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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Bilden eines Bimetallgussteils.
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Hintergrund
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Aus Magnesium gebildete Komponenten bieten Vorteile wie z. B. ein hohes Festigkeit/Gewicht-Verhältnis im Vergleich zu ähnlich dimensionierten Komponenten, die aus Materialien auf Aluminium- oder Eisenbasis gebildet sind. Es wurden beispielsweise Räder aus Magnesium für spezialisierte Anwendungen wie z. B. Rennfahrzeugräder geschmiedet. Die Verwendung von Magnesiumrädern für Nicht-Spezialfahrzeuge war auf Grund des schlechten Korrosionsverhaltens von Magnesium beschränkt. Es wurden Beschichtungen, die auf die Oberfläche von Magnesiumkomponenten aufgebracht werden, um das Korrosionsverhalten des Magnesiums zu verbessern, wie z. B. Aluminiumdiffusions- oder diffundierte Aluminiumbeschichtungen entwickelt, allerdings macht das Abblättern und Absplittern der aufgebrachten Beschichtungen die Schutzwirkung der Beschichtung zunichte. Das Material, die Bearbeitungsdauer, die Ausrüstung, die Handhabung und der Transport und die damit verbundenen Kosten, die zum Aufbringen von Beschichtungen wie z. B. Aluminiumdiffusions- oder diffundierten Aluminiumbeschichtungen auf Magnesiumkomponenten in einem sekundären Prozess erforderlich sind, sind für die Verwendung von aufgebrachten Beschichtungen zur Korrosionsverbesserung von Magnesiumkomponenten nachteilig.
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Zusammenfassung
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Es ist ein Verfahren zum Bilden eines Gussteils vorgesehen. Das Gussteil besteht aus einer Grenzschicht, einem ersten Teil, der durch einen Formhohlraum und die Grenzschicht definiert ist, und einem zweiten Teil, der durch die Grenzschicht definiert ist. Das Gussteil kann in einem nicht einschränkenden Beispiel als ein Rad ausgebildet werden, das zur Verwendung an einem Fahrzeug einsetzbar ist. Das Verfahren umfasst, dass ein Vorformling an einen Formhohlraum bereitgestellt wird, wobei der Formhohlraum durch eine Gießform definiert ist. Der Vorformling ist aus einem von einem ersten Metall und einem zweiten Metall gebildet und ausgebildet, um eine Grenzoberfläche zu definieren. Es wird ein geschmolzener Teil des anderen von dem ersten Metall und dem zweiten Metall an den Formhohlraum bereitgestellt und er wird in die Form gegossen, sodass der geschmolzene Teil in engen Kontakt mit der Grenzoberfläche des Vorformlings gelangt. Das Verfahren umfasst, dass ein Gussteil gebildet wird, welches eine Grenzschicht an der Grenzoberfläche, einen ersten Teil, der durch den Formhohlraum und die Grenzschicht definiert ist, und einen zweiten Teil, der durch die Grenzschicht definiert ist, umfasst. Die Grenzschicht kann eine metallurgische Bindung umfassen, die zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil gebildet ist. In dem hierin bereitgestellten nicht einschränkenden Beispiel besteht der erste Teil im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und der zweite Teil besteht im Wesentlichen aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung.
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Das Verfahren kann ein Gussteil bereitstellen, das zur Verwendung als ein Rad für ein Fahrzeug einsetzbar und derart ausgebildet ist, dass der erste Teil auf Aluminiumbasis den zweiten Teil auf Magnesiumbasis im Wesentlichen umschließt, um ein Fahrzeugrad mit einem höheren Festigkeit/Gewicht-Verhältnis im Vergleich zu Aluminiumlegierungsrädern und einem verbesserten Korrosionsverhalten im Vergleich zu Magnesiumlegierungsrädern bereitzustellen.
