CN108883659A - 车轮和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车轮(1)，包括用于容纳轮胎的轮辋(2)和以材料配合、力配合和/或形状配合地连接在轮辋(2)上的轮盘(3)，带有用于可拆卸地与车轮架相连的连接区域(11)，其中，轮盘(3)由至少局部经热处理的钢构件构成。目的是为商用车提供一种车轮，其具有相比于现有技术高的使用强度和安全性，该目的通过使轮盘(3)至少在用于与轮辋(2)相连的过渡区域(8)具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构而实现。

Description

车轮和应用
技术领域
本发明涉及一种车轮，包括用于容纳轮胎的轮辋和以材料配合、力配合和/或形状配合地连接在轮辋上的轮盘，轮盘带有用于可拆卸地与车轮架相连的连接区域，其中，轮盘由至少局部经热处理的钢构件构成。本发明还涉及一种车轮的应用。
背景技术
以传统方式制造的车轮，例如机动车轮，尤其是以钢制的由用于容纳轮胎的轮辋和以材料配合、力配合和/或形状配合地连接在轮辋上的、带有用于可拆卸地与车轮架相连的连接区域的轮盘组成。轮盘和轮辋都可以借助旋压或流压制造。旋压的优点是，材料在成型过程中从恒定的初始材料厚度尤其可以以最优负载和/或最优重量受压，从而可以在轮盘(特别是商用车的轮盘)和轮辋(尤其是轿车的轮辋)上沿着横截面产生不同的材料厚度，其有助于相对于具有恒定的材料厚度的轮盘和/或轮辋进行减重。额外地，材料中的材料强度通过冷作硬化而提高。例如可以在负载临界或刚性关键的位置使材料受压，也就是相对于初始材料厚度产生局部的材料厚度的升高，并且在非临界位置降低材料厚度。
为了可以实现进一步减重，一方面需要具有更高强度或抗疲劳强度从而可靠地承担工作负荷的材料，另一方面为了抵消由于较小的工件厚度带来的刚性损失而需要几何形状调整。通过材料强度的提高通常也降低了材料的可变形性。由此可冷成型的钢的轻量化达到技术极限。在该情况下所谓的“热成型”可以提供辅助，在专业领域也称作间接或直接热成型，由此可以在最终成型的部件的高强度的同时满足对高变形程度的要求。
当前，调质钢，特别是热成型钢，例如锰硼钢，提供轻量化潜力，其可以承担例如动态交变应力的机械负载。作为特别是用于由热成型钢制造轮盘的现有技术，其可以至少局部地加压硬化，可以参见文献DE 10 2007 019 485 A1,DE 10 2013 114 245 B3和DE 102014 108 901 B3。文献DE 10 2007 019 485 A1中还提出，硬化的独立元件(轮辋/轮盘)还通过焊接或钎焊连接。在车轮制造中出现的MAG焊接导致基本材料的融化并且促使对于热成型钢在热影响区中额外的回火效应从而形成软化区(固化袋)。该软化区在焊接区的周围区域中表现为低的强度和延展性并且形成“冶金学缺口”，其不利于连接的或者整个部件的使用强度，并且可能导致提前的失效，从而使材料强度不能全局地传递到整个车轮。相对于现有技术存在特别是针对车轮的高使用强度和安全性的进一步的改进潜力。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种车轮，其具有相对于现有技术高的使用强度和安全性，并且提供一种相应的应用。
根据本发明的第一方面，根据本发明的车轮的目的通过使轮盘至少在用于与轮辋相连的过渡区域具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构实现。
发明人已经确定，通过至少在用于与轮辋相连的过渡区域具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度(维氏硬度)的轮盘的经热处理的组织结构对整个车轮的使用强度和安全性可以有正面影响，并且可以提供充足的强度和延展性。低于500MPa的抗拉强度或低于150HV0.1的硬度不满足车轮的必要的强度和抗疲劳强度，并且高于1300MPa的抗拉强度或高于400HV0.1的硬度会损害轮盘与轮辋之间的连接的延展性和负荷能力。
