KR102111222B1

KR102111222B1 - 자동차용 관형 스프링 및 관형 스프링 제조 방법

Info

Publication number: KR102111222B1
Application number: KR1020187009970A
Authority: KR
Inventors: 디터 레히너; 티모 슈트라카; 프랑크 슈나이더
Original assignee: 티센크룹 페던 운트 스타빌리자토렌 게엠베하; 티센크룹 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2020-05-15
Also published as: DE102015217401B4; CN108368906A; DE102015217401A1; BR112018004692A2; RU2709298C2; RU2018112607A; EP3347613B1; RU2018112607A3; MX2018002930A; JP2018534489A; US20180244125A1; WO2017042146A1; KR20180049070A; EP3347613A1; EP3347613B8

Abstract

본 발명은 특히 자동차용 코일 스프링(3), 토션 바 스프링(2) 및/또는 스태빌라이저(4)로서의 관형 스프링(1)에 관한 것으로, 이 관형 스프링은 관 내부 단면(6), 관 내경(DI), 관 외경(DA), 관 내벽(7) 및 관벽 두께(W)를 갖는 하나 이상의 금속관 요소(5)를 포함하고, 관형 스프링(1)의 하나 이상의 금속관 요소(5)의 관 내부 단면(6)에서 적어도 부분 영역에 하나 이상의 금속 폼(8)이 배치되며, 하나 이상의 금속관 요소(5)는 적어도 부분 마텐자이트계 구조를 갖는다.

Description

자동차용 관형 스프링 및 관형 스프링 제조 방법

본 발명은 자동차용 관형 스프링 및 관형 스프링 제조 방법에 관한 것이다.

성형된 강관(steel tube) 또는 강선(steel wire)으로 제조된 스프링 및 토션 바는 종래 기술에서 다양한 실시예들로 공지되어 있다. 토션 바는 예를 들어 토션 바 스프링, 스태빌라이저 토션 바 또는 토션 스프링 바로도 지칭된다. 강 스프링 및 토션 바 스프링은 특히 자동차에 사용되며, 이 경우 강 스프링은 예를 들어 노면 비평탄성을 완충하기 위한 스프링/댐핑 시스템에 사용되고, 토션 바 스프링은 자동차의 커브 주행 시, 변화하는 노면 위에서 주행할 때, 그리고 울퉁불퉁한 노면에서 주행할 때 자동차의 롤링을 안정화하기 위해 사용된다. 이러한 스태빌라이저는 대개 전방 차축 및 후방 차축의 영역에 배치되며, 대개 차량의 전체 폭에 걸쳐서 연장된다. 강관 또는 강선을 스프링 및 토션 바로 성형하는 것은 종래 기술에 공지되어 있는 성형 방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 성형 전에 또는 그 이후에 강관 또는 강선은, 스프링 특성 및 강도 특성에 영향을 미치며 재료의 추가적인 특정 사용 특성을 개선하는 다양한 처리 단계를 거칠 수 있다. 따라서 높은 강도 값을 갖는 스프링 및/또는 토션 바는 비교적 적은 재료를 사용하여, 그에 따라 낮은 중량 및 재료 비용으로 제조될 수 있다. 이 경우, 관형 스프링은 스프링 특성이 같을 때 막대형 스프링에 비해 더 낮은 중량을 가지며, 관형 스태빌라이저의 경우 강성 및 굽힘성은 직경 및 벽두께에 좌우된다. 그러나, 부품의 성형 중에 및 작동 시에 초래되는 더 높은 내부 응력으로 인한 굽힘성 감소로 인해, 더 큰 중량 절감에 유리한 직경-대-벽두께 비율의 증가는 제한된 범위 내에서만 가능하다. 따라서, 관형 스프링의 특성은 기하학적 치수 및 그에 기인하는 스프링 특성과 관련하여 좁은 범위로 제한되며, 종래 기술에 공지되어 있는 일부 성형 방법의 경우 강관 또는 강선의 성형성이 제한적이다. 특히, 강도 및 점성과 같은 매개변수는 스프링의 성형성 및 수명과 관련된다. 또한, 막대형 스프링은 한편으로 동일한 기하학적 외부 치수를 갖는 관형 스프링과 대조적으로 더 큰 중량을 가지며, 다른 한편으로 관형 스프링은 접근하기 어려운 관 내부 표면의 부식 방지를 필요로 하며, 상기 부식 방지는 예를 들어 샷 블라스팅(shot-blasting)과 같은 추가 방법 단계를 요구한다.