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Die oben stehenden Merkmale und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht einer Form und eines Vorformlings, der einen zweiten Teil eines mit der Form erzeugten Gussteils definiert;
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2 ist eine schematische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht einer Form und eines Vorformlings, der einen ersten Teil eines mit der Form erzeugten Gussteils definiert;
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3 ist eine perspektivische Draufsicht eines mithilfe des Verfahrens von 1 oder 2 gebildeten Gussteils;
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht des Gussteils von 3;
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5 ist eine perspektivische Draufsicht eines mithilfe des Verfahrens von 1 oder 2 gebildeten Rades; und
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rades von 5.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Fig. durchweg gleiche Komponenten bedeuten. Die Elemente sind in den 1–6 nicht maßstabsgetreu oder im verhältnisgetreu gezeigt. Demzufolge sind die speziellen Abmessungen und Anwendungen, die in den hierin präsentierten Zeichnungen vorgesehen sind, nicht als einschränkend zu betrachten.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Gießform 10, welche einen Formhohlraum 16 und einen Eingusstrichter oder eine Eingießöffnung 14 definiert, durch welche/n hindurch eine Metallschmelze 12 während des Gießprozesses an den Formhohlraum 16 bereitgestellt werden kann. Die Form 10 kann eine Dauerform, eine Sandform oder eine andere Form sein, die zum Gießen einer Gusskomponente, wie hierin beschrieben, geeignet ist. Die Form 10 kann ferner zusätzliche Eingießöffnungen, Angussverteiler und Kernstücke umfassen, die je nach Erfordernis ausgebildet und positioniert sind, um die Metallschmelze in ausreichender Menge und mit einem/r geeigneten Fluss, Verteilung und Temperatur an den Formhohlraum 16 bereitzustellen, um ein Gussteil, wie hierin beschrieben, zu erzeugen.
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Es ist ein Verfahren zum Bilden eines Gussteils vorgesehen und es ist in den 1 und 2 gezeigt. In 1 umfasst das Verfahren, dass ein Vorformling oder ein Einsatz 20 an den Formhohlraum 16 bereitgestellt wird. In dem gezeigten nicht einschränkenden Beispiel ist der Formhohlraum 16 allgemein ausgebildet, um ein Rad oder einen Radrohling zu definieren, der zur Verwendung an einem Fahrzeug (siehe 3–4 und 5–6) einsetzbar ist. Der Vorformling 20 ist aus einem ersten Metall gebildet, welches in dem in 1 gezeigten Beispiel Magnesium, eine Magnesiumlegierung oder ein Material einer vorwiegend aus Magnesium bestehenden Zusammensetzung sein kann.
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Der Vorformling 20 ist ausgebildet, um eine Grenzoberfläche 22 zu definieren, und kann als eine von einer Gussteil-, einer Schmiedeteil-, einer Strangpressteil-, einer Pressteil- und einer Schleudergussteilkomponente gebildet sein. Der Vorformling 20 wird derart in dem Formhohlraum 16 positioniert, dass zwischen der Grenzoberfläche 22 und der inneren Fläche des Formhohlraumes 16 ein Durchgang 18 definiert ist. Der Durchgang 18 definiert das Gussteil der Komponente, der durch Gießen des Metalls 12 in den Formhohlraum 16 von 1 hinein erzeugt wird, wobei das Gussteil in 4 als ein erster Teil 53 einer Gusskomponente 50 gezeigt ist, die allgemein als ein Rad oder Radrohling ausgebildet und mithilfe des Gießverfahrens von 1 erzeugt wird. Der Vorformling 20 kann in dem Formhohlraum 16 z. B. mithilfe von Kernstiften 15 oder ähnlichen Positionierungselementen positioniert werden, um den Vorformling 20 in dem Formhohlraum 16 anzuordnen und um zuzulassen, dass die Metallschmelze 12 während des Gießens um den Vorformling 20 herum fließt. Die Kernstifte 15 können in dem Formhohlraum und in engem Kontakt mit Bereichen des Vorformlings 20 angeordnet werden, welche für das Korrosionsverhalten des fertigen Gussteils nicht kritisch oder weniger kritisch sind. Die nicht kritischen oder weniger kritischen Bereiche können Bereiche des Gussteils sein, welche während der Verwendung korrosiven Elementen begrenzt ausgesetzt sind, oder welchen durch eine andere Komponente der Radanordnung Schutz vor korrosiven Elementen verliehen sein kann. Der Vorformling 20 kann in dem Formhohlraum 16 z. B. mithilfe der Kernstifte 15 in engem Kontakt mit einer Nabenfläche, allgemein durch das Teilstück D in 1 definiert, positioniert werden, wobei die Nabenfläche des Gussrades durch eine Radabdeckung oder ein anderes Zierteil geschützt sein kann, wenn sich das Rad in seiner montierten Konfiguration an einem Fahrzeug befindet, Es wäre einzusehen, dass der Formhohlraum 16 mit zusätzlichen Kernstiften oder Positionierungselementen in anderen Bereichen oder in von den in 1 gezeigten verschiedenen Konfigurationen versehen werden kann.