特别是经热处理的组织结构具有800至1200MPa的抗拉强度和/或250至375HV0.1的硬度，优选具有850至1100MPa的抗拉强度和/或265至340HV0.1的硬度，特别优选具有900至1050MPa的抗拉强度和/或280至325HV0.1的硬度，由此可以保证整个车轮最优的使用强度和安全性。
轮盘材料配合、力配合和/或形状配合地连接在轮辋上。轮盘优选至少部分地，尤其完全环绕地在其边缘上通过接缝，例如可以以MIG,MAG,激光，焊接或钎焊实施的贴角焊缝，连接在轮辋上。替代地，轮盘也可以借助粘贴和/或电阻焊接以其重叠/过渡区域连接在轮辋上。替代地或累积地也可想到的是在轮盘和轮辋之间的重叠/过渡区域中通过(额外的)压合的力配合的连接，尤其是为额外的连接装置的减压。根据在过渡区域中设定的强度/硬度也可使用形状配合的、机械的连接工艺，例如铆接、铆钉或通过功能元件。轮盘和轮辋之间的连接不必强制性通过所谓的“深槽”进行。车轮构造，如所谓的半面或全面盘形车轮或具有多部件的实施方式是可以想到的。
根据本发明的车轮的另一实施方式，轮盘由调质钢，尤其由热成型钢或空气硬化的钢构成。所述的钢合金的优点是其可硬化并且在相应的部件中可以设置高硬度或高抗拉强度。通过提高的强度可以在基本相同的条件下进一步减少各个材料厚度并由此进一步降低重量。其还具有较高的循环交变弯曲疲劳强度，这尤其使相应的部件得到更高的寿命并且由此尤其可以防止通过开裂导致的提前的材料失效。具有例如三个钢层的复合材料的应用也是可以想到的，其中至少一层是可调质的，尤其是可硬化的。需要注意的是，抗拉强度或硬度沿材料厚度取平均值，尤其是在整体的材料边缘层硬化时。
根据本发明的车轮的另一实施方式，具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV硬度的经热处理的组织结构从过渡区域至少局部地延伸到第一区域中，在该第一区域中可选地设置开口。经热处理的组织结构扩展到另一区域中可以对具有频繁负载变换的力从安装在轮辋上的轮胎到车轮架的传递产生正面影响，特别是由于引入的通风孔的(高)切口应力集中效应。如果经热处理的组织结构完全填充第一区域并且在第一区域中具有开口，则还可以使在轮盘的最终几何形状制成之后以例如机械上小的工具磨损实现开口的事后冲压变得容易。开口用作例如通风孔和/或通过有针对性地材料的冲裁或省略降低车轮的总重量。
根据本发明的车轮的另一实施方式，在第二区域中至少局部地设计有具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。第二区域可以包括例如可松开地连接在车轮架上的连接区域，其中具有用于容纳连接装置(销子/螺栓)的开口。这具有例如这样的优点，即在用于连接装置的连接面的区域中，局部的应力集中可以均匀地或大面积地分配到周围区域中，并且由此可以降低切口敏感性，由此对于受震动负载的部件可以提高整个系统的寿命。
根据本发明的车轮的另一实施方式，轮盘包括至少一个第三区域，其具有大于1300MPa抗拉强度和/或大于400HV0.1硬度的组织结构，特别是(加压)硬化的组织结构。第三区域可以例如设计在用于可松开地连接在车轮架上的连接区域(第二区域)与连接在用于连接轮辋的过渡区域上的第一区域之间并且用作轮盘的局部/全局强化。
根据本发明的车轮的另一实施方式，整个轮盘具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构，由此在受震动负载的轮盘中提供均匀的强度/硬度并由此可以基本防止冶金学缺口。
根据本发明的车轮的另一实施方式，轮辋由调质钢，尤其由热成型钢或空气硬化的钢构成，并且至少局部具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构，例如在这样一区域中，其中轮盘以其过渡区域贴靠和/或压入并且相连。具有例如三个钢层的复合材料的应用也是可以想到的，其中至少一层是可调质的，尤其是可硬化的。车轮的使用强度和安全性在使用所述的钢作为轮辋的材料时得到提高。其他区域也可单独并且根据轮辋的设计而具有经热处理的组织结构。例如，构成所谓的轮辋边缘的区域具有经热处理的组织结构，其在车轮的安装状态下至少设计在背对车轮架的一侧，从而在接触路边石时避免完全损坏。替代地可以整个轮辋具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。
