellung bleiben, abgesehen
von der Rotation. Während
der vierten Phase nimmt die durch den Zylinder 90 ausgeübte Kraft
zunächst
ab und wird dann nahezu konstant. Nun nimmt das geformte Ende 34 seine
endgültige
Form ein, in der es eng an der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 anliegt und die zwei Konusse 38 und 40 aneinander
presst, verbunden mit der korrekten Einstellung des Lagers 6,
was üblicherweise
eine Vorspannung ist.
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Falls
sich zu viel oder zu wenig Metall in dem umformbaren Ende 70 befindet – oder genauer
ausgedrückt
in der Partie des umformbaren Endes 70, die über die
rückwärtige Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 übersteht – werden die dritte und vierte
Phase etwas von den oben beschriebenen abweichen und diese Abweichungen
dienen zur Identifizierung schadhafter Nabenanordnungen A, die als Ausschuss
behandelt werden müssen.
Das Versagen der dritten Phase beispielsweise, zu ihrem Ende hin
eine Spitze der ausgeübten
Kraft zu erzeugen, deutet an, dass das geformte Ende 34 keinen
festen Kontakt mit der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 erreicht hat. Anders ausgedrückt muss
die mittlere Rate des Anstiegs gegen Ende der dritten Phase einen
Minimalwert übertreffen,
um sicherzustellen, dass das geformte Ende 34 fest an der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 anliegt. Falls die maximale, gegen
Ende der dritten Phase ausgeübte
Kraft ein vorgeschriebenes Minimum nicht erreicht, so zeigt auch
dies an, dass das geformte Ende 34 keinen vollständigen Sitz
eingenommen hat. Ebenso wird dies das Fehlen einer im Wesentlichen
gleichmäßigen Kraft
während
der vierten Phase oder Verweildauer tun. Tatsächlich deutet selbst ein moderater
Abfall der Kraft gegen Ende der vierten Phase darauf hin, dass das
Metall in dem geformten Ende 34 sich noch von dem Umformwerkzeug 86 weg
bewegt.
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Wenn
die am Ende der dritten Phase ausgeübte Kraft andererseits ein
vorgeschriebenes Maximum übersteigt,
besteht eine große
Wahrscheinlichkeit, dass der innen liegende Konus 40 im
Bereich seiner Anschlagrippe 46 eine Verformung erfahren hat.
Das Überschreiten
eines vorgeschriebenen Maximums in der vierten Phase wird auch auf übermäßige Kraft
an der Anschlagrippe 46 des innen liegenden Konus 38 hinweisen.
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Die
Auswertung der Kraft in zunehmenden Intervallen bietet sich auch
für mehrere
Algorithmen zur Identifizierung von zu verwerfenden Nabenanordnungen
A an. Diese Auswertung wird am besten durch eine Betrachtung des
Graphen der Kraft als Funktion der Zeit für eine annehmbare Nabenanordnung
A vorgenommen (5 und 6).
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Ein
Algorithmus (5) berücksichtigt die folgenden Kriterien
von einem Vergleich der Kraft mit der Zeit und das Scheitern irgendeines
dieser Kriterien innerhalb der Grenzen zu bleiben, sollte ein Verwerten
der Nabenanordnung A zur Folge haben:
- 1. Die
Rate a der Zunahme der Kraft bis zu einer maximalen Kraft am Ende
der dritten oder Feinvorschubphase. Eine Spitze beim letzten Schritt der
Feinvorschubphase deutet darauf hin dass das geformte Ende 34 in
Kontakt mit der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 getreten ist und somit einem größeren Widerstand für den Fluss
des Metalls begegnet ist. In anderen Worten muss die Lastkurve eine
moderate Krümmung
und dann einen steilen Anstieg unmittelbar vor dem Ende des Feinvorschubs
aufweisen, mit einem Knickpunkt p zwischen den zwei Steigungen,
und die steile Steigung muss eine vorgeschriebene Steigung a übertreffen.
