本发明涉及一种车轮轮毂组件(wheelhubassembly)，所述车轮轮毂组件设置有一对滚动轴承，以将车辆的车轮可旋转地支撑在悬架(/悬挂)(suspension)上。特别地，本发明涉及车轮轮毂组件的设置有合适的微孔率(microporosity)的滚道。
这种应用包括以下两种情况：外轴承圈可以旋转而内轴承圈静止的情况；以及内圈可以旋转而外圈静止的相反情况。本发明还适用于任何类型的滚动体(球、滚子、圆锥滚子等)。
此外，本发明涉及一种装配有这种车轮轮毂组件的机动车辆(motorvehicle)。
背景技术：
装配有用于将车辆的车轮可旋转地支撑在悬架上的轴承单元的车轮轮毂组件是已知的并且是常用的。轴承单元通常包括一对滚动轴承。
在现有技术中，车轮轮毂组件包括旋转轮毂，所述旋转轮毂装配有接头以联接(couple)机动车辆的旋转元件(例如，车轮或制动元件的盘状物(disk))，而轴承单元包括外圈、一对内圈(其中一个内圈可以是轮毂自身)和多个滚动体(诸如，球、滚子或圆锥滚子)。所有这些组件都具有关于旋转元件(例如，轮毂和轴承单元的内圈)的旋转轴线的轴对称性。
部分地由于日益激烈的全球竞争，车轮轮毂组件所需的性能不断提高，需要这些组件的制造商特别注意。特别地，近年来已经看到对减少轴承单元中的摩擦作为减少co2排放的方式的兴趣增加。
从认为减少摩擦是确定车轮轮毂组件性能的关键的消费者的角度来看，本发明解决的技术问题是如何减少轴承单元中的摩擦，改善滚道中的润滑条件(/润滑状况)(lubricationcondition)，而不会因此不利于任何其他同样重要的需求(诸如，轴承单元的噪声水平和使用寿命)。
文献ep2711512b1描述了一种车轮轮毂组件，在所述车轮轮毂组件中，轴承滚道设置有包含液体润滑剂的多个内“中空部(hollows)”和包含固体润滑剂的多个外中空部。中空部具有在0.2mm与0.4mm之间的直径和约5μm的深度。
此外，实验(/试验)证据表明，距车轮轮毂组件中的滚道表面超出2μm-3μm的深度由于其会导致非常高的噪声水平而被认为是高度不利的。
因此，有必要以更高的精度限定滚道的表面(特别是滚道的表面的孔隙率(porosity))，以克服上述缺点。
技术实现要素：
本发明旨在使用激光技术或产生相同技术效果的替代技术以校准和受控的方式在轴承单元的至少一个滚道上形成多个微孔(micropore)。利用这样的孔获得的“点蚀(pitting)”促进滚道与滚动体之间的滚动界面上的油膜的连续更新。可以优化微孔的尺寸和密度，以降低摩擦系数并改善摩擦学性能，而不会不利地影响轴承单元的噪声水平。
本发明的核心思想是在至少一个滚道的表面上形成微孔，所述滚道可以是轴承单元的径向外圈的滚道或者径向内圈的滚道中的一个或两个。由此形成的微孔充当深度在0.05μm至1.5μm范围内的微槽，以保留脂并精确地在预期的地方释放所述脂。
技术效果是创建润滑剂的微槽，而没有由于极小尺寸的微孔引起损坏或噪声的风险。
因此，本发明公开了一种车轮轮毂组件，在所述车轮轮毂组件中，至少一个滚道在与滚动体接触的相应表面上设置有多个微孔，其中，所述车轮轮毂组件具有本说明书所附的独立权利要求中阐述的特征。
使用所附从属权利要求中阐述的特征来描述本发明的其他优选和/或特别有利的实施方式。
附图说明
下面参照示出了本发明的非限制性示例实施方式的附图来描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一个方面的装配有轴承单元的车轮轮毂组件的截面，以及
