DE102005026829A1

DE102005026829A1 - Aluminium-Fahrzeugfelge und Verfahren zum Herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE102005026829A1
Application number: DE200510026829
Authority: DE
Inventors: Edmund Breyton
Original assignee: BD BREYTON DESIGN GmbH; BD-BREYTON-DESIGN GmbH
Current assignee: BD BREYTON DESIGN GmbH; BD-BREYTON-DESIGN GmbH
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2006-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer ein Felgenbett sowie einen Felgenstern aufweisenden Fahrzeugfelge, wobei zumindest der Felgenstern mittels eines Vakuum-Druckgießprozesses von flüssigem Aluminium oder einer flüssigen Aluminiumlegierung in eine der Form des Felgensterns ausbildenden Gussform hergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ein Felgenbett sowie einen Felgenstern aufweisende Aluminium-Fahrzeugfelge und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Aluminium-Fahrzeugfelge.
Ästhetische und Gewichtsaspekte haben dazu geführt, dass Aluminium-Fahrzeugfelgen sich zunehmend auch in der Ausrüstung preiswerter Großserienfahrzeuge durchsetzen und insoweit traditionelle Stahlfelgen ersetzen.

Dabei existieren aus dem Stand der Technik zahlreiche Möglichkeiten, Aluminium-Fahrzeugfelgen, welche typischerweise aus einem um die Achsnabe herum gebildeten Felgenstern und einem randseitig den Felgenstern umgebenden, zum Aufnehmen des Reifens ausgebildeten Felgenbett bestehen, aus dem üblicherweise gewählten Aluminiummaterial herzustellen: Traditioneller Aluminium-Druckguss eignet sich insbesondere für große Produktionsserien, bringt jedoch durch die verfahrensbedingte Sprödigkeit des Materials Nachteile im Hinblick auf Zug- und Bruchfestigkeit mit sich, so dass den gestalterischen Möglichkeiten bei der Entwicklung derartiger Felgen Grenzen gesetzt sind. Insbesondere im höherwertigen Produktbereich finden (aus einem Materialblock) gefräste und/oder geschmiedete Felgen Verwendung, diese Herstellungsarten sind jedoch teuer und begrenzen, insbesondere bedingt durch lange Herstellungszeiten, die Großserientauglichkeit.

Es besteht daher schon seit längerer Zeit das Bestreben, verbesserte Materialeigenschaften im Hinblick auf den Fahrzeugeinsatz (wie sie etwa durch Schmieden erreicht werden) mit preisgünstiger Großserientauglichkeit zu kombinieren, wobei jedoch bislang Kompromisse zwischen bekannten Herstellungsverfahren gewählt werden mussten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Aluminium-Fahrzeugfelge sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminium-Fahrzeugfelge zu schaffen, welche großserientaugliche Fertigbarkeit mit verbesserten Festigkeitseigenschaften kombiniert, ohne dass etwa die ästhetischen Gestaltungsmöglichkeiten beim Entwurf einer Felge durch mechanische Randbedingungen unnötig eingeschränkt wären.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Hauptanspruch sowie die Aluminium-Fahrzeugfelge nach dem Patentanspruch 11 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ermöglicht es die mit der vorliegenden Erfindung erstmals für das Herstellen von Aluminium-Fahrzeugfelgen in Betracht gezogene Vakuum-Druckgießtechnologie, dass (für etwa Zug- und Bruchfestigkeit schädliche) Lufteinschlüsse oder andere Verunreinigungen im Gießmaterial, welche etwa typischerweise im Wege traditioneller Druckgussprozesse entstehen, in sehr weitgehender Weise vermieden werden können, so dass insbesondere die nachteilige Sprödigkeit konventionell gegossener Aluminiumfelgen (welche die gestalterischen Möglichkeiten beim Felgendesign erheblich behindern) vermieden werden können; so ermöglicht etwa das erfindungsgemäße Verfahren das Herstellen sehr dünner, gleichwohl belastbarer Streben im Felgenstern.

Vakuum-Druckgießen als Technologie ist zwar als solche bereits seit langem bekannt, wird jedoch üblicherweise, etwa insbesondere bedingt durch den gegenüber traditioneller Gießtechnologie deutlich erhöhten Werkzeug- bzw. Gießformenaufwand, nicht für Fahrzeugfelgen in Betracht bezogen, da diese im Hinblick auf die notwendige Formgebung bereits extreme Anforderungen an Gießwerkzeuge stellen.

Es hat sich jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, dass, unter dem Gesichtspunkt der Serientauglichkeit und vor dem Hintergrund der gerade für Fahrzeugfelgen deutlichen Vorteile in den mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäß gegossenen Materials für den Felgenstern, ein erhöhter Werkzeugaufwand mehr als aufgewogen wird.