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Der Durchgang 18 zeichnet sich durch einen Spalt zwischen der Grenzoberfläche 22 und der benachbarten Fläche des Formhohlraumes 16 aus, wobei die Breite des Spaltes an verschiedenen Teilstücken desselben in 1 durch die Buchstaben A, B, C, D und E angezeigt ist. Es ist einzusehen, dass die Breite des Spaltes zwischen der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 20 und der Wand des Formhohlraumes 16 allgemein die Dicke des durch das Metall 12 gebildeten Gussteils in 1 und allgemein die Dicke des ersten Teils 53 der in den 3 und 4 gezeigten Gusskomponente 50 definieren wird. Die Ausgestaltung des Durchganges 18 und die Breite des durch den Durchgang 18 definierten Spaltes sind durch die Ausgestaltung der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 20 und die Position des Vorformlings 20 in dem Formhohlraum 16 bestimmt, wobei eine Änderung einer oder beider dieser die Ausgestaltung des Durchganges 18 und die resultierende Dicke des durch die Metallschmelze 12 gebildeten Gussteils ändern wird.
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Ein geschmolzener Teil aus einem anderen oder zweiten Metall 12 wird durch den Eingusstrichter 14 hindurch an den Formhohlraum 16 bereitgestellt und wird in den Formhohlraum 16 gegossen, sodass der geschmolzene Teil des Metalls 12 in den Durchgang 18 hinein und durch denselben hindurch fließt und in engen Kontakt mit der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 20 gelangt. In dem in 1 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel kann das zweite Metall 12 eines von Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Material einer vorwiegend aus Aluminium bestehenden Zusammensetzung sein. Der geschmolzene Teil 12 erstarrt, um den ersten Teil 53 zu definieren, der allgemein einen zweiten Teil 55 einer Gusskomponente 50 umgibt (siehe 3 und 4), wobei der zweite Teil 55 allgemein durch den Vorformling 20 definiert ist und diesen umfasst. Der Vorformling 20 kann funktionell als ein Kühlkörper ausgebildet sein, sodass der Vorformling 20 die durch die Metallschmelze 12 erzeugte Wärme absorbiert und abführt, während das Metall 12 erstarrt, um den ersten Teil 53 und die Grenzschicht 52 zu bilden.
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Das Verfahren umfasst, dass während des Gießprozesses eine Grenzschicht (siehe z. B. 52 in 4) an der Grenzoberfläche 22 gebildet wird. Die Grenzoberfläche 52 kann sich bilden, wenn die Metallschmelze 12 mit der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 20 in Kontakt gelangt, was ein gewisses Schmelzen des Vorformlings 20 an der Grenzfläche 22 bewirken kann. In dem gezeigten Beispiel ist die Schmelztemperatur der Metallschmelze 12, z. B. des Aluminiums oder einer Aluminiumlegierung, ähnlich der Schmelztemperatur des Magnesiums oder der Magnesiumlegierung, das/die den Vorformling 20 umfasst. Die resultierende Grenzschicht 52, welche während des Gießprozesses gebildet wird, kann eine metallurgische Bindung zwischen dem ersten Teil 53 und dem zweiten Teil 55 des Gussteils 50 definieren und kann ferner durch eine an der Grenzschicht 52 gebildete intermetallische Verbindung definiert sein, wobei die intermetallische Verbindung z. B. Magnesium und Aluminium umfasst.