图2是图1中的车轮轮毂组件的放大示意性细节图，示出了形成在轴承单元的滚道中的多个微孔、其特征尺寸及其分布密度。
具体实施方式
通过非限制性示例的方式，下面参照设置有轴承单元的用于机动车辆(motorvehicle)的车轮轮毂组件(wheelhubassembly)来描述本发明。
参照图1，根据本发明的优选实施方式的车轮轮毂组件整体上使用附图标记10表示。该图示出了示例布置的细节。
车轮轮毂组件10具有中心旋转轴线x、轮毂20和轴承单元30，轮毂20优选但不必须是旋转的，轴承单元30包括：
径向外圈31，优选但不必须是静止的(/固定的)；
径向内圈20，由轮毂20限定；
另一旋转径向内圈34，安装在轮毂20上并且刚性地(/牢固地)(rigidly)连接到轮毂20；以及
两个成圈滚动体(/滚动体的圈)32、33(在该示例中为球)，介于径向外圈31与径向内圈20和34之间。
在整个本说明书和权利要求书中，诸如“径向”和“轴向”的指示位置和定向(/取向)的术语和表述应参照轴承单元30的中心旋转轴线x来理解。另一方面，诸如“轴向外部(/轴向外)”和“轴向内部(/轴向内)”的表述涉及车轮轮毂组件的组装状态，并且在这种情况下优选分别指车轮侧和与车轮侧相对的一侧。
径向外圈31设置有两个相应的径向外滚道31'，并且径向内圈20、34设置有相应的径向内滚道20'、34'，以使得介于径向外圈31与轮毂20之间的轴向外圈滚动体32以及径向外圈31与径向内圈34之间的轴向内圈滚动体33能够滚动。为了简化图形表示，附图标记32、33用于表示单个球和成圈的球两者。再次为了简化起见，在本说明书中和附图中应将以示例的方式使用术语“球”来代替更通用的术语“滚动体”，并且应使用相同的附图标记。
轮毂20的轴向内端(axiallyinternalend)限定卷边(/滚压边缘)(rollededge)22，卷边22被设计为在轴向上预紧(/预载/预加载)(preload)内圈34。
车轮轮毂组件10还可以设置有密封部件50，以将轴承单元与外部环境密封。
参照图2(作为图1中的车轮轮毂组件的示意性放大细节图，示出了形成在轴承单元的滚道31'、20'、34'中的任意一个上的多个微孔(micropore)、其特征尺寸及其分布密度)，本发明构思涉及形成多个深度为1.5μm量级的非常小的微孔70。为了创建(/产生)期望的形状和分布，可以使用激光技术(例如，用于标记组件的技术)在滚道31'、20'、34'的与滚动体32、33接触的相应表面上再现(/重制/复制)(reproduce)多个微孔70。可以定制微孔的形状、具体尺寸和分布，以考虑轴承单元和润滑脂(lubricatinggrease)的最佳摩擦学条件。微孔充当容纳(/保持)(hold)脂并精确地在预期的地方释放脂的深度h在0.05μm-1.5μm范围内的微槽(/微储存槽/微型罐)(micro-tank)。
技术成果(/结果)是减少由轴承单元中的摩擦导致的损耗，而不会由于极小尺寸的微孔引起在损坏或噪声水平方面的任何不利影响：如上面指明的，深度超出2μm-3μm的表面缺陷(surfaceimperfection)由于其导致最终客户不可接受的噪声水平而被认为是车轮轮毂组件中的缺陷。此外，微孔的存在提供了另一个优点，具体地，由于改善了与光滑表面之间的接触相关的阻尼值，因此减少了振动。最后，技术文献中提供的数据表明，与利用油润滑(oillubrication)的相应情况相比，在存在这种被脂润滑(grease-lubricated)的表面的情况下，振动的幅度减小。因此，如果将脂与根据本发明的设置有微孔的滚道组合使用，则在降低噪声方面比润滑油有效得多。
