CN113665293A - 用于轮毂组件的轻质轮毂 - Google Patents

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CN113665293A CN202110510007.8A CN202110510007A CN113665293A CN 113665293 A CN113665293 A CN 113665293A CN 202110510007 A CN202110510007 A CN 202110510007A CN 113665293 A CN113665293 A CN 113665293A
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吉奥尔吉奥·弥赛亚
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Abstract

一种轮毂(20、20a)，用于机动车辆轮毂组件(10)，所述轮毂组件(10)设置有轴承单元(30)，所述轴承单元(30)相应地包括至少一列滚动体(32、33)，所述轮毂(20、20a)设置有刚性地接合在一起的至少两个金属板元件(21、22、23)，其中，第一金属板元件(23)形成用于所述至少一列滚动体(32、33)的滚道(20')。

Description

用于轮毂组件的轻质轮毂
技术领域
本发明涉及一种用于轮毂组件的轻质轮毂，该轮毂组件设置有轴承单元，该轴承单元进而包括一对滚动轴承，用于可旋转地支撑安装在悬架上的车轮。特别地，本发明涉及一种通过刚性地接合在一起的多个金属板元件实现的轮毂。
该解决方案可以应用于所有代(generations)的轮毂组件。特别地，这种应用包括轴承的外圈可旋转而轴承的内圈固定的情况，以及内圈旋转而外圈固定的相反情况。本发明还适用于任何类型的滚动体(球、滚子、锥形滚子(/圆锥滚子)，等等)。
此外，本发明涉及一种设置有轻质轮毂的轮毂组件。
背景技术
用于将车辆的车轮可旋转地支撑在悬架上的设置有轴承单元的轮毂组件是已知且常用的。通常，轴承单元包括一对滚动轴承，但是可以应用于本发明的轴承单元的不同构造明显也是已知的。
根据现有技术，轮毂组件包括可旋转的毂，该毂设置有用于接合机动车辆的旋转元件(例如，车轮或制动元件的盘)的联接器，而轴承单元包括外圈、一对内圈(其中一个内圈可以是毂本身)和多个滚动体(例如球、滚子或锥形滚子)。所有这些组件相对于旋转元件(例如，轮毂和轴承单元的内圈)的旋转轴线具有轴对称性。
此外，由于全球竞争不断增加，客户(即，机动车辆制造商)一直需要对轮毂组件进行持续的技术或成本相关的改进。特别地，一直需要减轻整个单元的重量，改进材料的使用，以及需要具有较小环境影响的加工过程(例如，通过消除热锻(hot-forging)过程)。显然，从终端客户的角度来看，所有这些都必须伴随成本的降低。
因此，有必要限定一种不受上述缺点影响的轮毂组件的合适解决方案。
发明内容
为了基本上解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种用于轮毂组件的轻质轮毂。该目的通过将轮毂制造为不是通过热锻获得的单件，而是制造为刚性地接合在一起的两个或更多个金属板元件的组件来实现。
这使得重量的显著减轻、材料使用方面的优化、锻造过程的消除，并且因此还使得成本明显降低。
换句话说，本发明的基本思想在于限定一种轮毂，其中仅在出于功能和结构原因而必须的地方处使用材料。在轮毂组件的情况下，这意味着仅在与滚动体接触的表面上使用钢，同时获得具有所需结构强度的“盒形”结构("box-shaped"structure)。以这种方式，在不降低组件本身的强度的情况下减轻了重量。
为了制造这种创新的轮毂，使用了完全不同的生产工艺：消除了热锻过程，并且最初使用至少两个金属板通过塑性变形操作(弯曲、深拉(deep-drawing)等)获得正确的形式。为了获得轮毂的最终形式，可以使用通过焊接、胶合或其他类似方法刚性地接合在一起的两个或更多个金属板元件以不同的方式操作。以这种方式，可以获得许多类型的轴承用的圈，诸如用于轴承的许多应用的内圈和外圈或用于机动车辆应用的带凸缘的内圈。