열간 성형된 코일 스프링을 제조하는 방법은 예를 들어 DE 103 15 418 B3호로부터 공지되어 있다.

DE 198 39 383 C2호에는 비틀림 응력을 받는 스프링 요소용 강의 열기계적 처리(thermomechanical treatment)를 위한 방법이 기술되어 있다.

따라서, 본 발명의 과제는 개선된 관형 스프링, 특히 개선된 자동차용 코일 스프링, 토션 바 스프링 및/또는 스태빌라이저와, 전술한 단점들이 방지되는 관형 스프링 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 이 개선된 관형 스프링 및 개선된 관형 스프링 제조 방법에 의하면 강관으로 제조된 스프링의 장점이 강선으로 제조된 스프링의 장점과 적어도 부분적으로 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 관형 스프링 및 개선된 관형 스프링 제조 방법에 의해 종래의 관형 스프링 및 방법에 비해 개선된 굽힘성이 제공될 수 있으며, 성형 방법에 의해 초래된 균열이 회피될 수 있다. 추가로, 관 내부 표면의 부식 방지 필요성이 배제될 수 있어야 한다. 또한, 개선된 관형 스프링 제조 방법에 의해, 기존의 방법에서 간단하고 신뢰성있게 실현될 수 있는 안정적인 제조 공정이 제공된다. 더욱이, 관형 스프링의 상이한 부분 영역 및/또는 직경에 대해 미리 정해지는 단면 2차 모멘트(geometrical moment of inertia)가 목표한 대로 설정될 수 있으며, 상기 단면 2차 모멘트가 상이한 부분 영역들 및/또는 직경들에서 가변적으로 설정될 수도 있다.

상기 과제는 청구항 1에 따른 관형 스프링에 의해, 그리고 청구항 6에 따른 적어도 부분 영역에서 발포된 관형 스프링의 제조 방법에 의해 해결된다.

종래의 관형 스프링에 비해, 본 발명에 따른 자동차용 관형 스프링은 막대형 스프링의 특성이 관형 스프링의 특성과 적어도 부분적으로 결합된다는 장점을 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 관형 스프링에 의해 종래의 관형 스프링의 굽힘성을 훨씬 능가하는 성형이 가능하다. 더욱이, 본 발명에 따른 관형 스프링의 경우에, 특성들, 특히 스프링의 각각의 섹션 및/또는 영역에서의 강성 및 굴곡 강성이 요건에 따라 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 관형 스프링에서 강성 특성 및 스프링 특성은 경량 구조 방식을 고려하여 직경-대-벽두께 비에 의해 설정될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 관형 스프링은 관 내부 표면 부식 방지 조치를 전혀 요하지 않는다. 또한, 미리 결정된 관 외경 및/또는 미리 결정된 벽두께에서 다수의 상이한 스프링 비가 생성될 수 있다.

종래의 방법에 비해서, 적어도 부분 영역에서 발포되는 관형 스프링을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 관 내부 표면의 부식 방지를 제공하는 방법 단계가 생략될 수 있다는 장점을 갖는다. 더욱이, 적어도 부분 영역에서 발포되는 관형 스프링을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 의하면, 관형 스프링의 개선된 굽힘성이 제공되며, 따라서 성형 방법에 의해 초래되는 균열이 전반적으로 방지된다. 본 발명에 따른 방법의 추가 장점은 이 방법이 간단하고 신뢰성있게 기존 방법에 통합될 수 있다는 것이다. 또한, 관형 스프링의 길이를 따르는 관형 스프링의 강성은 관형 스프링의 각각의 부분 영역에 삽입되는 금속 폼 및 이 금속 폼의 특성에 의해 가변적으로 설정될 수 있다. 이로부터 작동 하중 하에 적응되는 응력 분포가 기인한다.

