CN101965268B - 车轮支架、车轮轴承结构以及前密封件 - Google Patents

车轮支架、车轮轴承结构以及前密封件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于容纳车轮轴承外圈的车轮支架和一种带有这种车轮支架的车轮轴承结构。目标是通过前密封件来减轻车轮轴承的密封结构的负荷，该前密封件实施为迷宫式密封件，并且基于合适的间隙几何结构而实现一种具有优点的前密封作用。为此，车轮支架具有收集槽，该收集槽用于收集并在外围导出液体和污垢颗粒。通过这种措施能够改变轴承密封件，使得可以利用传统密封结构的最小程度的密封作用以及利用大大降低的摩擦力矩实现节省。总体上，从现在起通过轴承密封件和前密封件共同实现的密封作用得以提高，或者在制造成本降低的情况下至少保持在相同水平上。

Description

车轮支架、车轮轴承结构以及前密封件
技术领域
本发明涉及一种车轮支架以及一种带有这种车轮支架的车轮轴承结构，该车轮支架被设置用于容纳车轮轴承的外圈。
背景技术
车轮支架已在汽车领域中得到各种应用。车轮支架在车轮轴承结构内的功能是将车轮轴承与商用车(NKW)、轿车(PKW)或者还有摩托车的底盘或者车身固定连接。
在现今的汽车制造中，更多地寄希望于已经预安装的组件，这些预安装的组件通常可以按照更简单的方式与汽车联合、连接或者安装。相应地也适用于车轮支架，一般情况下，车轮轴承单元可以集成到该车轮支架中并且将该车轮支架与该车轮轴承单元一起安装。在此，将车轮轴承单元连接到传递传动力矩的构件上。这种构件可以是轴或者万向节罩(Gelenkglocke)，这种构件例如通过纵向啮合或者端面啮合来保证针对转矩传递所期望的形状配合。
然而，正是这些对制造过程来说应尽可能简单地构造的接口表明可能会出现问题，如果涉及到运行期间的环境影响的话。因此，所提及的机械接口通常处于车轮轴承的变速器侧(也就是汽车侧)的密封结构附近并且对于环境影响仅受到不充分的保护。
由US 2002/0049091A1公知一种车轮轴承单元，在该车轮轴承单元中，车轮轴承通过扁平的滚动轴环与万向节罩螺纹连接并且可以通过纵向啮合投入运行。双列角接触球轴承的变速器侧的密封结构利用盒式密封件来实现，该密封结构与带有密封圈和挡圈的密封结构相比实现了增强的密封作用。
因此，当前现有技术的教导以提高变速器侧的密封结构的密封作用为目标，以避免外来颗粒进入到车轮轴承中，这会导致明显损害车轮轴承的使用寿命。
由G 92 03 402.0公知一种汽车轴承密封件，该轴承密封件在车轮侧的密封结构的框架内具有环形元件，该环形元件固定在车轮轴承的外圈上并且能够实现将污垢颗粒在外围导出。
原则上，与在变速器侧的密封结构上完全一样，类似问题也出现在车轮侧的密封结构上，但是通过轮辋还有制动盘的邻近和大小，类似于迷宫式密封件(Labyrinthdichtung)中那样，已实现了非常有效地保护不受环境影响。更大的问题出现在要求非常高的变速器侧的密封结构中。
此外，必须强调的是，以提高两个密封结构之一的密封作用为目标的措施，一般情况下导致密封件的增加的摩擦力矩或者密封唇的增加的摩擦力矩，并因此必然导致增加的油耗。
发明内容
本发明的目的因此在于，实质性减少环境对车轮轴承的至少一个密封结构的影响。
该目的通过一种开头所提及的类型的车轮支架通过如下方式得以解决，即，车轮支架为了保护车轮轴承的密封结构而具有收集槽，该收集槽被设置用于收集和在外围导出液体，特别是水，和污垢颗粒。该目的还借助一种具有这种车轮支架的车轮轴承结构得以解决。