因此，根据本发明，提供一种用于轮毂组件的轮毂，其具有在附于本说明书的独立技术方案中指示的特性特征。
本发明的其他优选和/或特别有利的实施方式根据所附从属技术方案中指示的特性特征来描述。
附图说明
现在将参照示出了本发明的实施方式的非限制性示例的附图描述本发明，其中：
-图1是设置有轴承单元的轮毂组件的截面；
-图2示出了本发明的第一实施方式中的根据图1的轮毂组件的轮毂；以及
-图3示出了本发明的第二实施方式中的根据图1的轮毂组件的轮毂。
具体实施方式
通过非限制性示例的方式，现在将参照设置有轴承单元的用于机动车辆的轮毂组件(/车轮轮毂组件)来描述本发明。
参照图1，附图标记10整体上表示根据本发明的优选实施方式的轮毂组件。附图示出了构造示例的细节。
轮毂组件10具有中心旋转轴线X并且包括轮毂20，优选地但不一定地(/非必要)，轮毂20是可旋转的，为了简单起见，轮毂20在图1中被示出为单个元件，但是根据本发明，轮毂20包括至少两个元件，这至少两个元件是单独的并且刚性地接合在一起，下面提供其更详细的描述。轮毂单元10还包括轴承单元30，轴承单元30进而包括：
-径向外圈31，优选地但不一定地，径向外圈31是静止的；
-径向内圈20，由毂20限定；
-另一径向内圈34，可旋转地安装在毂20上并且与毂20成一体；
-两列滚动体32、33(在该示例中为球)，配置在径向外圈31与径向内圈20和34之间；以及
-两个保持架39、40，用于容纳成列的滚动体32、33中的滚动体并将其保持就位。
在整个本说明书和权利要求书中，指示诸如“径向”和“轴向”的位置和取向的术语和表述被理解为参照轴承单元30的中心旋转轴线X。相反，诸如“轴向外”和“轴向内”的表述涉及轮毂组件的组装状态，并且在所讨论的情况下，优选地分别涉及车轮侧和与车轮侧相反的一侧。
径向外圈31设置有两个相应的径向外滚道31'，而径向内圈20、34设置有相应的径向内滚道20'、34'，用于允许配置在径向外圈31与毂20之间的轴向外列的滚动体32以及在径向外圈31与径向内圈34之间的轴向内列的滚动体33的滚动。为了图形说明更简单，附图标记32、33将被归属于单独的球和成列的球两者。再次为了简单起见，可以在本说明书和附图中通过示例的方式使用术语“球”，来代替更通用的术语“滚动体”(并且同样将使用相同的附图标记)。
轮毂20在其轴向内端处限定卷边(rolled edge)24，卷边24被构造为在轴向上对内圈34施加预应力。此外，轮毂20具有轴向外凸缘部分25。凸缘部分具有多个轴向固定孔25'。这些孔是用于对应的固定部件(例如双头螺栓，图中未示出)的座，该固定部件以已知的方式将机动车辆车轮的一部分(例如，非驱动车轮或制动盘(本身也是已知的并且图中未示出))连接到轮毂20。优选的是，毂20具有轴向外圆柱形部分26，其用作用于机动车辆车轮的一部分的定心部件。
轮毂组件10还可以设置有用于将轴承单元与外部环境密封的密封部件50。
图2详细地示出了根据本发明的第一实施方式中的轮毂20，其设想使用三个金属板元件(/金属片材元件)(three sheet-metal element)21、22、23，所有金属板元件都具有带凸缘的管状形状。更特别地，从轴向内侧开始，轮毂20包括第一金属板元件23，第一金属板元件23相应地具有：径向外环形部分231，用于形成轮毂20的凸缘部分25并且设置有用于形成轴向固定孔25'的多个孔231'；轴向内圆柱形部分232，如果应用需要，该轴向内圆柱形部分232用于形成卷边24；第一中间部分233，具有混合的径向外和轴向内展开(development)，该第一中间部分233定位为与圆柱形部分232相邻并且在轴向上位于圆柱形部分232的外侧，并且该第一中间部分233利用其径向外表面形成滚道20'；最后，第二中间部分234，将第一中间部分233和环形部分231连接在一起。