根据本发明的车轮的另一实施方式，轮盘和/或轮辋借助压力成型、拉伸成型、拉压成型、弯曲成型、剪切成型、旋压或深冲，尤其借助带有可选地至少部分(加压)硬化的热成型或借助所述生产工艺的组合而成型，其中，在进行成型之前，期间和/或之后通过至少局部地热处理设置至少用于与轮辋和/或在轮辋的至少一个区域中相连的轮盘的过渡区域中的经热处理的组织结构。
通过选择合适的钢材，优选为前述的钢，也可想到为多层的复合材料，则可以与至少局部地并且定制的热处理相结合有针对性地设置具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。至少局部经热处理的组织结构可以例如在非直接和直接热成型时设置，例如通过避免将相关区域加热到材料的Ac3-温度以上，从而在随后的(加压)硬化时在完全冷却的工具中或通过其他合适的装置淬火，而不产生完全硬化的组织。相关区域例如可以部分奥氏体化，也就是加热到Ac1至Ac3之间的温度窗口中。替代地或累积地可以在相关区域中通过合适的装置防止突然的冷却，例如通过工具中的调温区段进行热成型和/或(加压)硬化。经热处理的组织结构由例如铁素体、珠光体、贝氏体、奥氏体或马氏体中的至少两相组成，尤其主要由包含珠光体、贝氏体、奥氏体或马氏体中的至少一相的铁素体组成。
材料或材料复合体可以尤其例如加热到Ac1温度以上，优选加热到Ac3温度以上，热成型并至少局部地加压硬化(直接热成型)或例如冷成型，其中，将基本符合相应部件的最终几何形状的形状加热到Ac1温度以上，优选加热到Ac3温度以上，并随后至少局部地硬化(非直接热成型)。至少局部经热处理的组织结构可以事后通过对相应的、例如在组织中主要具有马氏体的区域的热处理，尤其通过借助合适的装置，例如借助感应器、熔炉、激光、接触加热或燃烧器通过回火或加热进行设置。经热处理的组织结构可以局部地或也可以完全在制成的部件中在热成型或冷成型之后通过随后的加热设置到例如部分奥氏体化温度而无需主动冷却或突然冷却，而仅仅通过空气冷却(空气硬化)。其他的此处未提及的、适合用于设置具有前述特性的经热处理的组织结构的热处理工艺也是可以想到的。
本发明的第二方面涉及车轮在轿车、商用车、载重汽车、特种车辆、客车、公共汽车中的应用，无论是以内燃机和/或电动驱动，以及拖车或挂车中。车轮根据车辆类型通过其轮盘和轮辋以相应的沿着各个横截面可变化的材料厚度以最优负载和/或最优重量进行设计。
附图说明
接下来根据示出实施例的附图进一步阐释本发明。相同的部件具有相同的附图标记。其中，
图1)示出了根据本发明的车轮的透视图，并且
图2)示出了图1中的车轮的部分横截面。
具体实施方式
图1)示出了根据本发明的车轮(1)的实施例的透视图，例如用于轿车的车轮。图2)中示出了车轮1)的部分横截面，其中，由于旋转对称的设计而只以局部示出了车轮(1)的位于对称轴(12)上方的上部区域。车轮(1)包括尤其轮廓清晰的、用于容纳未示出的轮胎的轮辋(2)和以材料配合、形状配合和/或力配合连接在轮辋(2)上的轮盘(3)。如图2)中的细节所示，轮盘(3)优选至少部分地在其边缘(3.1)上通过接缝(7)，例如以MIG,MAG,激光，焊接缝或钎焊缝实施的贴角焊缝，连接在轮辋(2)上。替代地，轮盘也可以借助粘贴和/或电阻焊接和/或借助机械连接以其重叠/过渡区域连接在轮辋上。额外地也具有在重叠/过渡区域中通过压配合的力配合连接，由此可以在运行过程中为接缝减负。
轮盘(3)由热成型钢或空气硬化钢制成，其优点在于，可硬化和在相应的部件中可以设置高硬度或高抗拉强度并且由此具有较高的循环交变弯曲疲劳强度。具有例如三个钢层的复合材料的应用也是可以想到的，其中至少一层是可调质的，尤其是可硬化的。