따라서, 본 발명의 대상은, 특히 자동차용 코일 스프링, 토션 바 스프링 및/또는 스태빌라이저로서의 관형 스프링이며, 이는 관 내부 단면, 관 내경, 관 외경, 관 내벽 및 관벽 두께를 갖는 하나 이상의 금속관 요소를 포함하고, 관형 스프링의 하나 이상의 금속관 요소의 관 내부 단면에서 적어도 부분 영역에 하나 이상의 금속 폼이 배치되며, 하나 이상의 금속관 요소는 적어도 부분 마텐자이트계 구조를 갖는다.

본 발명의 추가 대상은 적어도 부분 영역에서 발포되는 관형 스프링을 특히 자동차용 코일 스프링, 토션 바 스프링 및/또는 스태빌라이저로서 제조하기 위한 방법이며, 상기 방법은

a) 융점을 갖는 하나 이상의 금속 성분 및 팽창제 성분을 포함하는 하나 이상의 예비 재료 조성물을 제공하는 단계,

b) 관 내부 단면, 관 내경, 관 외경, 관 내벽 및 관벽 두께를 갖는 하나 이상의 금속관 요소를 포함하는 관형 스프링을 제공하는 단계,

c) 단계 a)에서 제공된 하나 이상의 예비 재료 조성물을 단계 b)에서 제공된 관형 스프링의 하나 이상의 금속관 요소에 삽입하는 단계로서, 상기 하나 이상의 금속관 요소는 완전히 또는 부분 영역에서 채워지는 단계,

d) 적어도, 단계 c)에서 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소를 템퍼링하는 단계로서,

i. 단계 c)에서 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소를 적어도 경화 온도로 가열하는 단계로서, 이때 경화 온도는 금속관 요소의 최저 재결정화 온도 초과의 온도, 바람직하게는 금속관 요소의 오스테나이트 개시 온도 이상인 온도이며, 상기 경화 온도는 단계 c)에서 삽입된 하나 이상의 예비 재료 조성물의 융점 이상이고, 상기 예비 재료 조성물은 적어도 부분 영역에서 발포되는 하나 이상의 금속관 요소의 제조 동안 발포되는, 가열 단계와;

ⅱ. 완전히 또는 부분 영역에서 채워지고 단계 i에서 경화 온도 이상으로 가열된 하나 이상의 금속관 요소를 제1 냉각 온도로 급냉(quenching)시키는 단계로서, 상기 제1 냉각 온도는 금속관 요소의 최저 재결정화 온도 미만의 온도이고, 완전히 또는 부분 영역에서 충전된 상기 하나 이상의 금속관 요소에 적어도 부분 마텐자이트계 구조가 생성되는, 급냉 단계와;

ⅲ. 단계 ⅱ에서 급냉된, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소를 오스테나이트 개시 온도보다 낮은 제1 템퍼링 온도로 재가열하는 단계와;

ⅳ. 단계 ⅲ에서 재가열된, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소를, 적어도 제1 템퍼링 온도보다 더 낮은 제2 냉각 온도로 냉각시키는 단계;를 포함하는 템퍼링 단계를 포함하며,

최소한, 적어도 부분 영역에서 발포된 하나 이상의 금속관 요소의 관 내벽과 적어도 부분 영역에서 발포된 하나 이상의 금속관 요소의 금속 폼 사이의 부분 영역에, 적어도 부분적으로 재료 결합 형태인 연결이 형성된다.

본 발명의 추가 대상은 차량, 특히 자동차의 서스펜션 시스템을 위한, 적어도 부분 영역에서 발포되는 관형 스프링의 사용이다.

본 발명의 범주에서, 관형 스프링은 하중을 받으면 휘어지고 하중 경감 이후에 원래 형상으로 돌아가는 하나 이상의 금속관 요소를 포함하는 부품인 것으로 이해된다. 특히, 관형 스프링은 강관이 나사 형상으로 또는 나선형으로 권취되거나, 막대 형상으로 연장되거나 만곡된 부품일 수 있다. 관형 스프링의 예는, 코일 스프링, 특히 코일 압축 스프링, 코일 인장 스프링, 원추형 스프링, 인장 스프링, 가요성 스프링, 특히 나선형 스프링, 권취 토션 스프링 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된다.

