CN112664564A - 制造用于车辆的车轮轮毂轴承单元的方法及相关联的单元 - Google Patents

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Abstract

一种车轮轮毂轴承单元(1)包括外圈(2)、滚动体(7)和内圈(3)，所述内圈在其第一端部(4)处设置有凸缘(5)，所述内圈制有用于被配置为保护所述滚动体的密封装置(8)的密封唇(11)的滑动表面(12)，所述滑动表面由金属***件(15)限定，所述金属***件与所述第一端部(4)一体地形成并且被配置为横跨所述凸缘的基部(13)和所述第一端部(4)的与所述凸缘的基部紧邻的部分(14)，所述金属***件(15)的厚度在0.2mm与2mm之间，并且所述金属***件(15)通过增材制造使用与制造所述内圈(3)的材料不同且由奥氏体不锈钢构成的材料制成。

Description

制造用于车辆的车轮轮毂轴承单元的方法及相关联的单元
技术领域
本发明涉及一种制造用于车辆的车轮轮毂轴承单元的方法及相关联的车轮轮毂轴承单元，所述车轮轮毂轴承单元特别紧凑并且具有外设(/外置)(outboard)密封装置(即，朝向车辆的外部配置的密封装置)，所述外设密封装置具有长的工作寿命(/使用寿命)。用于车辆的车轮轮毂轴承单元的由滚动轴承的带凸缘内圈构成的组件也形成本发明的一部分。
背景技术
如已知的，车辆的车轮轮毂轴承单元通常由以下组件组成：滚动轴承内圈，具有第一带凸缘端部(/凸缘端部)(flanged end)；滚动轴承外圈，在与内圈的第一带凸缘端部相对的一侧安装在内圈上；多个滚动体，配置在内圈与外圈之间，使得内圈和外圈能够以少量摩擦相对旋转；以及至少一个密封装置，被配置为在内圈的第一带凸缘端部的一侧保护滚动体。
在使用期间，车辆车轮安装在内圈的带凸缘端部上，而可能或多或少带凸缘的外圈固定到车辆的悬架支柱(/悬挂立柱)(suspension pillar)上/固定在车辆的悬架支柱内部。
现今，特别迫切需要确保密封装置的密封唇在光滑且耐腐蚀的表面上滑动。为此目的，密封装置由两个面对的遮蔽件(/隔板)(screen)组成，两个面对的遮蔽件即为：第一遮蔽件，承载设置有可弹性变形的密封唇的弹性体元件；以及第二遮蔽件，由不锈钢或衬有(lined with)保护材料的金属片制成，面向第一遮蔽件安装并且安装在由密封唇缘接合的相应滑动表面上。
该解决方案是令人满意的，但具有许多缺点。首先，它在轴向方向上相对庞大(/笨重)，而在许多应用中，可用的空间是有限的。使用具有复杂形式的第二遮蔽件仅部分地解决了轴向尺寸的问题，但是成本高。其次，在具有两个遮蔽件的解决方案的情况下，存在两个遮蔽件的相对运动和/或两个遮蔽件相对于滚动轴承圈的相对运动的风险，结果导致失去密封效果和损坏滚动体的风险。
此时，除去第二遮蔽件将导致密封唇直接摩擦接触在内圈上，密封装置在被凸缘附接的区域中直接紧固到外圈，随之而来的是密封唇的快速磨损和密封唇的滑动表面的腐蚀风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种不具有现有技术的缺点、既可靠又低成本并且还能够减小车轮轮毂轴承单元的轴向尺寸的制造用于车辆的车轮轮毂轴承单元的方法以及相关联的设置有带凸缘内圈的车轮轮毂轴承单元。
因此，在本发明的基础上，提供了一种制造车轮轮毂轴承单元的方法以及相关联的车轮轮毂轴承单元和该单元的带凸缘内圈，它们具有在所附权利要求中指出的特征。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施方式的两个非限制性示例的附图来描述本发明，在附图中：
图1以示意图形式示出了根据本发明的用于车辆的车轮轮毂轴承单元的径向截面正视图，为了更简化图示，去除了所述车轮轮毂轴承单元的部分；
图2以示意图形式示出了根据本发明的可能的变型的用于车辆的车轮轮毂轴承单元的相同的径向截面正视图，为了更简化图示，去除了所述车轮轮毂轴承单元的部分；以及
图3示出了本发明的可能的替代实施方式。
具体实施方式
参照图1，其中1表示用于车辆的车轮轮毂轴承单元整体，车轮轮毂轴承单元包括滚动轴承2，滚动轴承2进而包括：内圈3，内圈3的第一端部4在径向外部设置有凸缘5；外圈6；以及多个滚动体7，配置在外圈6与内圈3之间，使得外圈6和内圈3是可相对旋转的。