本发明基于如下认识，即，迄今为止的解决方案仅局限于增强的密封作用，该增强的密封作用直接在内圈与外圈之间的车轮轴承密封件上形成。
依据本发明，设置有用于容纳车轮轴承外圈和用于保护车轮轴承密封结构的车轮轴承结构。为此，车轮轴承结构，尤其是车轮轴承结构的车轮支架，具有前密封件，该前密封件被设置用于减轻负荷或者保护车轮轴承的密封结构。这种前密封件尤其可以在变速器侧的密封结构中使用，但也可以为了保护车轮侧的密封结构或两个密封结构而被置入。
整个前密封件或者仅一部分前密封件构成为车轮支架上的收集槽，该收集槽被设置用于收集和在外围导出污垢颗粒。为此，收集槽可以设置在变速器侧的密封结构和/或者车轮侧的密封结构附近。在两种情况下，运行期间到达车轮支架上的喷溅水应由相应密封结构挡开，方法是：污垢或水聚集在收集槽内并且从该收集槽在环绕车轮轴承的转动轴的周向上被引导，以便最后导出到路面上。
因此，收集槽形成挡泥室或者贮藏室，其径向直径大于车轮轴承内的密封结构的径向直径，但具有优点地小于相邻的构件(例如像万向节罩)的最大径向延伸部。这导致：运行期间，水(并因此还有污垢颗粒)在旋转的万向节罩上聚集在径向最外面的点上，并从那里被甩出并且可能重新到达车轮支架上，从那里它可以直接流入到收集槽内。
因此，车轮轴承的密封结构可以通过如下方式来改变，即，利用最小程度的密封作用仍然可以基于前密封件实现相同的或者更好的密封效果，并且可以附加地实现节省密封结构的材料。此外，也可以放弃磨光的密封件，由此油耗得以明显降低。
在最前面的实施方式中，前密封件的构造形式，也就是说尤其是收集槽的构造形式，可以在无需很大开支的情况下，通过客户方面的构件的结构上的改变来产生。
在具有优点的实施方式中，车轮轴承结构除了车轮支架以外还具有轮毂和可与轮毂连接的、尤其是螺纹连接的万向节罩，其中，车轮支架与轮毂和/或车轮支架与万向节罩形成密封间隙。密封间隙在此完全在迷宫式密封件的意义上通过如下方式来实施，即，使该密封间隙部分地占据相对于车轮轴承的转动轴垂直的、平行的或者组合的方位，以便有效地防止水和污垢在汽车运行时或者停车时进入。在此，参与密封间隙的构件在其形状方面相互协调。
在具有优点的实施方式中，密封间隙通入到车轮支架的收集槽内。成型到密封间隙上的部件在此可以由轮毂和车轮支架或者万向节罩和车轮支架或者所有3个构件组成。重要的是，密封间隙对准收集槽的挡泥室(贮藏室)，而收集槽的水不会进入到密封间隙内。这既适用于汽车的运行状态，也适用于汽车的停车状态。
在停车状态中，水和污垢进入密封间隙内通过如下方式得以防止，即，与密封间隙的孔口或者孔开口相比，收集槽具有与车轮轴承转动轴的更小的径向间距。收集槽的参考路面的上部因此远远低于密封间隙的孔口，由此防止了由于重力而进入到密封间隙内。此外，水包括污垢在内在整体呈环形的收集槽内从周向侧流出并且进入收集槽的面向路面的部分中，然后可以从该部分上滴落。
在行驶运行期间，通过如下方式防止水和污垢进入，即，在晃动时由于表面张力，水包括污垢在内从收集槽中不直接被甩到车轮支架与万向节罩之间或者车轮支架与轮辋之间的中间空隙内，而是停留在车轮支架上，并且也像汽车停车时那样通过收集槽向外围流出。在这种关联中，具有优点的是如下情况，即，车轮支架本身是固定的构件并且所收集的水或污垢不会从收集槽中被甩出。
在具有优点的实施方式中，密封间隙的孔口由车轮支架的圆柱形突起部形成，与收集槽的最小径向距离相比，该突起部与车轮轴承的转动轴的最大径向距离更大。这种圆柱形突起部可以直接成型到车轮支架上，也就是说，两个构件在一个构件内实现。