본 발명의 범주에서 토션 바 스프링은, 양 단부에 인장 고정된 경우, 고정된 단부들이 토션 바 스프링 축을 중심으로 상호 피봇 운동을 실행하는 하나 이상의 금속관 요소를 포함하는 부품인 것으로 이해된다. 특히, 기계 하중은 주로, 토션 바 스프링 축에 대해 접선 방향으로 작용하는 토크에 의해 발생한다. 토션 바 스프링은, 예를 들어 직선 토션 바, 각진 토션 바, 토션 스프링, 스태빌라이저 토션 바, 스태빌라이저, 스플릿 스태빌라이저 및 이들의 조합체로도 이해된다.

본 발명의 범주에서, 금속 폼은 하나 이상의 금속 성분을 포함하고 하나 이상의 팽창제 성분에 의해 발포되는 발포체인 것으로 이해된다. 특히, 하나 이상의 금속 성분은 알루미늄 합금, 특히 알루미늄과 규소의 공융 합금(eutectic alloy), AlCU, AlMn, AlSi, AlMg, AlMgSi, AlZn, 티타늄 합금 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된다. 예를 들어, 금속 성분은 특히 압출에 의해 기하학적 형상으로 압축된 예비 재료 조성물로 제공될 수 있다. 기하학적 형상의 예는 봉, 막대, 관, 십자가형 요소 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. 특히, 제공된 예비 재료 조성물은 벌크 재료로서 관형 스프링 내에 삽입될 수 있다. 팽창제 성분의 예는, 특히, 예를 들어 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 화학량론적 금속 수소화물, 고분자 금속 수소화물, 복합 금속 수소화물, 비화학량론적 금속 수소화물 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속 수소화물을 포함하는 조성물이다. 특히, 팽창제 성분은 티타늄 수소화물 및 티타늄 이수소화물(titanium dihydride)로서 선택된다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 관형 스프링의 하나 이상의 금속관 요소의 관 내부 단면에서 적어도 부분 영역에 배치된 하나 이상의 금속 폼은 적어도 부분적으로 재료 결합 방식으로 하나 이상의 금속관 요소의 관 내벽과 연결된다.

본 발명의 한 추가 실시예에서, 하나 이상의 금속관 요소의 관벽 두께에 대해 관 외경이 8초과, 바람직하게 12초과, 특히 바람직하게 20초과, 가장 특히 바람직하게 30초과의 비율을 갖는다.

본 발명의 또 다른 가능한 실시예에 따르면, 하나 이상의 금속관 요소의 관 내부 단면에 배치되는 하나 이상의 금속 폼은 1g/㎤ 미만, 바람직하게 0.6g/㎤미만, 특히 바람직하게 0.1 내지 0.5g/㎤ 범위의 밀도를 갖는다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 금속관 요소는 적어도 부분적으로, 완전히 직선으로 형성되지 않는 관형 스프링이 되도록 성형된다.

예비 재료 조성물은 특히, 예를 들어 압출기에서 성형 공정을 거쳐, 압축되었고, 관형 스프링의 삽입, 특히 충전이 전단 방법에 의해 수행될 수 있도록 이송에 적합한 기본 구조를 갖는다.

본 발명의 범주에서, 적어도 부분 영역에서 발포되는 하나 이상의 금속관 요소의 금속 폼과. 적어도 부분 영역에서 발포되는 하나 이상의 금속관 요소 사이에 형성되는, 적어도 부분적으로 재료 결합 형태인 연결은 예를 들어 용접 연결, 특히 확산 용접 연결과 같은 분리 불가능한 연결인 것으로 이해된다. 예를 들어, 열공급 외에 확산 용접 연결을 위해 필요한 힘 작용, 특히 하나 이상의 발포 금속관 요소의 내부 셸 면에 가해지는 압력은 발포 금속 폼의 팽창 압력에 의해 수행될 수 있다.

융점은 하나 이상의 금속 성분이 녹는, 특히 고체 상태에서 액체 응집체 상태로 이행하는 온도인 것으로 이해된다.

최저 재결정화 온도는 재결정화, 특히 강선의 구조의 재결정화가 여전히 수행되는 최저 온도인 것으로 이해된다.

재결정화 온도는, 미리 결정된 성형도로 냉간 성형된 구조물의 경우에 제한된 기간 내에 완전 재결정화를 야기하는 어닐링 온도이다. 재결정화 온도는 정해진 값을 갖지는 않지만, 선행된 냉간 성형의 정도 및 재료의 융점, 특히 강의 융점에 좌우된다. 예를 들어, 강의 경우 재결정화 온도는 개별 강의 합금 및 탄소 함량에도 좌우된다.