为了更简化图示而仅示意性地示出了车轮轮毂轴承单元1并且截短(truncate)了外圈6和内圈3，车轮轮毂轴承单元1还包括已知类型的至少一个密封装置8，至少一个密封装置8一体地安装在外圈6上并且包括刚性环形遮蔽件(screen)9，在径向截面上看，刚性环形遮蔽件9根据需要成形为具有加强截面所需的必要的折叠区域(folded zone)，例如，具有大体上呈L形状的形式，或者如在所示出的实施方式的非限制性示例中那样，大体上呈“7”的形式。
刚性环形遮蔽件9具有一体地安装在其上的弹性环形密封元件10，弹性环形密封元件10设置有多个密封唇11(本身已知并且可弹性变形)，密封唇11被构造为接合抵靠且优选为以接触的方式接合抵靠内圈3的第一端部4的径向外滑动表面或配合面(/对立面)(counter-face)，以与径向外滑动表面或配合面一起形成摩擦密封件(friction seal)(或者，在一个或多个唇缘11不与表面12接触地接合的情况下，以与径向外滑动表面或配合面一起形成迷宫密封件(labyrinth seal))。
根据本发明的一个方面，用于车辆的车轮轮毂轴承单元1的内圈3在其第一端部4处与径向外凸缘5制成为一体件(/单件)(one piece)，并且还在凸缘5的基部(baseportion)13与第一端部4的紧邻凸缘5的部分14之间设置有金属***件(insert)15，该金属***件15在同一侧横跨(/跨越)(astride)凸缘5的基部13和内圈3的第一端部4的与凸缘的基部13紧邻的部分14延伸。
在该实施方式中，金属***件15完全占据内圈3的径向外凹部(recess)16，该径向外凹部16既在凸缘5的基部13上方的外部，又在内圈3的第一端部4的与凸缘5的基部13紧邻的部分14上方的外部、径向地延伸。
根据本发明的一个方面，金属***件15由与制成内圈3的材料不同的材料制成，并且特别地，金属***件15由耐腐蚀且具有相对低的摩擦系数的金属或金属合金制成。
根据本发明的一方面，滑动表面12由金属***件15限定，金属***件15在上述位置中是环形的并且与内圈3的第一端部4一体地形成为单件，以完全占据凹部16，凹部16也是环形的并且形成在内圈3的径向外侧表面18上，在径向外侧表面18上还形成有用于滚动体7的相应滚道19(仅示出了所述滚道中的一个滚道，另一个滚道配置在为了更简化图示而被截短的已知圈部件3上)。
由金属***件15限定和界定的滑动表面12形成端部4的径向外侧表面，并且因此形成侧表面18的一部分，形成侧表面18的最靠近凸缘5的部分。
金属***件15的厚度的范围在0.2mm与2mm之间，并且优选在0.4mm与0.8mm之间，在该实施方式中，所述测量(值)对应于凹部16的深度。
根据本发明的一方面，金属***件由不锈钢形成，不锈钢特别是奥氏体不锈钢，并且金属***件甚至更特别地由焊接用标准化类型(type standardized for welding)的包含硅的奥氏体不锈钢形成；例如，根据本发明的实施方式，金属***件15由具有等于约1％重量的硅含量和低的碳含量(必须等于或小于0.03％)的AISI316L钢制成。该材料代表本发明的优选但非限制性的实施方案。
焊丝焊接用标准化类型的Si含量更一般地在0.8％重量与1％重量之间，以能够通过增材(additive)制造获得金属***件15。
因此，从上面清楚的是，本发明还涉及一种制造用于车辆的车轮轮毂轴承单元1的方法，车轮轮毂轴承单元1包括滚动轴承2和至少一个密封装置8，滚动轴承2又包括内圈3、外圈6和多个滚动体7，内圈3的第一端部4在径向外部设置有凸缘5，多个滚动体7配置在外圈与内圈之间使得内圈和外圈是可相对旋转的，至少一个密封装置8一体地安装在外圈6上并且设置有多个密封唇11，多个密封唇11被构造为通过在内圈3的第一端部4的径向外表面12上滑动而接合。
根据本发明的方法包括以下步骤：
a)制造外圈6和内圈3，例如，通过锻造(forging)或铸造(casting)以粗糙的构造将内圈3与凸缘5制成为一体件(/单件)，在该步骤期间或随后通过加工在内圈3的径向外表面18上形成径向外凹部16，该径向外凹部16被配置为在同一侧横跨凸缘5的基部13和内圈3的第一端部4的与凸缘5的基部13紧邻的部分14。在该步骤期间，凹部16形成为既在凸缘5的基部13上方也在内圈3的第一端部4的与凸缘5的基部13紧邻的部分14上方延伸；