显然，第一金属板元件23的主要功能(也是本发明的主要新颖之处)是直接在金属板元件上(特别是在第一中间部分233上)形成滚道20'，而不是如现有技术中那样在通过锻造获得的部件上已经形成有滚道。滚道显然需要高表面硬度，通常为58HRC至62HRC，并且也必须在金属板元件23上确保这样的高表面强度。有利地，该元件可以由用于机动车辆轴承的钢制成。该材料可以在包括滚道20'的区域中经受局部感应硬化处理，并且为了使滚道20'能够在不变形的情况下执行其功能，硬化深度必须在金属板元件23的厚度的50％至70％之间，优选地等于60％。根据应用，第一金属板元件23的厚度可以在3mm至7mm之间，通常为5mm。该厚度等于环形部分231的厚度以及第一中间部分233和第二中间部分234的厚度。由于圆柱形部分232不必承受大的结构载荷并且必须能够变形以在必要时形成卷边24，因此圆柱形部分232可以具有甚至小于50％的厚度，因此圆柱形部分232的厚度可以在1.5mm至3.5mm之间。
轮毂20还包括第二金属板元件22，第二金属板元件22相应地具有：径向外环形部分221，用于形成轮毂20的凸缘部分25并且设置有用于形成轴向固定孔25'的多个孔221'；轴向内圆柱形部分222，连接到环形部分221。
有利的是，该第二金属板元件22也可以由用于机动车辆轴承的钢制成，但是与第一金属板元件23不同的是，第二金属板元件22不需要表面硬化并因此不需要感应硬化处理。根据应用，第二金属板元件22的厚度可以在3mm至6mm之间，通常为4mm。
轮毂20包括第三金属板元件21，第三金属板元件21相应地具有：径向外环形部分211，用于形成轮毂20的凸缘部分25并且设置有用于形成轴向固定孔25'的多个孔211'；轴向外圆柱形部分212，执行用于使机动车辆车轮的一部分(例如，非驱动车轮或制动盘)居中的部件的功能；中间部分213，用于将环形部分211和圆柱形部分212连接在一起。
有利的是，该第三金属板元件21也可以由用于机动车辆轴承的钢制成，但是与第一金属板元件23不同的是，第三金属板元件21不需要表面硬化并因此不需要感应硬化处理。根据应用，第三金属板元件21的厚度可以在2mm至4mm之间，通常为3mm。
三个金属板元件21、22、23通过胶合、焊接(例如连续电焊)或适合于该目的的其他接合系统刚性地接合在一起。金属板元件之间的连接可以在对应的环形部分211、221、231之间以及在对应的轴向内圆柱形部分222、232之间进行。
如可以注意到的，可以在第一金属板元件23与第二金属板元件22之间形成包围(circumscribes)腔27的盒形结构。该腔27代表材料(特别是钢)的节省，这是可行的，并且没有不利地影响轮毂的结构强度，如已知的，对于相同量的材料，通过封闭截面的存在来增加该强度，这是盒形结构的典型。可以将合适的传感器(例如，转速传感器(revolutionsensor))插入到该腔27内。根据应用，如果在任何情况下需要增加结构强度，需要节省钢材，则腔27可以适当地填充塑料材料。
图3详细地示出了本发明的第二实施方式中的轮毂20a。在本申请允许的情况下，该第二实施方式设想简单地消除第三金属板元件21。因此，轮毂20a包括第一金属板元件23和第二金属板元件22，第一金属板元件23和第二金属板元件22具有与图2中所示的轮毂20的对应的第一金属板元件和第二金属板元件相同的特性。
在没有第三金属板元件的情况下，根据应用，第一金属板元件23的厚度可以再次在3mm至7mm之间，但是通常将假设较接近上限值的值，通常为6mm。由于圆柱形部分232不必承受大的结构载荷并且必须能够变形以在必要时形成卷边24，因此圆柱形部分232可以再次具有1.5mm至3.5mm之间的厚度。
类似地，根据应用，第二金属板元件22的厚度可以再次在3mm至6mm之间，但是通常将假设较接近上限值的值，通常为5mm至6mm。
类似地，两个金属板元件22、23通过胶合、焊接(例如连续电焊)或适合于该目的的其他接合系统刚性地接合在一起。金属板元件之间的连接可以在对应的环形部分221、231之间以及在对应的轴向内圆柱形部分222、232之间进行。
同样在该实施方式中，在第一金属板元件23与第二金属板元件22之间形成盒形结构，该盒形结构包围腔27并且代表钢的节省。类似地，如果在任何情况下需要增加结构强度，需要节省钢材，则腔27可以适当地填充塑料材料。
如图所示，本发明的本质是一种轮毂，其仅在出于功能和结构原因而必须的地方处使用材料(和热处理)。不再需要热锻(hot-forging)过程，而是最初使用至少两个金属板，并且通过板的简单塑性变形来获得轮毂的期望形式。然后，在这种情况下还使用诸如胶合、焊接等的普通技术将金属板元件刚性地接合在一起。