본 발명의 범주에서 오스테나이트 개시 온도는 적어도 부분 오스테나이트계 구조로의 변환이 수행되는 온도인 것으로 이해된다. 특히, 적어도 부분 오스테나이트계 구조로의 변환은 오스테나이트화 온도에서 수행된다.

예를 들어, 단계 a)에서 제공된 하나 이상의 예비 재료 조성물을 단계 b)에서 제공된 관형 스프링의 하나 이상의 금속관 요소 내에 삽입하는, 단계 c)에서의 삽입은 배치(placing), 스터핑(stuffing), 주입(pouring) 및 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 삽입 장치로서 예를 들어 랜스가 사용될 수 있다.

본 발명의 한 추가 실시예에서, 단계 b)에서 제공된 하나 이상의 금속관 요소는 적어도 부분적으로 페라이트 펄라이트 구조를 갖는다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 관형 스프링은 0.02 내지 0.8 중량% 범위의 탄소 함량을 갖는 강관으로 제조된다. 특히, 본 발명의 범주에서 0.02 내지 0.8 중량% 범위의 탄소 함량을 갖는 강은 아공정 강(hypoeutectic steel)인 것으로 이해된다.

본 발명의 또 다른 가능한 실시예에 따르면, 적어도, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소를 단계 i에서 가열하거나 및/또는 단계 ⅲ에서 재가열하는 공정이 열전도, 특히 전도성 가열, 열방사, 특히 유도 가열, 대류 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는 열전달에 의해 수행된다.

예를 들어 단계 i에서 수행되는 가열, 단계 ⅲ에서의 재가열 및/또는 본 발명의 범주에서의 또 다른 열전달은, 열전도, 특히 전도성 가열, 열방사, 특히 적외선 방사, 유도 가열, 대류, 특히 팬 히터 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는 가열인 것으로 이해된다.

특히, 가열 시 금속 성분의 융점보다 높은, 예를 들어 620℃보다 높은 온도가 달성된다. 재가열은 특히 금속 성분의 융점보다 낮은, 예를 들어 620℃보다 낮은 온도에서 수행된다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에서, 완전히 또는 부분 영역에서 채워지고 단계 ⅱ에서 급냉된 하나 이상의 금속관 요소를 단계 ⅲ에서 재가열하는 것은 금속 성분의 융점보다 낮은 제1 템퍼링 온도로 수행된다.

본 발명의 범주에서 단계 d)에서의 템퍼링은 부분적인 또는 완전한 템퍼링일 수 있다.

본 발명의 또 다른 가능한 실시예에 따르면, 단계 b)에서 제공되는 하나 이상의 금속관 요소 및/또는 단계 d)에서 템퍼링된, 적어도 부분 영역에서 발포된 하나 이상의 금속관 요소를, 완전히 직선으로 형성되지 않으며 적어도 부분 영역에서 발포되는 관형 스프링이 되게하는 성형이 추가 단계 e)에서 실시된다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 단계 e)에서의 성형은 냉간 성형이고, 순서상 단계 d)에서의 템퍼링 이후의 단계로서 냉간 성형 온도에서 실시되며, 냉간 성형 온도는 금속관 요소의 최저 재결정화 온도 미만의 온도이고, 바람직하게 금속관 요소의 오스테나이트 개시 온도 미만의 온도이다.

본 발명의 범주에서 냉간 성형은, 강관이 재결정화 온도 미만에서 성형되는 것으로 이해된다. 특히, 냉간 성형 시에는 형상 변화 능력이 제한되는데 그 이유는 가공 경화로 인해 예를 들어 강과 같은 재료의 점성 및 성형성이 성형도가 상승할수록 감소하기 때문이다. 냉간 성형의 예는 냉간 코일링, 냉간 권취, 냉간 굽힘 및 이들의 조합이다.