b)用***件15渐进地(/逐渐地)填充至少整个凹部16，***件15通过抗腐蚀且具有相对低的摩擦系数的金属或金属合金的增材制造而制成；在该步骤期间，***件15也可以在凹部16的外部延伸，例如，***件15也可以在表面18的一部分上方延伸或者在高度方向(heightwise)上延伸超出表面18的边缘；
c)加工金属***件15，使得形成用于密封唇11的滑动表面12，滑动表面12形成为弯曲(/曲面)的，并且使得将凸缘5的基部13与内圈3的第一端部4无缝地连接且将凸缘5的基部13与和第一端部4平齐的表面18无缝地连接；
d)将密封装置8安装在外圈6上，并且将外圈6在与凸缘5相对的一侧安装在内圈3上且将滚动体7配置在外圈6与内圈3之间，使得密封唇11与滑动表面12配合。
金属***件15优选地通过SLM(选择性激光制造(Selective LaserManufacturing))技术并且在任何情况下使用平均粒径(/平均颗粒尺寸)为90微米(microns)的粉末形式的金属材料来制造。
金属嵌件15由不锈钢制成。
金属***件特别是由奥氏体不锈钢制成。
金属***件甚至更特别地由焊接用标准化类型的Si含量在0.8％与1％之间的范围的不锈钢AISI316L制成。
最后将金属***件15制成为在成品状态下并因此进行加工之后、在滑动表面12的区域中具有在0.2mm与2mm之间并且优选地在0.4mm与0.8mm之间的厚度，所述测量(值)在图1所示的实施方式中对应于凹部16的深度。
现在参照图2，其中为了简洁起见，由相同的附图标记表示与已经描述的细节相似或相同的细节，所述附图示出了用于车辆的车轮轮毂轴承单元100，车轮轮毂轴承单元100包括滚动轴承2，滚动轴承2又包括：内圈3，内圈3的第一端部4在径向外部设置有凸缘5；外圈6；以及多个滚动体7，配置在外圈6与内圈之间，使得外圈6和内圈3是可相对旋转的。
在这种情况下，凹部16也在径向上形成在侧表面18所在的一侧的外部，然而，所述凹部在凸缘5的整个基部13上延伸，直到与外圈6的径向外表面20大体上齐平(flush)为止。
凹部16由金属***件150占据，金属***件150完全填充凹部16，并且与***件15不同，金属***件150以已经描述的方式通过增材制造渐进地沉积，以在凹部16的外部在轴向上和在径向上延伸。然后，加工***件150，以形成滑动表面12，并且另外在凸缘5的基部13上还形成突起(/突出部)(projection)151，突起151被构造为在外圈6内部在轴向上延伸并且在外圈6的内部在径向上延伸，在径向最外侧的密封唇11的外部上，在径向上紧邻并且平行于该密封唇11。突起151还可以直接通过已经按照其确定的形式和构造的增材制造(additive manufacturing)来形成，而不需要加工。
突起151与径向外唇11并且与遮蔽件9一起限定并且形成另外的迷宫密封件152该另外的迷宫密封件152在径向上配置在其他径向最内侧的唇的外部，并且在径向上配置在滑动表面12的外部以保护滑动表面12。
金属的沉积能够满足市场于在不锈钢材料上滑动的密封唇的需求，并且使用更紧凑和低成本的密封设计。
在可以使用材料的沉积以创建用于密封件的迷宫152的情况下，可以获得进一步的优点。
现在参照图3，其中为了简洁起见，由相同的附图标记表示与已经描述的细节相似或相同的细节，所述附图示出了用于车辆的车轮轮毂轴承单元200，车轮轮毂轴承单元200包括滚动轴承2，滚动轴承2又包括：内圈3，内圈3的第一端部4在径向外部设置有凸缘5；外圈6；以及多个滚动体7，配置在外圈6与内圈之间，使得外圈6和内圈3是可相对旋转的。
然而，在这种情况下，不存在凹部16，而设置有金属***件1500，然而，该金属***件1500直接位于径向外侧表面18上，既在凸缘5的基部13上方的外部、在径向上延伸且延伸到大体上远至与外圈6的径向外表面20齐平的点，又在内圈3的第一端部4的与凸缘5紧邻的整个部分14上方的外部、在径向上延伸且在所示的示例中朝向滚道19延伸。
