车轮及其应用的制作方法

本发明涉及一种车轮，其包括用于容纳轮胎的钢制的轮辋，并且包括材料配合地、力配合地和/或形状配合地连接在该轮辋上的钢制的轮盘，轮盘具有用于可拆卸地连接到轮架的整体式连接区域，车轮具有至少区域性的聚合物结构，该聚合物结构与轮辋和/或轮盘连接。此外本发明还涉及车轮的应用。

背景技术：

近年来，汽车制造商所面临的减少其车辆产品线的二氧化碳排放的压力增加，除了在先前考虑的车身部件之外，现在底盘部件，特别是诸如车轮的旋转底盘部件成为了进一步减轻重量的焦点。为了能够进一步减轻重量，一方面需要具有相对高强度或抗振性的材料来可靠地承担运行载荷。然而，在没有补偿措施的情况下，重量减轻导致刚度损失，这对于车轮仅在有限程度上是可容忍的。

德国公开文件de102013202271a1公开了一种车轮，其包括金属的基础结构。该教导提出碳纤维复合材料不可分离地与轮盘或轮辐连接，使得在运行期间产生的力被容纳并传递，其中运行力的力分量平行地划分到轮盘或轮辐的金属材料和碳纤维复合材料上。通过使用碳纤维，可以提高轮辐或轮盘的刚度和强度，同时可以减少金属部分，这可以对车轮的总重量产生积极影响，但是会对制造成本产生很大的负担。

此外，德国公开文件de2108754公开了一种钢轮，其通过由塑料制成的模制型材进行视觉升级。该解决方案很容易从制造和成本方面实施，但会导致设计限制。

技术实现要素：

关于现有技术，尤其是在抗振性和/或安全性，视觉外观和制造以及部件成本方面存在进一步改进的潜力。

因此，本发明的目的在于提供一种车轮，该车轮相对于已知的现有技术可以设计成在抗振性和/或安全性，美观性和制造性方面更好且重量更优化的，并且给出相应的应用。

根据第一方面，在根据本发明的车轮方面，通过权利要求1的特征解决了该目的。

根据本发明，车轮配备有蜂窝状和/或肋状聚合物结构，并且轮辋和/或轮盘由抗拉强度超过700mpa的钢材料构成，由此与现有技术的已知设计相比，车轮可以设计成在抗振性和/或安全性和成本方面更好并且重量更优化。相对于现有技术，运行载荷还基本上由轮盘容纳和传递。通过至少区域性设置的聚合物结构，可以有针对性地影响车轮符合负载和重量优化的设计。使用具有超过700mpa，特别是超过800mpa，优选超过900mpa，特别优选例如在热成形钢合金的情况下超过1000mpa的抗拉强度的相对高强度的钢材料，车轮的壁厚可以大大减小，但通常会导致结构刚度的损失。通过聚合物结构，可以使用很少的材料局部地和/或全局地在足够的程度上减小刚度的损失。

作为用于轮盘的钢材，尤其可以考虑抗拉强度至少500mpa，优选至少600mpa，特别优选至少700mpa的多相钢合金，例如双相钢，复合相钢，铁素体-贝氏体钢或马氏体相钢合金，其中多相钢合金的结构由铁素体，贝氏体，奥氏体或马氏体中的至少两种相组成。还可以使用可调质(可硬化)的钢合金，例如热成形钢合金或空气硬化钢合金，其抗拉强度为至少700mpa，优选至少800mpa，特别优选至少900mpa，其中，组织结构主要由马氏体组成，特别是超过90％的组织结构由马氏体组成。随着强度的增加，在基本相同的性能下，可以减小相应的材料厚度，并由此进一步减轻重量。也可以使用具有高度可成形性并由此实现复杂构型的含锰钢合金，由此可以提高刚度，并且在设计自由度方面基本上没有限制。