- 2. Die Spitzenkraft während
des Feinvorschubs, die am Ende der dritten Phase auftreten sollte, muss
ein vorgeschriebenes Minimum b übertreffen.
Dies stellt sicher, dass das geformte Ende 34 einen Sitz
an der Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 eingenommen hat.
- 3. Die durchschnittliche Rate der Zunahme der Kraft während des
Feinvorschubs oder der dritten Phase muss ein vorgeschriebenes Minimum übersteigen,
wobei der Durchschnitt berechnet wird als Bewegungsdurchschnitt
von in gleichen Abständen
angeordneten Datenpunkten, beispielsweise fünf in Abständen von 0,01 Sekunden. Dies
stellt das Vorhandensein einer Kraftspitze am Ende des Feinvorschubs
sicher und bietet eine zusätzliche Überprüfung des
Schließens
des Spaltes zwischen dem geformten Ende 34 und der rückwärtigen Konusstirnfläche 48.
- 4. Die Kraft während
der Verweildauer oder vierten Phase, nach dem anfänglichen
Abnehmen dieser Kraft, muss relativ konstant und über einem vorgeschriebenen
Minimum c bleiben. Wenn die Kraft während der Verweildauer weiterhin
abnimmt oder unter das vorgeschriebene Minimum c abfällt, hat
sich das geformte Ende 34 möglicherweise nicht vollständig an
die rückwärtige Konusstirnfläche 48 angelegt.
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Ein
weiterer Algorithmus (6) berücksichtigt die folgenden Kriterien
bei dem Vergleich von Kraft gegen Zeit, und die Verletzung der für irgendeines
der Kriterien festgesetzten Grenzen sollte zu einem Verwerfen der
Nabenanordnung A führen:
- 1. Die Rate der Zunahme der Kraft beim Annähern an
den Abschluss des Feinvorschubs oder der dritten Phase. Dies wird
durch Messung der Rate (Steigung) an in gleichen Abständen angeordneten
Datenpunkten unmittelbar vor der Kraft am Ende des Feinvorschubs
bestimmt und es wird ein bewegter Mittelwert genommen. Eine mittlere Rate
(Steigung), die unterhalb einer minimalen Rate e liegt, deutet das
Fehlen des Schlusses zwischen dem geformten Ende 34 und
der rückwärtigen Konusstirnfläche 48 an.
- 2. Die maximale während
des Feinvorschubs oder der dritten Phase erreichte Kraft. Diese
Kraft sollte ein vorgeschriebenes Minimum f übersteigen, was im Allgemeinen
einen Anschluss des geformten Endes 34 an die rückwärtige Konusstirnfläche 48 sicherstellt.
Andererseits sollte sie unterhalb eines vorgeschriebenen Maximums
g liegen, das allgemein eine Kraft darstellt, bei der die Anschlagrippe 46 des
innen liegenden Konus 40 verformt wird. Die maximale Kraft
sollte kurz gesagt während
des Feinvorschubs zwischen den vorgeschriebenen Maximal- und Minimalkräften f und
g liegen.
- 3. Die Änderung
der Rate, mit der die Kraft gegen Ende der vierten Phase oder Verweildauer
abnimmt. Diese Rate darf nicht zu schnell abnehmen, da, wenn sie
es täte,
dies zeigen würde, dass
sich das Metall noch während
der Verweilphase von dem Umformwerkzeug 86 weg bewegen
würde.
In anderen Worten muss die Steigung der Belastungskurve gegen Ende
der vierten Phase unterhalb eines vorgeschriebenen Maximums h bleiben.
- 4. Die durchschnittliche Kraft während des Teils der vierten
oder Verweilphase, die der anfänglichen
Abnahme der Kraft nach Eintritt in die vierte oder Verweilphase
folgt. Diese mittlere Kraft muss oberhalb eines vorgeschriebenen
Minimums i bleiben, um sicherzustellen, dass das geformte Ende 34 an
die rückwärtige Konusstirnfläche 48 angeschlossen
hat, sie muss jedoch unterhalb eines vorgeschriebenen Maximums i
bleiben. Falls die Kraft das vorgeschriebene Maximum 1 übersteigt,
kann dies die Anschlagrippe 46 des Konus verziehen.