在具有优点的实施方式中，密封间隙基本上平行于轴承的转动轴地布置在孔口区附近或者朝向转动轴地定向。原则上，密封间隙的孔口相对于轴承的转动轴的倾斜角可以具有优点地选择为使得可以考虑局部空气流动关系或者流动关系，以便有效地防止水和污垢颗粒进入到密封间隙内。在这种关联中，可能具有优点的是，收集槽在车轮支架上构成，或者在流动角度看，车轮支架也在收集槽附近构成。这样例如可以防止在车轮支架上呈环形地成型，从而处于收集槽内的水可以由空气运动而被接纳。
具有优点的是，轮毂、万向节罩和/或者万向节轴的一部分具有圆柱形密封件或者圆柱形突起部，该圆柱形突起部被设置用于在孔口区附近形成密封间隙。对此，具有优点的是，基于万向节罩的转动运动或轮毂的转动运动使用离心效应，该离心效应使污垢不可能进入，只要该污垢在车轮支架方向上或者甚至在收集槽方向上从圆柱形密封件被甩出。如果密封间隙已经存在污染物，那么通过转动运动正好可以使这些污染物有效地减少，方法是：通过密封间隙的孔口将污垢颗粒直接输送和导出到收集槽内。
在具有优点的实施方式中，万向节罩或者轮毂具有可固定的密封元件，该密封元件被设置用于在孔口区附近形成密封间隙，并且不必非得成型到万向节罩上或者轮毂上，而是也可以固定在该万向节罩上或者轮毂上。在这种一体式的解决方案中，产生较少的构件数量的优点。然而，在单独的密封元件中产生结构上的如下优点，即，该优点允许更加简单地安装车轮轴承结构并且同时使用密封元件，该密封元件在孔口区内可以远远地伸入到车轮支架内，这是因为这保证了水和污垢例如存储在相对较深的收集槽内。此外，由此改善了迷宫式密封间隙引导的可能性并且利用该可能性也改善了密封作用。
在与目前为止所提及的优点的关联中，通过车轮轴承上密封结构的级联式分级与基于收集槽的前密封件相组合产生另一优点。因为如果将上述实施方式相互组合的话，由此对密封结构的密封要求明显降低。这可能导致的是，密封结构中存在的唇式密封件能够以非常小的重叠部或者几乎零重叠部地实施，而不必放弃密封能力。由此明显降低了摩擦转矩并且节约了燃油。
附图说明
本发明其他的优选实施形式和改进形式由附图说明和从属权利要求得知。
其中：
图1示出依据现有技术的带有双列角接触球轴承的车轮轴承结构的剖面视图；
图2示出带有变速器侧密封结构的依据本发明的车轮轴承结构的剖面视图，该密封结构带有前密封件；
图3示出带有基于可固定的收集环的前密封件的依据本发明的车轮轴承结构的剖面视图；以及
图4示出带有基于可固定的密封元件的前密封件的依据本发明的车轮轴承结构的剖面视图。
具体实施方式
图1示出依据现有技术的带有两列角接触球轴承的车轮轴承结构的剖面视图。
车轮轴承由两个滚动体列7、8、两个内圈5、6和一个外圈10组成。变速器侧的内圈5与外圈10之间布置有密封结构3，该密封结构保护车轮轴承免受环境影响，该环境影响通过车轮支架31与万向节罩2之间的变速器侧间隙23作用于车轮轴承。相应地，车轮侧的密封结构4处于车轮侧的内圈6与外圈10之间，该密封结构保护免受环境影响，该环境影响通过轮毂9与车轮支架31之间的车轮侧间隙22作用于车轮轴承。与变速器侧的间隙23相比，车轮侧的间隙22处于相对受保护的位置上，尤其是因为该车轮侧的间隙通过轮毂9的车轮法兰或者通过由制动盘11和防护板12组成的制动盘布置，在迷宫式密封件的意义上相对良好地受到保护免受环境影响。
图1中以及还有后面的附图中，车轮侧与左边相对应，而变速器侧与右边相对应。
图2示出带有变速器侧密封结构3的依据本发明的车轮轴承结构的剖面视图，该密封结构带有前密封件。