***件1500以已经描述的方式通过增材制造渐进地沉积在侧表面18(或其部分)上，以在凸缘5和部分14的外部上(直接在粗形成(/粗加工)(rough-formed)的或先前加工的侧表面18上)在轴向上和在径向上延伸。然后，加工***件1500，以形成滑动表面12。
在该步骤期间，根据未示出的可能的另一变型，也可以形成在***件1500上与凸缘5的基部13相对地形成如上所述针对图2的变型构造的突起151。突起151也可以直接通过已经按照其确定的形式和构造的增材制造来形成，然后仅另外需要以与整个***件1500相同的方式进行精加工。在所描述的所有实施方式中，***件15、150和1500是通过使用平均粒径在70微米与100微米之间并且优选地等于90微米的金属粉末、施加400瓦的激光功率且激光与加工表面的相对平移速度(relative translation speed)等于10mm/s的直到获得具有0.5mm的最小厚度的“粗糙”***件为止的激光增材制造(laser additivemanufacturing)来获得的。
由于在不加工的情况下，***件15、150、1500将不具有适于形成滑动表面12的表面光洁度(surface finish)，因此在其沉积和冷却之后，再次加工***件15、150、1500，直到***件15、150、1500具有0.2mm与2mm之间的工作厚度为止。
因此，所描述的解决方案提供以下优点：
1)能够使用先前由于由单个遮蔽件形成的密封装置的唇的表面的高度腐蚀而不起作用的熟知的紧凑密封设计；
2)获得形成在凸缘内圈3中的迷宫152，避免任何类型的处理、组装和位置控制；
3)由于不存在硅颗粒，涂层的涂覆完全自由，在已知的双遮蔽件密封设计中，由于需要在安装于内圈3上的遮蔽件与圈本身之间配置硅膏以增加密封作用而导致存在所述硅颗粒。
因此，实现了本发明的所有目的。

Claims (12)

1.一种制造用于车辆的车轮轮毂轴承单元(1；100)的方法，所述车轮轮毂轴承单元包括滚动轴承(2)和至少一个密封装置(8)，所述滚动轴承(2)进而包括内圈(3)、外圈(6)和多个滚动体(7)，所述内圈(3)的第一端部(4)在径向外部设置有凸缘(5)，所述多个滚动体(7)配置在所述外圈与所述内圈之间，使得所述外圈和所述内圈是能够相对旋转的，所述至少一个密封装置一体地安装在所述外圈上并且设置有多个密封唇(11)，所述多个密封唇被构造为接合在所述内圈的第一端部的径向外表面(12)上；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)制造所述外圈(6)和所述内圈(3)，将所述内圈(3)与所述凸缘(5)制成为一体件；
b)在所述内圈的径向外表面(18)上渐进地形成***件(15；150；1500)，所述***件由抗腐蚀且具有相对低摩擦系数的金属或金属合金通过增材制造而制成；所述***件(15；150；1500)被配置为在同一侧横跨所述凸缘的基部(13)和所述内圈的第一端部(4)的与所述凸缘的基部紧邻的部分(14)，所述***件既在所述凸缘的基部(13)上方延伸，又在所述内圈的第一端部(4)的与所述凸缘的基部紧邻的部分(14)上方延伸；
c)加工所述金属***件(15；150)，使得形成用于所述密封唇(11)的滑动表面(12)，所述滑动表面(12)是弯曲的，并且将所述凸缘的基部(13)与所述内圈的第一端部(4)无缝地连接；
d)将所述密封装置(8)安装在所述外圈(6)上，并且将所述外圈在与所述凸缘(5)相对的一侧安装在所述内圈上且在所述内圈与所述外圈之间配置滚动体(7)，使得所述密封唇(11)与所述滑动表面(12)配合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)期间，还在所述内圈的径向外表面(18)上形成凹部(16)，所述凹部(16)被配置为在同一侧横跨所述凸缘的基部(13)和所述内圈的第一端部(4)的与所述凸缘的基部紧邻的部分(14)，所述凹部(16)既在所述凸缘的基部(13)上方延伸，又在所述内圈的第一端部(4)的与所述凸缘的基部紧邻的部分(14)上方延伸；并且