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Der Durchgang 18 kann durch einen Spalt mit konstanter Breite definiert sein, wobei z. B. die Abstände A, B, C, D, E im Wesentlichen gleich sein können, sodass das durch das Metall 12 gebildete Gussteil in jedem Teilstück und über die Fläche des Gussteils 50 hinweg im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweist. Der Spalt kann eine variable Breite aufweisen, wobei z. B. die Abstände oder Spaltbreiten A, B, C, D, E nicht alle gleich sein können, sodass die Dicke des Gussteils über die Fläche des Gussteils 50 hinweg oder von einem Teilstück zu einem anderen Teilstück variabel ist. Die Spaltbreite kann z. B. verändert werden, um einen ersten Teil 53 (siehe 3) mit variabler Dicke auf dem Radgussteil 50 vorzusehen. Es können z. B. dickere Teilstücke aus Aluminium auf gewissen Bereichen des Rades 50 für einen erhöhten Korrosionsschutz vorgesehen sein, oder um einen zusätzlichen Materialvorrat für eine anschließende maschinelle Bearbeitung oder andere Endbearbeitungsbehandlungen vorzusehen. Es kann wünschenswert sein, den Durchgang 18 z. B. derart auszubilden, dass die Spaltbreite C größer ist als die Spaltbreiten B und D, wobei sich die durch die Spaltpreite C definierten Gussteilstücke auf der Radfläche befinden, weiche, wenn das Rad an einem Fahrzeug montiert ist, einer Straßenumgebung ausgesetzt ist, die Steinsplitter, Straßenschmutz, Wasser, Salz und andere Faktoren umfasst, gegenüber denen ein Korrosionsschutz erforderlich ist. Im Vergleich dazu entsprechen die Spaltbreiten B und D Teilstücken des Rades 50, die durch einen Fahrzeugreifen und eine Nabenabdeckung bzw. dekorative Zierkappe im Wesentlichen abgedeckt sein können, sodass diese Teilstücke der Straßenumgebung minimal ausgesetzt sein können. Es kann demgemäß wünschenswert sein, die Spaltbreiten B und D zu minimieren, sodass der Aluminiumteil 53 in diesen Bereichen einen nominalen Korrosionsschutz an den Magnesiumteil 55 des Rades bereitstellt (unter Bezugnahme auf 3), und im Wissen, dass Aluminium dichter ist als Magnesium, den Gewichtsbeitrag des Aluminiumteils des Rades zu minimieren, um das Festigkeit/Gewicht-Verhältnis des Rades 50 zu maximieren. Als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Spaltbreite E größer sein als die Spaltbreite eines oder mehrerer anderen/r Teilstücke/s, um eine erhöhte Dicke von Aluminium an der Felge des Rades für einen zusätzlichen Korrosionsschutz gegen Kerben und Kratzer und Steinschlag auf dem vorstehenden Rand vorzusehen und/oder um zusätzliches Material zur Endbearbeitung der Wulstmontagefläche durch maschinelle Bearbeitung oder andere sekundäre Prozesse vorzusehen.
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Der Formhohlraum 16 und der Durchgang 18 können, wie in 1 gezeigt, ausgebildet sein, sodass eine Metallschmelze 12 in die Form 10 hinein gegossen werden kann, um den Vorformling 20 im Wesentlichen oder vollständig zu umgeben, sodass das Metall 12 die Oberfläche des Vorformlings 20 während des Gießprozesses umschließt. Das erzeugte Gussteil, das in einem nicht einschränkenden Beispiel als Gussteil 50 in den 3 und 4 gezeigt ist, kann sich durch einen ersten Teil 53 auszeichnen, der den zweiten Teil 55 im Wesentlichen umschließt, sodass das Aluminium, welches den ersten Teil 53 umfasst, eine kontinuierliche im Wesentlichen ununterbrochene Korrosionsschutzschicht über dem Magnesium bereitstellt, welches den zweiten Teil 55 umfasst, um auf diese Weise das Magnesium abzudecken oder abzudichten, um die Exposition des zweiten Teils 55 gegenüber korrosiven Faktoren und Umgebungen einzuschränken und dadurch das Korrosionsverhalten des Rades 50 zu verbessern.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Anordnung für einen Gießprozess, um z. B. das in den 3 und 4 gezeigte Gussrad 50 zu erzeugen. 2 zeigt eine Gießform 30, welche einen Formhohlraum 36 und einen Eingusstrichter oder eine Eingießöffnung 34 definiert, durch den/die hindurch eine Metallschmelze 32 während des Gießprozesses an den Formhohlraum 16 bereitgestellt werden kann. Die Form 30 kann eine Dauerform, eine Sandform oder eine andere Form sein, die zum Gießen einer Gusskomponente, wie hierin beschrieben, geeignet ist. Die Form 30 kann ferner zusätzliche Eingießöffnungen und Angussverteiler umfassen, die erforderlich sein können, um die Metallschmelze in ausreichender Menge und mit einem/r geeigneten Fluss, Verteilung und Temperatur bereitzustellen an den Formhohlraum 36, um ein Gussteil, wie hierin beschrieben, zu erzeugen.