轮盘(3)构造为圆盘形，并且包括至少部分地、优选完全环绕地弯折的端部区域，其构成用于与轮辋(2)相连的过渡区域(8)。根据本发明，至少过渡区域(8)具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构，其对车轮的使用强度和安全性有正面影响，并且可以提供充足的强度和延展性或抗疲劳强度。轮盘(3)借助压力成型、拉伸成型、拉压成型、弯曲成型、剪切成型、旋压或深冲，尤其借助带有可选的至少部分(加压)硬化的热成型或借助所述生产工艺的组合而成型，其中，在进行成型之前，期间和/或之后至少在轮盘(3)的过渡区域(8)中通过至少局部地热处理设置经热处理的组织结构。通过选择合适的钢材，优选为前述的钢，也可想到为多层的复合材料，则可以与至少局部地并且定制的热处理相结合有针对性地在轮盘(3)中设置具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。对于经热处理的组织结构的产生参考说明书的概述部分中仅提供示例的实施方式。
第一区域(9)连接在过渡区域(8)上，其中在圆周上设有分散的开口(6)，其用作例如通风孔和/或通过有针对性地材料冲裁或省略促使降低车轮(1)的总重量。经热处理的组织结构优选至少局部地从过渡区域(8)扩展到第一区域(9)中，这可以对在运行中具有频繁负载变换的力从安装在轮辋(2)上的轮胎到车轮架的传递产生正面影响。如果经热处理的组织结构完全填充第一区域(9)，则还可以使在轮盘(3)的最终几何形状制成之后以例如机械上小的工具磨损实现事后的开口的冲压变得容易。
轮盘(3)包括第二区域(11)，其形成例如用于可松开地连接在车轮架上的连接区域，其中具有用于容纳未示出的连接装置(销子/螺栓)的开口(5)。第二区域(11)与轮盘(3)的中间开口(4)相连，中间开口用于例如使车轮在未示出的轮毂上定心，轮毂是未示出的车轮架的元件。中间开口(4)通过构造为凸缘形的区域(13)限定。如果第二区域(11)具有经热处理的组织结构，则具有例如这样的优点，即可以在用于连接装置的连接面(11.1)的区域中，局部的应力集中均匀地或大面积地分配到周围区域(13,10)中，并且由此可以降低切口敏感性。
轮盘(3)包括至少一个第三区域(10)，其具有大于1300MPa抗拉强度和/或大于400HV0.1硬度的组织结构，特别是(加压)硬化的组织结构。第三区域(10)位于用于可松开地与车轮架相连的连接区域-第二区域(11)-与连接在过渡区域(8)上的第一区域(9)之间并且用作轮盘的局部/全局强化。构造为凸缘形的区域(13)可以根据车辆类型和要求而具有经热处理的组织结构或硬化。
替代地并且此处未示出地，整个轮盘可以具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构，由此在受震动负载的轮盘中提供均匀的强度和/或硬度并由此可以基本防止冶金学缺口。
如果使用一种由热成型钢或空气硬化的钢构成的轮辋(2)，则其优选至少局部地在一区域(14)中具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构，在此区域中轮盘(3)以过渡区域(8)贴靠和/或压入并且借助接缝(7)相连。具有例如三个钢层的替代的连接工艺以及复合材料的应用也是可以想到的，其中至少一层是可调质的，尤其是可硬化的。车轮的使用强度和安全性在使用所述的钢作为轮辋的材料时得到提高。例如，构成所谓的轮辋边缘的区域(15)具有经热处理的组织结构，其在车轮(1)的安装状态下至少设计在背对车轮架的一侧，从而在接触路边石时避免轮辋(2)或车轮(1)的完全损坏。必要时也可以设置成，在整个轮辋中具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。对于在轮辋(2)中产生至少局部经热处理的组织结构，参考关于轮盘(3)的实施方式。
为了确保整个车轮(1)最优的使用强度和安全性，过渡区域(8)、第一区域(9)和/或第二区域(11)或替代地整个轮盘和/或轮辋的经热处理的组织结构具有800至1200MPa的抗拉强度和/或250至375HV0.1的硬度，优选具有850至1100MPa的抗拉强度和/或265至340HV0.1的硬度，特别优选具有900至1050MPa的抗拉强度和/或280至325HV0.1的硬度。经热处理的组织结构由例如铁素体、珠光体、贝氏体、奥氏体或马氏体中的至少两相组成，尤其主要由含有珠光体、贝氏体、奥氏体或马氏体中至少一相的铁素体组成。替代地，经热处理的组织结构可以例如主要具有马氏体，尤其是经过回火的马氏体。