본 발명의 또 다른 가능한 실시예에 따르면, 단계 e)에서의 성형은 열간 성형이고, 순서상 단계 d)에서의 템퍼링 이전의 단계로서 열간 성형 온도에서 실시되며, 열간 성형 온도는 금속관 요소의 최저 재결정화 온도 초과의 온도이고, 바람직하게 금속관 요소의 오스테나이트 개시 온도 이상의 온도이다. 특히, 열간 성형 온도는 금속관 요소의 마텐자이트 개시 온도보다 낮고, 예비 재료 조성물의 융점보다 낮다.

본 발명의 범주에서 열간 성형은, 강관이 재결정화 온도보다 높은 온도에서 성형되는 것으로 이해된다. 특히, 예를 들어 강과 같은 재료는 열간 성형 중에 또는 직후에 재결정화되며, 그로 인해 재료는 원래의 특성을 다시 회복한다. 예를 들어, 열간 성형을 재료 조직의 성형 동시 재결정화라고 한다. 열간 성형의 예는 열간 코일링, 열간 굽힘 및 이들의 조합이다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 적어도, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 금속관 요소의, 단계 i에서의 가열 및/또는 단계 ⅲ에서의 재가열은 2K/s 이상, 바람직하게 20K/s 초과, 특히 바람직하게 50K/s 초과, 가장 특히 바람직하게 200K/s 초과의 가열 속도로 수행된다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 단계 i에서의 예비 재료 조성물의 발포 시, 하나 이상의 금속관 요소에서 발포되는 금속 폼의 밀도는 1g/㎤ 미만, 바람직하게 0.6g/㎤ 미만, 특히 바람직하게 0.1 내지 0.5g/㎤의 범위로 설정된다.

본 발명에 따른 관형 스프링을 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따라 다양하게 성형된 관형 스프링의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 관형 스프링의 금속관 요소의 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 관형 스프링의 발포 금속관 요소의 개략 단면도이다.

도 1에는 종래 기술에 따른 다양하게 형성된 관형 스프링(1)이 도시되어 있으며, 각각 a) 내지 c)로 표시되어 있다. a)는 토션 바 스프링(2)을 나타낸다. 부호 b)는 코일 스프링을 나타내고, c)는 스태빌라이저(4)를 나타낸다.

도 2에는 종래 기술에 따른 관형 스프링(1)의 금속관 요소(5)의 사시도가 도시되어 있다. 금속관 요소(5)는, 관 내경(DI), 관 외경(DA), 관 내벽(7) 및 관벽 두께(W)를 갖는 관 내부 단면(6)을 갖는다. 관 내부 단면(6)은 발포되어 있지 않다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 스프링(1)의 발포 금속관 요소(5)의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 관 내부 단면(6) 내에서 적어도 부분 영역에 적어도 금속 폼(8)이 배치되어 있다. 본 발명에 따른 금속관 요소(5)는, 관 내경(DI), 관 외경(DA), 관 내벽(7) 및 관벽 두께(W)를 갖는 관 내부 단면(6)을 갖는다. 금속 폼(8)은 가변 다공성 구조물로서 도시되어 있다.

특히 전술한 형태의 코일 스프링, 토션 바 스프링 및/또는 스태빌라이저로서의 관형 스프링은 자동차, 특히 자동차의 서스펜션 시스템의 제조에 사용된다.

1: 관형 스프링
2: 토션 바 스프링
3: 코일 스프링
4: 스태빌라이저
5: 금속관 요소
6: 관 내부 단면
7: 관 내벽
8: 금속 폼
DA: 금속관 요소의 관 외경
DI: 금속관 요소의 관 내경
W: 관벽 두께