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Es ist ein Verfahren zum Bilden eines Gussteils vorgesehen, das ein Bereitstellen eines Vorformlings oder eines Einsatzes 40 an den Formhohlraum 36 umfasst. In dem gezeigten nicht einschränkenden Beispiel ist der Formhohlraum 36 allgemein ausgebildet, um ein Rad oder einen Radrohling zu definieren, das/der zur Verwendung an einem Fahrzeug (siehe 3–4 und 5–6) einsetzbar ist. Der Vorformling 40 ist aus einem ersten Metall gebildet, welches in dem in 2 gezeigten Beispiel Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein Material mit einer vorwiegend aus Aluminium bestehenden Zusammensetzung sein kann.
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Der Vorformling 40 ist ausgebildet, um eine Grenzoberfläche 22 zu definieren, und kann in dem Formhohlraum 36 derart positioniert werden, dass die äußerste Fläche des Vorformlings 40 allgemein mit der inneren Fläche des Formhohlraumes 36 übereinstimmt. Der Vorformling 40 kann ausgebildet sein, um einen Durchgang 38 bereitzustellen, der durch die Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 40 definiert ist. Der Durchgang 38 kann als ein Vorformlinghohlraum, eine Kammer und/oder ein hohler Raum beschrieben werden, der durch den Vorformling 40 definiert ist. Die Form 30 und der Vorformling 40 sind derart ausgebildet, dass die Metallschmelze 32 in den Durchgang 38 gegossen werden kann, sodass der Durchgang 38 und/oder die Grenzoberfläche 22 das Gussteil der Komponente definieren, die durch Gießen des Metalls 32 in den Formhohlraum 36 erzeugt wird. Das Gussteil, das das Metall 32 umfasst, ist in 4 als ein zweiter Teil 55 einer Gusskomponente 50 gezeigt, die allgemein als ein Rad oder Radrohling ausgebildet und mithilfe des Gießverfahrens von 2 erzeugt wird.
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Der Vorformling 40 zeichnet sich durch eine Breite oder Dicke aus, die durch die Grenzoberfläche 22 und die äußerste Fläche des Vorformlings 40 definiert ist, die ausgebildet sein kann, um mit der inneren Fläche des Formhohlraumes 36 allgemein übereinzustimmen, wobei die Breite oder Dicke des Vorformlings 40 an verschiedenen Teilstücken desselben in 2 durch die Buchstaben A, B, C, D und E angezeigt ist. Es ist einzusehen, dass die Dicke des Vorformlings 40 zwischen der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 40 und der äußersten Fläche des Vorformlings 40 allgemein die Dicke des ersten Teils 53 der in den 3 und 4 gezeigten Komponente 50 definieren wird. Die Ausgestaltung des Durchganges 38 und die durch den Vorformling 40 definierte Teilstückdicke sind durch die Ausgestaltung der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 40 und die Ausgestaltung der äußersten Fläche des Vorformlings 40 bestimmt, welche allgemein mit der inneren Fläche des Formhohlraumes 36 übereinstimmen kann.
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Es wird ein geschmolzener Teil aus einem anderen oder zweiten Metall 32 durch den Eingusstrichter 34 hindurch an den Formhohlraum 36 bereitgestellt und er wird in den Formhohlraum 36 hinein gegossen, sodass der geschmolzene Teil aus Metall 32 in den Durchgang 38 hinein und durch denselben hindurch fließt und in engen Kontakt mit der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 40 gelangt. In dem in 2 gezeigten, nicht einschränkenden Beispiel kann das zweite Metall 32 eines von Magnesium, einer Magnesiumlegierung oder einem Material mit einer vorwiegend aus Magnesium bestehenden Zusammensetzung sein. Der geschmolzene Teil 32 erstarrt, um einen zweiten Teil 55 zu definieren, der allgemein von einem ersten Teil 53 einer Gusskomponente 50 (siehe 3 und 4) umgeben ist, wobei der erste Teil 53 allgemein durch den Vorformling 40 definiert ist und diesen umfasst.