So hat sich nämlich im Rahmen der Erfindung herausgestellt, dass insbesondere auch eine Schmiedebehandlung einer erfindungsgemäß hergestellten Aluminium-Fahrzeugfelge keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften mit sich bringt, so dass, bei gegebenem Aufwand für die Realisierung des vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahrens, als unmittelbares Verfahrensergebnis bereits eine in ihren Eigenschaften höchst vorteilhafte Fahrzeugfelge vorliegt.

Dabei ist es zwar zunächst bevorzugt, die aus Felgenstern und Felgenbett bestehende Fahrzeugfelge einstückig mittels des erfindungsgemäßen Vakuum-Druckgießverfahrens zu realisieren, unter dem Gesichtspunkt einer Reduzierung des für die Herstellung der Gießformen (Werkzeuge) erforderlichen Aufwandes hat es sich jedoch weiterbildungsgemäß auch als vorteilhaft herausgestellt, den Felgenstern als solchen, ggf. zusammen mit einem daran ansitzenden Teil des Felgenbettes, einstückig in erfindungsgemäßer Weise zu gießen und dann weitere Komponenten der Aluminiumfelge in ansonsten bekannter Weise mittels Schraubverbindungen anzukoppeln (wobei die weiteren Komponenten, also insbesondere ein ganzes oder teilweises Felgenbett, dann selbst wiederum erfindungsgemäß durch den Vakuum-Druckgießprozess oder aber durch andere Herstellungsverfahren hergestellt sein können).

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt darin, das erfindungsgemäße Vakuum-Druckgießen so durchzuführen, dass vor einem Einbringen des flüssigen Metalls in die Gießform zunächst (unter Vakuum bzw. Unterdruck; als "Vakumm" im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen solche Unterdruckbedingungen verstanden werden, welche zur Vakuum-Druckgießverarbeitung von Aluminium üblich sind) das flüssige Metall unter Vakuum in eine sog. Dosier- bzw. Füllkammer eingebracht wird und dann in einem nachfolgenden Schritt, etwa durch Betätigung eines Gießkolbens od.dgl. Auslassmittels, das flüssige Metall, üblicherweise nach wie vor unter Vakuumbedingungen, in die eigentliche Gießform eingebracht wird.

Eine derartige Metalldosierung unter Vakuum, welche etwa unter der Kennzeichnung VACURAL von der Firma Müller Weingarten angeboten wird, bewirkt eine deutlich längere Einwirkzeit des Vakuums auf die Form, damit verbunden sind niedrigerer absoluter Druck in Form und Füll- bzw. Dosierkammer und (weitere) Minimierung von Verwirbelungen und Gaseinschlüssen beim Dosiervorgang, so dass die resultierende Materialqualität weiter verbessert wird.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung und bedingt durch den erfindungsgemäß erreichten, geringen Anteil an Gaseinschlüssen in den gegossenen Felgenteilen ist es vorgesehen, nach dem Vakuumgießen eine Wärmebehandlung auf die gegossenen Teile auszuüben. Insbesondere wird dabei etwa ein Felgenstern eine vorbestimmte Zeitdauer (typischerweise länger als eine Stunde, Idealerweise ca. drei Stunden) auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 400°C erwärmt. Dies bewirkt, neben weiter verbesserter statischer und dynamischer Stabilität, auch deutlich erhöhte Dehnbarkeit des gegossenen Materials, mithin also noch weiter verbesserte Eigenschaften für den Einsatz als Fahrzeugfelge.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung schließt nicht aus, dass erfindungsgemäß gegossene Felgen oder Teile von diesen nach dem Gießen mechanisch nachbearbeitet werden; insbesondere unter einem Gesichtspunkt der Vereinfachung eines Gießwerkzeugs, etwa für das Felgenbett, ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, Oberflächenkonturen des Felgenbetts in das Gießprodukt durch mechanische Bearbeitungsschritte wie etwa Aus- oder Abdrehen einzubringen, statt diese Konturen durch das Gießwerkzeug unmittelbar vorzugeben.