Claims

관 내부 단면(6), 관 내경(DI), 관 외경(DA), 관 내벽(7) 및 관벽 두께(W)를 갖는 하나 이상의 금속관 요소(5)를 포함하는 관형 스프링(1)에 있어서,
관형 스프링(1)의 하나 이상의 금속관 요소(5)의 관 내부 단면(6)에서 적어도 부분 영역에 하나 이상의 금속 폼(8)이 배치되고, 하나 이상의 금속관 요소(5)는 적어도 부분 마텐자이트계 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1).
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적어도 부분 영역에서 발포된 관형 스프링(1)을 제조하기 위한 방법이며, 상기 방법은
a) 융점을 갖는 하나 이상의 금속 성분 및 팽창제 성분을 포함하는 하나 이상의 예비 재료 조성물을 제공하는 단계;
b) 관 내부 단면(6), 관 내경(DI), 관 외경(DA), 관 내벽(7) 및 관벽 두께(W)를 갖는 하나 이상의 금속관 요소(5)를 포함하는 관형 스프링(1)을 제공하는 단계;
c) 단계 a)에서 제공된 하나 이상의 예비 재료 조성물을 단계 b)에서 제공된 관형 스프링(1)의 하나 이상의 금속관 요소(5)에 삽입하는 단계로서, 상기 하나 이상의 금속관 요소(5)가 완전히 또는 부분 영역에서 채워지는 단계;
d) 단계 c)에서 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소(5)를 적어도 템퍼링하는 단계로서,
i. 단계 c)에서 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소(5)를 적어도 경화 온도로 가열하는 단계로서, 경화 온도는 금속관 요소(5)의 최저 재결정화 온도 초과의 온도이며, 이 경화 온도는 단계 c)에서 삽입된 하나 이상의 예비 재료 조성물의 융점 이상이고, 상기 예비 재료 조성물은 적어도 부분 영역에서 발포되는 하나 이상의 금속관 요소(5)의 제조 동안 발포되는, 가열 단계와;
ⅱ. 완전히 또는 부분 영역에서 채워지고 단계 i에서 경화 온도 이상으로 가열되는 하나 이상의 금속관 요소(5)를 제1 냉각 온도로 급냉시키는 단계로서, 상기 제1 냉각 온도는 금속관 요소(5)의 최저 재결정화 온도 미만의 온도이고, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 상기 하나 이상의 금속관 요소(5)에 적어도 부분 마텐자이트계 구조가 생성되는, 급냉 단계와;
ⅲ. 단계 ⅱ에서 급냉된, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소(5)를 오스테나이트 개시 온도보다 낮은 제1 템퍼링 온도로 재가열하는 단계와;
ⅳ. 단계 ⅲ에서 재가열된, 완전히 또는 부분 영역에서 채워진 하나 이상의 금속관 요소(5)를, 적어도 제1 템퍼링 온도보다 더 낮은 제2 냉각 온도로 냉각시키는 단계;를 포함하는 템퍼링 단계
를 포함하는, 관형 스프링(1) 제조 방법에 있어서,
최소한, 적어도 부분 영역에서 발포된 하나 이상의 금속관 요소(5)의 관 내벽(7)과 적어도 부분 영역에서 발포된 하나 이상의 금속관 요소(5)의 금속 폼(8) 사이의 부분 영역에, 적어도 부분적으로 재료 결합 형태인 연결이 형성되는 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1) 제조 방법.
제6항에 있어서, 단계 b)에서 제공된 하나 이상의 금속관 요소(5)는 적어도 부분적으로 페라이트 펄라이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1) 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 추가 단계 e)에서는, 상기 단계 b)에서 제공된 하나 이상의 금속관 요소(5) 및/또는 단계 d)에서 템퍼링된, 적어도 부분 영역에서 발포된 하나 이상의 금속관 요소(5)를, 완전히 직선으로 형성되지 않고 적어도 부분 영역에서 발포된 관형 스프링(1)이 되게 하는 성형이 실시되는 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1) 제조 방법.
제8항에 있어서, 단계 e)에서의 성형은 냉간 성형이고, 순서상 단계 d)에서의 템퍼링 이후의 단계로서 냉간 성형 온도에서 실시되며, 냉간 성형 온도는 금속관 요소(5)의 최저 재결정화 온도 미만의 온도인 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1) 제조 방법.
제8항에 있어서, 단계 e)에서의 성형은 열간 성형이고, 순서상 단계 d)에서의 템퍼링 이전의 단계로서 열간 성형 온도에서 실시되며, 열간 성형 온도는 금속관 요소(5)의 최저 재결정화 온도 초과의 온도인 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1) 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 단계 i에서의 예비 재료 조성물의 발포 시, 하나 이상의 금속관 요소(5)에서 발포되는 금속 폼(8)의 밀도는 1g/㎤ 미만으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1) 제조 방법.
제1항에 따른, 적어도 부분 영역에서 발포된 관형 스프링(1)으로서, 관형 스프링(1)은 차량의 서스펜션 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는, 관형 스프링(1).