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Das Verfahren umfasst, dass während des Gießprozesses eine Grenzschicht (siehe z. B. 52 in 4) an der Grenzoberfläche 22 gebildet wird. Die Grenzschicht 52 kann sich bilden, wenn die Metallschmelze 32 mit der Grenzoberfläche 22 des Vorformlings 40 in Kontakt gelangt, was ein gewisses Schmelzen des Vorformlings 40 an der Grenzfläche 22 bewirken kann. In dem gezeigten Beispiel ist die Schmelztemperatur der Metallschmelze 32, z. B. des Magnesiums oder der Magnesiumlegierung, ähnlich der Schmelztemperatur des/einer den Vorformling 40 umfassenden Aluminiums oder Aluminiumlegierung. Die resultierende Grenzschicht 52, welche während des Gießprozesses gebildet wird, kann eine metallurgische Bindung zwischen dem ersten Teil 53 und dem zweiten Teil 55 der Komponente 50 definieren und kann ferner durch eine an der Grenzschicht 52 gebildete intermetallische Verbindung definiert sein, wobei die intermetallische Verbindung z. B. Magnesium und Aluminium umfasst.
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Der Vorformling 40 kann durch eine konstante Dicke definiert sein, wobei die Breiten oder Dicken A, B, C, D, E z. B. im Wesentlichen gleich sein können, sodass der durch den Vorformling 40 definierte erste Teil 53 in jedem Teilstück über die Fläche des Gusskomponente 50 hinweg im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweist. Der Vorformling 40 kann eine variierende Dicke von Teilstück zu Teilstück aufweisen, wobei die Dicke oder Breiten A, B, C, D, E z. B. nicht alle gleich sein können, sodass die Dicke des Vorformlings 40 und die Dicke des durch den Vorformling 40 definierten ersten Teils 53 über die Fläche des Gussteils 50 hinweg oder von Teilstück zu Teilstück variabel ist. Die Dicke kann verändert werden, um z. B. einen ersten Teil 53 (siehe 3) mit variabler Dicke auf dem Radgussteil 50 vorzusehen. Es können z. B. dickere Teilstücke aus Aluminium auf gewissen Bereichen des Rades 50 für das Korrosionsverhalten vorgesehen sein, oder um ein zusätzliches Material für eine anschließende maschinelle Bearbeitung oder Endbearbeitungsbehandlungen vorzusehen. Die Teilstückdicke E kann z. B. größer sein als die Spaltbreite eines oder mehrerer der anderen Teilstücke, um eine größere Dicke von Aluminium an der Felge des Rades vorzusehen, um überschüssiges Material bereitzustellen, um die Wulst- oder Reifenmontagefläche zu bilden oder fertig zu stellen und/oder für einen zusätzlichen Korrosionsschutz gegen Kerben und Kratzer und Steinschlag auf diesem vorstehenden Rand. Als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann es wünschenswert sein, den Vorformling 40 derart auszubilden, dass die Teilstückdicke C größer ist als die Teilstückdicken B und D, wobei sich die durch die Dicke C definierten Teilstücke des ersten Teils 53 auf der Radfläche befinden, welche, wenn das Rad an einem Fahrzeug montiert ist, einer Straßenumgebung ausgesetzt ist, die Steinsplitter, Straßenschmutz, Wasser, Salz und andere Faktoren umfasst, gegenüber denen ein Korrosionsschutz erforderlich ist. Im Vergleich dazu entsprechen die Teilstückdicken B und D Teilstücken des Rades 50, die durch einen Fahrzeugreifen und eine Nabenabdeckung bzw. dekorative Zierkappe im Wesentlichen abgedeckt sein können, sodass diese Teilstücke der Straßenumgebung minimal ausgesetzt sein können. Es kann demgemäß wünschenswert sein, die Teilstückdicken B und D zu minimieren, sodass der Aluminiumteil 53 in diesen Bereichen einen nominalen Korrosionsschutz an den Magnesiumteil 55 des Rades bereitstellt (unter Bezugnahme auf 3), und im Wissen, dass Aluminium dichter ist als Magnesium, den Gewichtsbeitrag des Aluminiumteils des Rades zu minimieren, um das Festigkeit/Gewicht-Verhältnis des Rades 50 zu maximieren. Die Teilstückdicke B kann z. B. derart ausgebildet sein, dass sie minimiert ist, sodass während des Gießprozesses die Metallschmelze 32 eine hinreichende Wärmeübertragung an das Teilstück B bereitstellt, sodass das Teilstück B zumindest teilweise geschmolzen wird und das Metall 32 mit dem Metall des Vorformlings 40 im Wesentlichen diffundiert, um eine intermetallische Verbindung in dem Bereich des Teilstückes B an der Oberfläche des Gussteils 50 zu bilden, das durch das in 2 gezeigte Gießverfahren erzeugt wird.