本发明是针对轮毂开发的，但很清楚的是，使用相同的方法，可以重新设计许多类型的轴承圈，诸如径向内圈和径向外圈，以及与根据本发明的带凸缘的毂联接的小的径向内圈(即，由图1中的附图标记34指示的圈)。
因此，本发明实现了所寻求的主要优点：重量的显著减轻、材料使用方面的优化、锻造过程的消除，并且因此还有成本的明显降低。
除了如上所述的本发明的实施方式之外，必须理解，存在许多其他变型。还必须理解，这些实施方式仅是示例，并且既不限制本发明的范围，也不限制其应用，也不限制其可能的构造。相反，尽管上面的描述允许本领域技术人员至少根据其实施方式的示例中的一个来实现本发明，但是必须理解，所描述的组件的许多变型是可能的，而不因此脱离如所附权利要求中限定的、在字面上和/或根据其法律等同物解释的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种轮毂(20、20a)，用于机动车辆的轮毂组件(10)，所述轮毂组件(10)设置有轴承单元(30)，所述轴承单元(30)进而包括至少一列滚动体(32、33)，所述轮毂(20、20a)包括刚性地接合在一起的至少两个金属板元件(21、22、23)，其特征在于，第一金属板元件(23)形成用于所述至少一列滚动体(32、33)的滚道(20')。
2.根据权利要求1所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，刚性地接合在一起的金属板元件(21、22、23)的数量为三个。
3.根据权利要求1或2所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，所述第一金属板元件(23)包括：
-径向外环形部分(231)；
-轴向内圆柱形部分(232)；
-第一中间部分(233)，与所述圆柱形部分(232)相邻；
-第二中间部分(234)，将所述第一中间部分(233)与所述环形部分(231)连接在一起。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，所述第一金属板元件(23)在所述滚道(20')的区域中的硬化深度等于所述第一金属板元件(23)的厚度的50％至70％。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，第二金属板元件(22)包括径向外环形部分(221)和连接到所述环形部分(221)的轴向内圆柱形部分(222)。
6.根据权利要求5所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，所述第一金属板元件(23)的厚度在3mm至7mm之间，并且所述第二金属板元件(22)的厚度在3mm至6mm之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂(20)，其特征在于，第三金属板元件(21)包括径向外环形部分(211)、轴向外圆柱形部分(212)和将所述环形部分(211)和所述圆柱形部分(212)连接在一起的中间部分(213)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，刚性地接合在一起的所述第一金属板元件(23)和所述第二金属板元件(22)形成包围腔(27)的盒形结构。
9.根据权利要求8所述的轮毂(20、20a)，其特征在于，所述腔(27)填充有塑料材料。
10.一种用于机动车辆的轮毂组件(10)，所述轮毂组件包括轴承单元(30)和根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂(20、20a)，所述轴承单元(30)进而包括：
-径向外圈(31)，
-径向内圈(20、20a)，
-另一径向内圈(34)，所述另一径向内圈(34)是可旋转的，与所述轮毂(20、20a)成一体并安装在所述轮毂(20、20a)上，
-两列滚动体(32、33)，介于所述径向外圈(31)与所述径向内圈(20、20a、34)之间，以及
-两个容纳保持架(39、40)，用于将成列的滚动体(32、33)中的滚动体保持就位。
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