在所示实施例中，示出了入口间隙几何结构，该入口间隙几何结构代替变速器侧的间隙23(如图1中所示)而具有密封间隙17。在此通过如下方式对入口间隙几何结构进行了改动，即，在迷宫式密封件的基础上形成前密封件的特殊形式。
车轮支架1一方面具有收集槽13，该收集槽的深度通过车轮支架1的圆柱形突起部14来确定。圆柱形突起部14与对置的万向节罩32的形式协调一致，以便实现密封间隙17的很小的间隙宽度。密封间隙17通过径向间隙17a、轴向间隙17b和另一径向间隙17c形成。径向间隙17a是密封间隙17的一部分，该密封间隙，如图2中所示的那样，仅略微朝向汽车侧径向地与旋转轴相距开，以便紧接着根据曲度过渡到轴向间隙17b中。轴向间隙17b在其轴向延伸方面非常受限，这本身对整体密封性能有益。径向间隙17a以相同的方式在径向上仅发生非本质的变化。但具有优点的是，限定径向间隙17a的径向界定面在径向间隙17a的长度上平行于旋转轴地保持原状。这在剖切平面上导致密封间隙17的两部分成直角地布置并且因此导致分离成主动输送区(环形的轴向间隙17b)和被动输送区(圆柱形的径向间隙17a)。在环形的轴向间隙17b内，水和污垢颗粒不断地通过与旋转轴相关的离心力向外输送。但在圆柱形的径向间隙17a内，优选既不沿车轮方向运动，也不沿汽车方向运动。
可表明的是，径向间隙17c密封特别有效，该密封间隙至少部分地包括同样圆柱形的径向间隙17a并且以类似方式示出被动输送区。但是，径向间隙17c不仅圆柱形地(如图所示的那样)而且锥形地实施，其中，水或者污垢颗粒在密封间隙17的孔口区24内的进入此外可以通过相对于旋转轴的相应调整得到抑制。这种调整角可以从0°到90°地变化，其中，径向间隙17c在孔口区内可能加宽或者变窄。重要的是，水或者污垢颗粒不会毫无问题地从收集槽13进入到密封间隙17内。
在图2中所示的实施方式中，在与万向节罩32或者与其一体式成型的圆柱形密封件16的组合下，实现对密封间隙17的一种部分呈半圆形的间隙引导。这种间隙引导在此包含一个或者多个从轴向到径向或从径向到轴向的方向变化，由此，附加地使环境影响向变速器侧(右边)的密封结构3的渗透并因此向车轮轴承本身的渗透在无任何磨光的密封组件的情况下变得困难。
具有优点的是，密封间隙17在径向上环路形地、s形地或者类似于蛇形曲线地构成，以便进一步减少环境影响。在此起决定性作用的是如下事实，即，污垢颗粒不仅必须在轴向上移动，而且径向上移动，也就是交替地随着或逆着旋转的万向节罩32的离心力地移动。在此，非常具有优点地利用液体的特性：遮蔽、阻塞、阻挡和转向，以便挡住里面含有污垢颗粒的上述液体。
具有优点的是，圆柱形密封件16的圆柱形突起部15与车轮支架1的圆柱形突起部14共同形成密封间隙17通入到收集槽13中的孔口。对此，首先就具有优点的是，利用突起部15实现了在径向上遮盖密封间隙17。此外，具有优点的是，污垢颗粒和水首先聚集到收集槽13内，然后它们总之可以到达孔口附近，也就是经过突起部15、16，进入到密封间隙17内。在此，无关紧要的是，污垢颗粒是否通过进行遮盖的圆柱形密封件16或者其圆柱形突起部15进入到收集槽13中，还是在车轮支架1上沿路面方向向下地移动以便最后进入到收集槽13中。
该实施例中具有优点的还有：用于前密封结构的构件数量少。如果成型成密封间隙的部分与万向节罩32和车轮支架1一体式地连接，那么基本上无需新的构件。
同样可以设想的是，例如考虑使用重量轻的万向节罩32，仅使车轮支架1成型，通过现有收集槽13并且还有现有地具有优点地靠近传统的万向节罩，以实现前密封作用。由此，可以实现取代所示的万向节罩32而使用常用的万向节罩并且仍然能实现某种前密封件。