结合与微孔的尺寸相关的影响和与微孔的分布密度相关的影响，并且根据不同流速和载荷(/负载)条件，参考脂(referencegrease)应具有高的针对减少摩擦和磨损的能力，并且应广泛用于工业应用中。
实际上，脂是适用于润滑承受高压的表面的高粘度(viscosity)润滑剂。考虑到脂与微孔之间的关系，微孔的尺寸(宽度和深度)应使得脂的基础油(baseoil)能够进入微孔。适合于在车轮轮毂组件中使用的脂的类型应该是包含以下材料的混合物：
增稠剂(/胶凝剂)(thickener)(例如，锂基皂或脲基皂)，充当在高压下使用所需的任何添加剂和基础油的载体，
基础油，具有润滑接触区域的特定功能。特别地，基础油的粘度范围在40℃下应在70mm2/s与150mm2/s之间。
脂必须具有一定等级的稠度(consistency)，以防止增稠剂进入并堵塞微孔，从而防止基础油起作用并降低系统的有效性，且对轴承中的摩擦产生潜在不利影响。稠度等级应等于或大于2。
非限制性示例是高质量的锂基多用途脂。该脂例如具有以下性质：nlgi等级：2，增稠剂类型：锂，滴点(droppoint)：>180℃，基础油的粘度：在40℃下，>100mm2/s。
减少摩擦主要归因于形成脂润滑剂的膜，脂润滑剂的膜是稳定的并且包括油膜、转印膜和沉积膜。表层(/表面)(superficial)微孔的流体动力压力(hydrodynamicpressure)的作用增加了联接间隙(couplinggap)，并且降低了接触表面(滚道/滚动体)的粗糙区域之间的接触概率。在混合润滑条件和流体动力润滑条件的情况下，微孔充当微流体动力轴承，使得由于压力的不对称分布而使流体动力压力增大，这导致更大的流体动力升力(lift)或更大的膜厚度。因此，减少了接触的粗糙区域的数量，并且还减少了摩擦和磨损。在边界润滑条件和干接触润滑条件下，这些微孔充当润滑剂的微槽，以持续地保留和供应润滑剂，或者充当微容器(micro-container)，以捕获磨损废物和污染物颗粒，从而减少由此引起的表层隆起(/起垄)(ridging)。
有利地并且从优化摩擦减少/无噪声的折衷的角度来看，应使微孔的直径d(或者如果微孔形状不是圆形，则为等效直径)落在1μm至5μm的范围内。
优选地，深度/直径比(h/d)必须落在0.1-0.4的范围内，以使摩擦系数最小化。
在上述折衷中，微孔的分布密度也很重要。例如，滚道表面上的微孔可以根据具有密度td的矩形矩阵均匀地配置，其中，密度td使用以下公式计算：
td＝(πd2)/(4×k×l)×100
其中：
d：微孔直径
k、l：连续微孔的中心之间在两个正交方向上的距离。
通常，微孔的密度在10％与20％之间，连同微孔自身的尺寸范围(等效直径d和深度h)，确保了在轴承单元的所有载荷和速度的操作(/运行)条件下，微孔都为滚道提供良好的摩擦性质。
对于小于10％的密度值，少量的微孔可能导致接触表面上缺乏足以引起流体静升力(hydrostaticlift)的润滑脂。在微孔密度值超出20％的情况下，尽管保留在接触表面上的润滑脂存在得较多，但每个微孔之间的空间减小并且充当粗糙区域，从而会影响润滑剂膜的分布并且促使润滑剂膜从接触表面分离(detachment)，且会导致摩擦阻力(frictionresistance)增加。其次，由于脂主要在微孔内部，因此可能由于脂未被完全吸收到接触表面中以形成支撑膜而使得脂不太有效。
上述与微孔的尺寸和分布密度相关的范围也是考虑了与车轮轮毂组件相关的不同潜在情况而确定的。例如，在图1中的车轮轮毂组件的情况下，类似于轮毂20强制联接到等速万向节(如果存在)，在轴向上预紧径向内圈34的轧制工艺改变了滚道上的载荷。