通过借助于增材制造直接在所述凹部(16)内部形成所述***件(15；150；1500)直到所述***件至少完全填充所述凹部(16)为止来执行步骤b)，可选地，通过借助于增材制造直接在所述凹部(16)内部形成所述***件(15；150；1500)直到所述***件在轴向上和/或在径向上溢出以从所述凹部(16)突出为止来执行步骤b)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过使用平均颗粒尺寸在70微米至100微米之间的金属粉末并且施加400W的功率且以为10mm/sec的相对平移速度的选择性激光制造(SLM)技术来制造所述金属***件(15；150)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)由不锈钢制成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)由奥氏体不锈钢制成。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)由焊接用标准化类型的Si含量在0.8％与1％之间的范围的不锈钢AISI316L制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)在其施加步骤之后具有0.5mm的最小厚度，并且在加工之后具有0.2mm与2mm之间的厚度，并且优选地，在加工之后具有0.4mm与0.8mm之间的厚度。
8.一种用于车辆的车轮轮毂轴承单元(1；100；200)，包括滚动轴承(2)和至少一个密封装置(8)，所述滚动轴承(2)进而包括内圈(3)、外圈(6)和多个滚动体(7)，所述内圈(3)的第一端部(4)在径向外部设置有凸缘(5)，所述多个滚动体(7)配置在所述外圈与所述内圈之间，使得所述外圈和所述内圈是能够相对旋转的，所述至少一个密封装置一体地安装在所述外圈上并且设置有多个密封唇(11)，所述密封唇(11)被构造为接合抵靠所述内圈的第一端部(4)的径向外滑动表面(12)；其特征在于，
所述滑动表面(12)由与所述内圈的第一端部(4)一体地形成为单件的金属***件(15；150；1500)限定，所述金属***件(15；150；1500)被配置为在同一侧横跨所述凸缘的基部(13)和所述内圈的第一端部的与所述凸缘的基部(13)紧邻的部分(14)，所述金属***件(15；150；1500)的厚度在0.2mm与2mm之间；所述金属***件(15；150；1500)由与制造所述内圈的材料不同且由耐腐蚀且具有相对低的摩擦系数的金属或金属合金构成的材料制成。
9.根据权利要求8所述的车轮轮毂轴承单元，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)完全占据所述内圈的凹部(16)，所述凹部(16)既在所述凸缘的基部(13)上方延伸，又在所述内圈的第一端部的与所述凸缘的基部(13)紧邻的部分(14)上方延伸。
10.根据权利要求8或9所述的车轮轮毂轴承单元，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)由不锈钢制成，优选地，所述金属***件由奥氏体不锈钢制成。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的车轮轮毂轴承单元，其特征在于，所述金属***件(15；150；1500)由焊接用标准化类型的Si含量在0.8％与1％之间的范围的不锈钢AISI316L制成。
12.一种滚动轴承(2)的内圈(3)，特别是用于车辆的车轮轮毂轴承单元(1；100)的内圈，所述内圈在其第一端部(4)处与径向外凸缘(5)制成为一体件，其特征在于，在所述凸缘的基部(13)与所述内圈的第一端部(4)的紧邻所述凸缘(5)的部分(14)之间设置有金属***件(15；150；1500)，所述金属***件在同一侧上横跨所述凸缘的基部(13)和所述内圈的第一端部的与所述凸缘的基部紧邻的部分(14)延伸，所述金属***件(15；150；1500)的厚度在0.2mm与2mm之间；所述金属***件(15；150；1500)由与制成所述内圈(3)的材料不同且由奥氏体不锈钢构成的材料制成。
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