图3示出带有基于可固定的收集环18的前密封件的依据本发明的车轮轴承结构的剖面视图。
前密封件的工作原理在该实施例中与前面的实施例中相同，其中，收集槽13由可固定的收集环18形成，该收集环能够以相同的方式利用其形式具有优点地对收集槽13的收集特性产生影响。
此外，具有优点的是，可以对收集环18进行加装，方法是：借助卡接固定部19，或者这种类型的类似固定部，能够实现轻易地安装在车轮支架29上或实现简单的更换。但重要的是，固定部承受得住环境影响，特别是水、酸和其他污垢颗粒，尤其是因为收集环18形成收集槽13。
与前面的实施例中类似，收集环18的突起部25与圆柱形密封件16的突起部15共同形成密封间隙17的孔口。
具有优点的还有：收集环18的材料选择的可能性，该收集环例如可以实施为塑料环并且因此不受腐蚀。其他材料可以取决于其耐久性地被使用。
图4示出带有基于可固定的密封元件27的前密封件的依据本发明的车轮轴承结构的剖面视图。
对密封间隙17的遮盖通过可固定的密封元件27来实现，并且孔口区24的密封间隙17的孔口通过车轮支架1的圆柱形突起部14和可固定的密封元件27的圆柱形突起部26形成。在此，可固定的密封元件27具有径向内置的固定环20，该固定环可以卡合在万向节罩28上或卡合到其固定槽21内。因此，可固定的密封元件27得到固定的支承，并且在运行时既不在车轮侧移动，也不在变速器侧移动。
除了具有优点的固定方法之外，可固定的密封元件27实现了与(图3中的)圆柱形密封件16相同的密封作用。
需要指出的是，所教导的实施例或其特征可以相互组合，以实现其他依据本发明的改进形式。例如，图3和4的实施例可以如下地进行组合，即，具有优点的车轮轴承结构既具有(图4中的)收集环18，又具有(图3中的)可固定的密封元件27。通过特征组合重新形成协同作用，例如像在所提及的情况下形成前密封件的具有优点的可加装性，尤其是因为形成密封间隙的和形成收集槽的部分不与车轮支架29和万向节罩28一体式连接，并且可以事后进行置入或更换。具有优点的是，可加装的前密封件局限于可以作为单独的产品提供的收集环和圆柱形遮盖部上。
各个附图的实施例的另一种组合可能性在于，轴向间隙17b和两个径向间隙17a、17c，如从图2中已知的那样，也可以相应地设置在图3和4的其他实施例中，也就是说，形成密封间隙的构件可以与此相应地适应其形式。
倘若附图说明中未讨论所配属附图的附图标记，那么对附图说明中所标注的主题的实施形式是针对其余附图的。
概括地说，本发明涉及一种被设置用于容纳车轮轴承外圈的车轮支架和一种带有这种车轮支架的车轮轴承结构。目标是，通过前密封件来减轻车轮轴承的密封结构的负荷，该前密封件实施为迷宫式密封件，并且基于相应的间隙几何结构实现了一种具有优点的前密封作用。为此，车轮支架具有收集槽，该收集槽被设置用于收集和在外围导出液体和污垢颗粒。通过这种措施能够以如下方式改变轴承密封件，即，利用传统密封结构的最小程度的密封作用并且利用大大降低的摩擦力矩可以实现节省。总体上，从现在起通过轴承密封件和前密封件共同实现的密封作用得以提高，或者在较低的制造成本的情况下至少保持在相同水平上。
附图标记列表
1车轮支架
2万向节罩
3变速器侧的密封结构
4车轮侧的密封结构
5变速器侧的内圈
6车轮侧的内圈
7变速器侧的滚动体列
8车轮侧的滚动体列
9轮毂
10外圈
11制动盘
12防护板
13收集槽
14车轮支架的圆柱形突起部
15密封元件的圆柱形突起部
16圆柱形密封件
17密封间隙
17c径向间隙
18收集环
19卡接固定部
20固定环