本发明不局限于附图中所示的实施例以及说明书概述部分的实施方式，而是轮辋2和/或轮盘也可以由定制的产品，例如由激光拼焊毛坯(Tailored Blank)和/或辊压毛坯(Tailored Rolled Blank)构成。车轮根据车辆类型通过其轮盘和轮辋以相应的沿着各个横截面可变化的材料厚度以最优负载和/或最优重量进行设计。本发明尤其有利地也可应用于商用车轮。
附图标记说明
1 车轮
2 轮辋
3 轮盘
3.1 轮盘的环绕的边缘
4 中间开口
5 用于容纳连接装置的开口
6 开口，通风孔
7 贴脚焊缝
8 与轮辋相连的过渡区域
9 第一区域
10 第三区域
11 第二区域，用于可松开地与车轮架相连的连接区域
11.1 连接装置的连接面
12 对称轴
13 构造为凸缘形的区域
14 轮辋的一区域
15 构成轮辋边缘的区域

Claims (10)

1.一种车轮(1)，包括用于容纳轮胎的轮辋(2)和材料配合、力配合和/或形状配合地连接在轮辋(2)上的轮盘(3)，所述车轮带有用于能够拆卸地与车轮架相连的连接区域(11)，其中，所述轮盘(3)由至少局部经热处理的钢构件构成，
其特征在于，
所述轮盘(3)至少在用于与轮辋(2)相连的过渡区域(8)中具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。
2.根据权利要求1所述的车轮，
其特征在于，
所述经热处理的组织结构具有800至1200MPa的抗拉强度和/或250至375HV0.1的硬度，优选具有850至1100MPa的抗拉强度和/或265至340HV0.1的硬度，特别优选具有900至1050MPa的抗拉强度和/或280至325HV0.1的硬度。
3.根据权利要求1或2所述的车轮，
其特征在于，
所述轮盘由调质钢，尤其由热成型钢或空气硬化的钢构成。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的车轮，
其特征在于，
具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构从过渡区域(8)至少局部地延伸到第一区域(9)中，在所述第一区域中具有可选设置的通风孔(6)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的车轮，
其特征在于，
在第二区域(11)中至少局部地设计有具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的车轮，
其特征在于，
所述轮盘(3)包括至少一个第三区域(10)，所述第三区域具有大于1300MPa抗拉强度和/或大于400HV0.1硬度的组织结构，特别是(加压)硬化的组织结构。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的车轮，
其特征在于，
整个所述轮盘(3)具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的车轮，
其特征在于，
所述轮辋(2)由调质钢，尤其由热成型钢或空气硬化的钢构成，并且至少局部在一区域(14)中具有500至1300MPa抗拉强度和/或150至400HV0.1硬度的经热处理的组织结构，在所述区域中轮盘(3)以其过渡区域(8)贴靠和/或压入并且相连。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的车轮，
其特征在于，
所述轮盘(3)和/或轮辋(2)借助压力成型、拉伸成型、拉压成型、弯曲成型、剪切成型、旋压或深冲，尤其借助带有可选地至少部分(加压)硬化的热成型而成型，其中，在进行成型之前，期间和/或之后通过至少局部地热处理至少在轮盘(3)的过渡区域(8)中和/或在至少轮辋(2)的区域(14)中设置经热处理的组织结构。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的车轮的应用，所述车轮应用在轿车、商用车、载重汽车、特种车辆、客车、公共汽车中，无论是以内燃机和/或电动驱动，以及应用在拖车或挂车中。
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