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Die
Kraftmesszelle 92 erzeugt ein elektrisches Signal, welches
einem Mikroprozessor zugeführt
wird, der weiterhin ein Zeitsignal von einer Uhr erhält, um die
Zeitbasis bereitzustellen. Der Mikroprozessor erkennt die Größe der in
jedem Moment durch die Kraftmesszelle 92 registrierten
Kraft und die Zeit, zu der sie wirkt, wodurch effektiv eine Belastungskurve
(5 und 6) erzeugt wird. Maximale und
minimale Grenzen für
Kraft und Steigungen während
der dritten und vierten Phasen sind in dem Mikroprozessor abgespeichert.
Diese Grenzen können
maximale und minimale Kräfte
b f und g für
den Teil der Belastungskurze umfassen, der zu dem Übergang
zwischen der dritten und vierten Phase führt, maximale und minimale
Kräfte
c, e und j für
den Teil, der Belastungskurve bei Annäherung an das Ende der vierten
Phase, eine minimale Steigung a und e für den Teil der Steigung bei
Annäherung
an den Übergang
zwischen der dritten und vierten Phase, und eine maximale Steigung
h für die
Belastungskurve bei Annäherung
an das Ende der vierten Phase. Schließlich registriert der Mikroprozessor
die Ausgangsposition der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 an den Achsen X und Y und überprüft den Abstand
zwischen dieser rückwärtigen Stirnfläche 48 und
der Position des Umformwerkzeugs 86 beim Beginn der zweiten
Phase. Er speichert einen vorgeschriebenen Abstand für den Schluss
zwischen der rückwärtigen Stirnfläche 48 und
dem Umformwerkzeug 86 sowohl für die zweite als auch die dritte
Phase und steuert den Schluss derart, dass die zweite und dritte
Phase den korrekten Abschluss bewirken.
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Keine
zwei Drehumformmaschinen B arbeiten gleich, noch weniger irgend
zwei Umformwerkzeuge 86. Die maximalen und minimalen Kräfte und Steigungen,
die für
eine Maschine B und ein Werkzeug 86 geeignet sind, sind
im Allgemeinen nicht auf eine andere Maschine B und ein anderes
Werkzeug 86 übertragbar.
Somit müssen
die Größen für die Kräfte und
Steigungen für
jede Maschine B und jedes Werkzeug 86 empirisch bestimmt
werden. Durch eine Serie von Kalibrierungsdurchläufen und manuellen Messungen
an den fertig gestellten Nabenanordnungen A, die in diesen Durchläufen hergestellt
worden sind, kann die Größe der maximalen
und minimalen Kräfte
und Stei gungen bestimmt werden, jenseits derer sich nicht akzeptable
Nabenanordnungen A ergeben.
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Der
außen
liegende Lagerring 38 kann einstückig mit der Spindel 20 ausgebildet
sein, in welchem Fall sich die außen liegende innere Lauffläche 44 auf
der Spindel 20 befindet. Auch kann sich die außen liegende
Lauffläche 14 auf
einem separaten Doppellagerring befinden, der in das Gehäuse 2 eingepresst
ist, oder zwei Einzellagerringen, die ebenfalls in das Gehäuse 4 eingepresst
sind. Das Lager 6 muss kein Kegelrollenlager sein, sondern
kann ein Schräglager
oder jedes andere Wälzlager
sein, das in der Lage ist, Axiallasten aufzunehmen. Das geformte
Ende muss nicht direkt an der rückwärtigen Stirnfläche 48 des
innen liegenden Konus 40 anliegen, sondern kann an einem
dazwischen angeordneten Organ anliegen, wie beispielsweise einem
Ring oder Flansch, der zwischen dem geformten Ende 34 und
der rückwärtigen Konusstirnfläche 48 eingeschlossen
ist. In diesem Fall wird das Ende des dazwischen angeordneten Organs
als rückwärtige Konusstirnfläche 48 angesehen.