21固定槽
22车轮侧间隙
23变速器侧间隙
24密封间隙的孔口区
25收集环的突起部
26可固定的密封元件的圆柱形突起部
27可固定的密封元件
28万向节罩
31车轮支架
32万向节罩

Claims (16)

1.车轮支架(1、29、31)，所述车轮支架用于容纳车轮轴承的外圈(10)，其特征在于，所述车轮支架(1、29)为了保护所述车轮轴承的密封结构(3、4)而具有收集槽(13)，该收集槽用于收集并在外围导出液体。
2.按权利要求1所述的车轮支架(1、29)，其中，所述收集槽(13)在变速器侧的密封结构(3)附近在所述车轮支架(1、29)的变速器侧成型或者固定。
3.按权利要求1或2所述的车轮支架，其中，车轮侧的收集槽在车轮侧的密封结构(4)附近在所述车轮支架上成型或者固定。
4.车轮轴承结构，所述车轮轴承结构带有按前述权利要求之一所述的车轮支架(1、29)、轮毂(9)和能够与所述轮毂(9)螺纹连接的万向节罩(2、28、32)，其中，所述车轮支架(1、29)与所述轮毂(9)形成密封间隙(17)，和/或所述车轮支架(1、29)与所述万向节罩(2、28、32)形成密封间隙(17)。
5.按权利要求4所述的车轮轴承结构，其中，所述密封间隙(17)通入到所述车轮支架(1、29)的所述收集槽(13)内。
6.按权利要求5所述的车轮轴承结构，其中，所述密封间隙(17)的孔口由所述车轮支架(1、29)的圆柱形的突起部(14)形成，该突起部与所述车轮轴承的转动轴的最大径向距离大于所述收集槽(13)与所述车轮轴承的转动轴的最小径向距离。
7.按权利要求5或6所述的车轮轴承结构，其中，所述密封间隙(17)在孔口区(24)附近基本上平行于轴承的转动轴。
8.按权利要求5或6所述的车轮轴承结构，其中，所述密封间隙(17)在孔口区(24)附近朝向所述车轮轴承的转动轴定向。
9.按权利要求7所述的车轮轴承结构，其中，所述万向节罩(2、28、32)具有圆柱形的密封件(16)，所述密封件用于在孔口区(24)附近形成所述密封间隙(17)。
10.按权利要求8所述的车轮轴承结构，其中，所述万向节罩(2、28、32)具有圆柱形的密封件(16)，所述密封件用于在孔口区(24)附近形成所述密封间隙(17)。
11.按权利要求7所述的车轮轴承结构，其中，所述万向节罩(2、28、32)具有可固定的密封元件(27)，所述密封元件用于在孔口区(24)附近形成所述密封间隙(17)。
12.按权利要求8所述的车轮轴承结构，其中，所述万向节罩(2、28、32)具有可固定的密封元件(27)，所述密封元件用于在孔口区(24)附近形成所述密封间隙(17)。
13.按权利要求7所述的车轮轴承结构，其中，所述轮毂(9)具有圆柱形的突起部，所述突起部用于在所述密封间隙(17)的孔口区(24)附近形成所述密封间隙(17)。
14.按权利要求8所述的车轮轴承结构，其中，所述轮毂(9)具有圆柱形的突起部，所述突起部用于在所述密封间隙(17)的孔口区(24)附近形成所述密封间隙(17)。
15.用于保护车轮轴承的密封结构(3、4)的前密封件，其中，所述前密封件具有槽形环(18)，所述槽形环至少部分地形成收集槽(13)并且用于固定在车轮支架(29)上。
16.按权利要求15所述的前密封件，其中，所述前密封件具有密封元件(27)，所述密封元件能够固定在所述车轮轴承的万向节罩(28)或者轮毂上，并且至少部分地形成密封间隙(17)的指向所述收集槽(13)的孔口。
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