根据车轮的一个实施例，聚合物结构可以是非增强的和/或增强的，并且以力配合、形状配合和/或材料配合的方式连接。非增强聚合物结构应理解为在聚合物结构中不包含诸如填料的物质。非增强聚合物结构的特征根据或取决于所用的聚合物。相反，增强聚合物结构含有物质，尤其是填料，其对聚合物结构的特性有影响，其尤其可以增加聚合物结构的强度。具有比所用聚合物本身更高抗拉强度的所有材料都适合作为填料。因此，可以考虑颜料状，粉状和/或纤维状的材料，前提是填料的尺寸(宽度，高度，长度等)不超过相应和单独匹配的聚合物结构的尺寸。特别优选将纤维用作填料，其中尤其可以使用碳纤维，玻璃纤维，芳族聚酰胺纤维、硼纤维或其混合物。

根据车轮的一个设计方案，聚合物结构用短纤维增强。短纤维非常适合于聚合物结构形状的个性化构造，使得特别是在设计自由度方面没有限制，并且尤其由于纤维“短”的长度而产生细丝结构。特别地，如果在聚合物结构的高度和/或延伸上设定变化的纤维浓度，则可以进行尤其关于聚合物结构的“定制”构造的进一步优化。

根据车轮的一个设计方案，聚合物结构借助于注塑成型进行背面模塑。注塑是一种已经建立多年并且用于经济地生产大规模产品的方法。聚合物结构的背面模塑优选在组装的车轮上进行，也就是说，在聚合物结构至少区域性地附接之前，轮盘已经连接到轮辋。这具有的优点是，一方面，聚合物结构不会对连接过程产生不利影响，例如阻挡连接区域，其次，连接过程不会对聚合物结构产生不利影响，例如由于连接而损毁。优选地，将粘合促进剂施加到轮辋和/或轮盘的待背面模塑的区域上，以便尤其改善材料配合连接。轮辋和/或轮盘中的孔和/或其他开口可以提供底切，以便尤其改善形状配合连接。

根据车轮的一个设计方案，聚合物结构至少区域性地连接到轮盘和/或轮辋的可见侧和/或不可见侧。轮盘的可见侧应理解为表示在安装在车辆上的状态下远离轮架的侧面，并且轮辋的可见侧应理解为表示在安装在车辆上的状态下面向轮架的侧面。轮盘的不可见侧面应理解为表示在安装在车辆上的状态下朝向轮架的侧面，并且轮辋的不可见侧应理解为表示在安装在车辆上的状态下远离轮架的侧面。此外，轮辋的不可见侧由组装的轮胎覆盖，由此有利地保护至少区域性连接的聚合物结构免受外部影响。如果聚合物结构例如设置在轮辋的可见侧和/或轮盘的不可见侧上，则应注意轮盘和/或轮辋的几何形状适合于聚合物结构，这样可以毫无问题地安装在其上布置有制动装置的轮架上。聚合物优选是热塑性塑料，优选耐热的热塑性塑料，其针对热影响，例如制动热和/或太阳辐射是稳定的。

根据车轮的一个设计方案，轮盘包括至少三个一体形成的辐条。轮盘应理解为不仅意味着经典的轮盘设计，而且还意味着具有至少三个辐条，尤其是至少4个辐条，优选至少5个辐条的星形设计。相对于经典的轮盘，星形设计可以在视觉外观方面配置有更大范围的变化，例如通过辐条的个性化尺寸。

根据一个设计方案，轮盘在外边缘上具有基本上突出环绕的环形区域，该环形区域整体式形成并且用于连接到轮辋并且借助于电弧焊、激光焊接、电阻压力焊接或钎焊通过多个点和/或一条焊缝或区段性延伸的多个焊缝材料配合地连接到轮辋上。轮盘优选地通过接合焊缝从内侧在可见侧上在轮辋的所谓的轮辋深槽或轮辋肩部中至少局部延伸地，尤其完全环绕地连接，所述接合焊缝可以形成为mig焊缝，mag焊缝，激光焊缝，熔焊焊缝或钎焊焊缝。替代性地，轮盘也可以借助于优选多个连接点借助于电阻压焊连接在轮辋的轮辋深槽或轮辋肩部中，或通过机械连接方法连接。