Im Ergebnis entsteht durch die Anwendung des zunächst nicht naheliegenden Vakuum-Druckgießprozesses, insbesondere mittels vorgeschalteter Vakuum-Dosierschritte, ein Gussprodukt, welches sich überraschend gut für den Einsatzzweck als Fahrzeugfelge eignet, nicht zuletzt als die großserientaugliche Gießtechnologie vorteilhaft mit überragenden und gerade für den Fahrzeugeinsatz sehr günstigen mechanischen Festigkeit- bzw. Stabilitäts- bzw. Dehnbarkeitseigenschaften kombiniert werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren; diese zeigen in.
1: eine aus Felgenbett und Felgenstern bestehende Fahrzeugfelge in der seitlichen Perspektivansicht;
2, 3: Felgenstern bzw. Felgenbett als separat mittels der Erfindung durch Vakuum-Druckgießen hergestellte Felgenbestandteile, die zu der Felge in 1 durch Verschrauben montiert werden;
4: ein Felgenstern als Variante zur Ausführungsform gemäß 2 mit einstückig ansitzendem Felgenbettabschnitt als Ergebnis eines erfindungsgemäßen Gießprozesses;
5: ein Felgenbettabschnitt als Gegenstück zur Kombination der 4, welches durch Verschrauben eine vollständige Anordnung gemäß 1 ermöglicht, und
6: eine schematische Schnittansicht durch eine Vakuum-Druckgießvorrichtung, mit welcher die Felgenbestandteile der 2 bis 5 herstellbar sind.
Während, wie in den 1 bis 5 gezeigt, es aus Gründen vereinfachter Gießform- bzw. Werkzeugherstellung und Anpassung an verschiedene Reifenbreiten, Felgendurchmesser usw. sinnvoll sein kann, eine gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Felge mehrstückig zu realisieren, ist es insbesondere auch von der Erfindung umfasst, (in nicht näher gezeigter Weise) die Felge einstückig zu realisieren.
Zu diesem Zweck wird, wie aus der Schnittansicht der 6 deutlich wird, mit einer elektrisch beheizten Ofeneinheit 1 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als geeignetes Metall geschmolzen und mittels eines Vakuum-Saugrohres 2 (das Vakuum wird über eine Vakuumleitung 9 von einer nicht gezeigten Vakuumeinheit erzeugt) in eine Gießkammer 4 gebracht, welche die Dosierung des flüssigen Metalls ermöglicht. Genauer gesagt, ist endseitig der Gießkammer 4 ein Gießkolben 3 beweglich geführt, welcher durch Betätigung das flüssige Metall in eine aus einer ersten, festen Formhälfte 6 und einer zweiten, beweglichen Formhälfte 8 bestehende Gießform bringt, welche der Form des herzustellenden Felgenteils (bzw. der Gesamtfelge) entspricht; wie sich aus der 6 ergibt, steht mittels der Vakuumleitung 9 auch die aus den Formhälften 6, 8 bestehende Form unter Vakuum.
Das Bezugszeichen 7 verdeutlicht eine mit der Formhälfte 8 verbundene bewegliche Platteneinheit zum Öffnen bzw. Entformen.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Herstellung von Aluminium-Fahrzeugfelgen durch eine solche Vorrichtung zu den besonders günstigen mechanischen Eigenschaften des Gießproduktes führt; weiter verbessert werden diese Eigenschaften, wenn eine so hergestellte Felge oder ein Felgenteil (insbesondere ein Felgenstern) nach dem Entformen und Abkühlen einer nachträglichen Wärmebehandlung durch erneutes Erwärmen auf eine Temperatur von ca. 300°C bei drei Stunden Einwirkzeit ausgesetzt wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer ein Felgenbett (10) sowie einen Felgenstern (20) aufweisenden Fahrzeugfelge, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Felgenstern mittels eines Vakuum-Druckgießprozesses von flüssigem Aluminium oder einer flüssigen Aluminiumlegierung in eine der Form des Felgensterns ausbildenden Gussform hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett zusammen mit dem Felgenstern als einstückige Fahrzeugfelge mittels des Vakuum-Druckgießprozesses hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett separat vom Felgenstern mittels des Vakuum-Druckgießprozesses oder durch einen vakuumlosen Druckgießprozess des flüssigen Aluminiums oder der flüssigen Aluminiumlegierung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Druckgießprozesses das Felgenbett und der Felgenstern durch Verschrauben miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Felgenstern zusammen mit einem einstückig umfangsseitig ansitzenden ersten Abschnitt des Felgenbetts, insbesondere einer Felgenbetthälfte, mittels des Vakuum-Druckgießprozesses hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Druckgießprozess der erste Abschnitt des Felgenbetts mit einem als separates Teil vorlie genden zweiten Abschnitt des Felgenbetts zum Felgenbett durch Verschrauben verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuum-Druckgießprozess die Schritte aufweist: – Einbringen des flüssigen Aluminiums oder der flüssigen Aluminiumlegierung in eine der Gussform vorgeschaltete Dosier- und/oder Füllkammer unter Vakuum- und/oder Unterdruck und – Ausbringen eines Inhalts der Dosier- und/oder Füllkammer in die Gussform, insbesondere unter Vakuum- und/oder Unterdruck.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Wärmebehandlung des Felgensterns nach dem Vakuum-Druckgießprozess.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung das Erwärmen zumindest des Felgensterns auf eine Temperatur > 200°C über eine Zeitdauer > eine Stunde, insbesondere > drei Stunden, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine mechanische Nachbearbeitung, insbesondere ein bevorzugt abschnittsweises Aus- und/oder Abdrehen, des Felgenbetts.
Aluminiumfahrzeugfelge, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.