优选地，应使用精细抛光工艺去除在激光工艺期间形成在微孔边缘周围的毛刺(/毛边)，以获得(/实现)小于0.1μm的粗糙度。
流动方向应基本垂直于微孔的轴线。实际上，微孔的轴线从与滚道表面正交的方向倾斜达到(upto)15°是可以接受的。这种倾斜对于混合润滑条件下的流体动力学效应是有用的。
如所指明的，在轴承单元的所有操作条件下，本发明都是有利的。考虑到具有上述尺寸和分布的微孔的存在对于其是有利的的载荷和速度的范围，应注意的是，在典型的车轮轮毂组件应用中，载荷来自0.5gpa与4gpa之间的接触压力，并且速度范围在100rpm与1000rpm之间。当然，微孔的密度可以根据操作条件而改变。实际上，在存在低接触压力的情况下，表面粗糙度对整体摩擦行为具有一定影响，这是由于较大的微孔密度导致较高的表面粗糙度，使得更容易获得较高的摩擦系数。另一方面，当载荷增加时，由于通过沿着接触表面的微孔和脂不断释放的大量的油而使摩擦系数下降。较大的载荷和速度使得脂的剪切应力(shearingstress)、表观粘度和增稠剂浓度增加，这有利于保护膜的形成和表面平滑现象，这两者都有助于减少摩擦。
在该解决方案的尺寸标注(dimensioning)上的另一个重要参数是微孔的位置。在理想情况下，微孔应定位在滚道与滚动体之间的与接触角α(如图1所示)相对应的理想接触表面上。当然，实际接触表面由于不同的载荷条件而改变，因此微孔不会仅定位在理论上的接触区域上。有利地，根据本发明，微孔得沿着与基本为零的横向加速度相对应的接触表面定位。根据所使用的轮胎的类型，与零横向加速度相对应的接触表面是与裕度(/边限)(margin)为±10°的标称(nominal)接触角α相对应的接触表面。
可以使用高功率激光脉冲通过快速熔化和蒸发(/汽化)的方法烧蚀(ablate)材料来形成微孔。所使用的激光技术必须能够在金属材料的表面上提供低的热效应，从而尽可能避免产生再熔化层(/重熔化层)(re-meltlayer)。这方面对于车轮轮毂组件非常重要，这是因为轴承单元(如已知的)具有与滚道相对应的用于改善与滚动相关的抗疲劳性(fatigueresistance)的热处理区域。
此外，关于用于沿着平坦表面形成微孔的技术，应注意的是，滚道的表面不是平坦的，而基本是(圆)环形(toroidal)的。因此，由于激光指示器与表面之间的距离是可变的，因此至少激光的功率和定向必须是可调节的。
为了获得这样的特征，示例应用是具有<600nm的输出波长、≤85nm的脉冲宽度和约25w的功率的激光器。
微孔的形状不必须是圆形的。例如，微孔的形状可以是椭圆形的。特别地，椭圆形形状可以具有在1至5范围内的偏心率，其中，主轴线配置在滚动体32、33的相对于滚道(31'、20'、34')的滚动方向上。
总之，根据本发明的解决方案具有与以下项相关的许多优点：
改善了润滑条件，从而改善了轴承单元的使用寿命(/服务寿命)和抗摩擦方面的性能，
改善了润滑，从而改善了旋转接触元件的可靠性，
再次由于较好的润滑条件，可能降低脂的填充水平，
在噪音水平方面，无不良影响。
除了上述本发明的实施方式之外，还存在许多其他变型。此外，所述实施方式仅仅是示例，所示示例既不限制本发明的范围，也不限制本发明的应用，也不限制本发明的可行布置。实际上，尽管以上描述使得本领域技术人员能够根据本发明的至少一个示例实施方式来执行本发明，但是也可以使用所描述的组件的许多变型，而不会因此超出如所附权利要求中限定的应按照字面(/文字)上和/或根据其合法等同物来理解的本发明的范围。