根据一个设计方案，轮盘和/或轮缘可以借助于压力成型、拉伸成型、拉压成型、弯曲成型、剪切成型，旋压成型或深冲成型，尤其借助于具有选择性的至少部分(压制)硬化的直接或间接热成型而成型，或借助于所述生产方法的组合成型。

本发明的第二方面涉及根据本发明的车轮在乘用车，商用车，载重车辆，专用车，公共汽车，长途汽车中的用途，无论其是否具有内燃机和/或电驱动装置，挂车或者拖车。根据车辆类型，车轮以及其轮盘和轮辋以相应的材料厚度，利用聚合物结构以负载优化和/或重量优化的方式设计，材料厚度也可以沿着相应的横截面变化。

附图说明

下面将基于附图更详细地讨论本发明，附图示出了示例性实施例。相同的部件用相同的附图标记表示。图中示出了：

车轮的第一实施方案的示意性透视图和沿第一实施方案中的线i的截面，

车轮的第二实施方案的示意性透视图，

车轮的第三实施方案的示意性透视图，

车轮的第四实施方案的示意性透视图，以及

所连接的增强聚合物结构的示意性剖面图。

具体实施方式

图1a)示出了车轮(1)的第一实施方案的示意性透视图，并且图1b)示出了沿着例如用于乘用机动车的车轮(1)中的线i的截面。车轮(1)包括：轮辋(2)，其可以例如成型出轮廓，用于容纳轮胎(未示出)；并且包括材料配合地、力配合地和/或形状配合地连接在该轮辋(2)上的轮盘(3)。轮盘(3)形成为盘形的并且在外边缘上具有突出的环绕的环形区域(3.1)，该环形区域整体式形成并且用于连接到轮辋(2)并且优选借助于电弧焊通过完全环绕的mag焊缝(4)材料配合地连接在轮辋(2)的轮辋深槽(2.1)中。轮盘(3)包括整体式的中间区域(3.2)，其形成例如用于可拆卸地连接到轮架的连接区域，其中设置有用于容纳未示出的连接装置(螺栓/螺钉)的开口(5)。在中间区域(3.2)中设置有中心开口(7)，其用于例如将车轮(1)定心在未示出的轮毂上，该轮毂是未示出的轮架的组件。轮盘(3)和轮辋(2)都可以由多相钢合金构成，例如具有大约780mpa的抗拉强度的双相钢合金。同样可以考虑使用其他钢合金，特别是具有更高抗拉强度的钢合金。可以通过至少局部设置的聚合物结构(6)提供车轮的符合负载的和重量优化的设计，该聚合物结构(6)连接到轮辋(2)的不可见侧，其中连接的肋状的聚合物结构(6)受到保护免受外部影响，因为在运行期间，不可见侧被组装好的轮胎(未示出)覆盖。肋状聚合物结构(6)例如以环绕的方式，并且区域性地在轮辋(2)远离轮辋深槽(2.1)的一侧的区域中连接。其例如为增强聚合物结构(6)，其包括短纤维(8)，例如碳纤维，这些短纤维被由热塑性塑料构成的基质包围，其中聚合物结构(6)是在注塑过程中背面模塑的或生产的。为了改善连接，优选可以在背面模塑之前施加粘合促进剂。轮盘(3)对应于经典设计。

图2)示出了车轮(1')的第二实施方案的示意性透视图。车轮(1')包括：例如可以成型轮廓的用于容纳轮胎(未示出)的轮辋(2)；并且包括轮盘(3')，该轮盘(3')材料配合地、力配合地和/或形状配合地连接在该轮辋(2)。轮盘(3')是星形设计，具有5个辐条(3'.3)，并且在外边缘上具有一个突出环绕的环形区域(3'.1)，该环形区域整体式形成并且用于连接到轮辋(2)并且优选借助于电弧焊通过完全环绕的mag焊缝材料配合地连接在轮辋(2)的轮辋深槽中。轮盘(3')包括整体式的中间区域(3'.3)，其形成例如用于可拆卸地连接到轮架的连接区域，其中设置有用于容纳未示出的连接装置(螺栓/螺钉)的开口(5)。在中间区域(3'.3)中设置有中心开口(7)，其用于例如将车轮定心在未示出的轮毂上。可以通过至少局部设置的聚合物结构(6)提供车轮的符合负载的和重量优化的设计，该聚合物结构连接到轮盘(3')的不可见侧。肋状的聚合物结构(6)连接在辐条(3'.3)上并且例如将其完全覆盖。优选增强的聚合物结构(6)包含短纤维，例如碳纤维，这些短纤维被由热塑性塑料构成的基质包围，其中聚合物结构(6)是在注塑过程中背面模塑的或生产的。

相对于图2)，图3)示出了聚合物结构(6.1)的替代实施方案，其为蜂窝状形式。蜂窝状聚合物结构(6.1)连接在辐条(3'.3)上，并且例如仅区域性将其覆盖。优选增强的聚合物结构(6)包括短纤维，例如碳纤维，其被由热塑性塑料构成的基质包围，其中聚合物结构(6)是在注塑过程中背面模塑的或者生产的。

相对于图2)和3)，图4)中的车轮(1')显示出蜂窝状聚合物结构(6.1)，其连接到轮辋(2)的不可见侧。蜂窝状聚合物结构(6.1)以完全环绕的方式连接到轮辋(2)并且例如完全将其覆盖。优选增强的聚合物结构(6.1)包含短纤维，例如碳纤维，其被由热塑性塑料构成的基质包围，其中该聚合物结构(6)是在注塑过程中背面模塑的或生产的。

图5)示出了例如在用短纤维(8)增强的聚合物结构(6,6.1)的高度(h)上变化的纤维浓度，与所述聚合物结构是否为肋状和/或蜂窝状，以及是否连接在轮辋(2)和/或轮盘(3,3')上无关。在与轮辋(2)和/或轮盘(3,3')的连接方向上几乎没有短纤维(8)。在相对于增强聚合物结构(6,6.1)的自由表面的相反方向上，短纤维(8)的浓度增加，使得沿聚合物结构(6,6.1)的高度(8)存在梯度分布。通过纤维的变化布置，可以进行尤其在聚合物结构的“定制”构造方面的进一步优化。替代性地或额外地，纤维浓度可沿聚合物结构(6,6.1)的延伸变化，其中纤维的浓度可区域性更高，并且区域性地也可以存在没有纤维的区域。

轮辋和/或轮盘也可以由微合金化的钢合金，主要单相的钢合金，多相钢合金或可调质的钢合金构成。

本发明不限于附图中所示的实施例和一般说明中的实施方案，而是轮辋(2)和/或轮盘(3,3')也可以是由定制产品，例如拼焊板和/或拼焊轧制板形成。根据车辆的类型，车轮(1,1')以及其轮盘(3,3')和轮辋(2)以相应的材料厚度，尤其利用聚合物结构(6，6.1)以负载优化和/或重量优化的方式设计，该材料厚度也可以沿着相应的横截面变化。本发明特别有利地也适用于商用车辆车轮。

附图标记说明

1,1'车轮

2轮辋

2.1轮辋的轮辋深槽

3,3'轮盘

3.1,3'.1环绕的环

3.2,3'.2连接区域

3'.3辐条

4焊缝

5开口

6聚合物结构，肋状聚合物结构

6.1蜂窝状聚合物结构

7中心开口

8短纤维

h增强聚合物结构的高度

k接触区域