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Der Formhohlraum 36 und der Vorformling 40 können ausgebildet sein, wie in 2 gezeigt, sodass der Vorformling 40 den gegossenen zweiten Teil 55 im Wesentlichen umschließt. Mit dem „im Wesentlichen” Umschließen des zweiten Teils 55 kann der Vorformling 40 alles abgesehen von einem unwesentlichen Bereich der Oberfläche des zweiten Teils 55 umschließen. Die Form 30, der Formhohlraum 36 und der Vorformling 40 können derart ausgebildet sein, dass der nicht umschlossene Bereich allgemein in einem Teilstück des Rades 50 angeordnet ist, für welches ein Schutz vor korrosiven Elementen durch eine andere Komponente, z. B. eine Naben- oder Radabdeckung oder ein dekoratives Zierteil bereitgestellt sein kann, oder welcher in einem Bereich des Rades 50 angeordnet ist, welcher Straßenschadstoffen wie z. B. Salz und Wasser, Steinschlag oder andere Umgebungsfaktoren begrenzt ausgesetzt ist, gegenüber denen ein Korrosionsschutz erwünscht sein kann. Das Gussteil 50 kann sich durch einen ersten Teil 53 auszeichnen, der den zweiten Teil 55 im Wesentlichen umschließt, sodass das den ersten Teil 53 umfassende Aluminium eine Korrosionsschutzschicht definiert oder bereitstellt, die das den zweiten Teil 55 umfassende Magnesium im Wesentlichen bedeckt, um so die Exposition des den zweiten Teil 55 umfassenden Materials auf Magnesiumbasis gegenüber korrosiven Faktoren und Umgebungen einzuschränken und dadurch das Korrosionsverhalten des Rades 50 zu verbessern.
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Der Vorformling 40 kann als eine von einer Gussteil-, einer Schmiedeteil-, einer Strangpressteil-, einer Pressteil- und einer gedrehten Komponente gebildet sein und kann aus zwei oder mehreren Vorformlingelementen bestehen, die funktionell aneinander angebracht sein können. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Vorformling 40 durch Gießen des Vorformlings 40 in dem Formhohlraum 36 der Form 30 gebildet werden. In dieser Ausgestaltung wird das den Vorformling 40 umfassende Metall, welches Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann, in einem geschmolzenen Zustand an den Formhohlraum 36 bereitgestellt und wird, wie einzusehen wäre, gegossen, um den Vorformling 40 einschließlich des Vorformlingdurchganges 38 zu bilden.
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3 zeigt ein beispielhaftes Gussteil 50, das mithilfe eines Verfahrens erzeugt werden kann, das in 1 oder 2 gezeigt ist. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Gussteils 50 entlang eines in 3 gezeigten Schnitts 4-4 und entspricht allgemein der Querschnittsansicht der in 1 und 2 gezeigten Gießform. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Gussteil 50 allgemein als ein Rad oder ein Radrohling ausgebildet sein, das/der zur Verwendung in einem Fahrzeug einsetzbar ist. Das Rad 50 umfasst einen ersten Teil 53, der aus einem ersten Metall hergestellt ist, einen zweiten Teil 55, der aus einem zweiten Metall hergestellt ist, und eine Grenzschicht 52, die eine metallurgische Bindung zwischen dem ersten Teil 53 und dem zweiten Teil 55 definiert. Der erste Teil 53 kann als die Schale oder der Schalenteil bezeichnet werden, und der zweite Teil 55 kann als der Kern oder Kernteil bezeichnet werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der erste Teil 53 im Wesentlichen Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein Material mit einer vorwiegend aus Aluminium bestehenden Zusammensetzung umfassen, und der zweite Teil 55 kann im Wesentlichen Magnesium, eine Magnesiumlegierung oder ein Material mit einer vorwiegend aus Magnesium bestehenden Zusammensetzung umfassen, um ein Rad 50 zu erzeugen, welches durch ein hohes Festigkeit/Gewicht-Verhältnis definiert sein kann. Die Grenzschicht 52 kann ferner durch eine intermetallische Verbindung definiert sein, die während des Gießprozesses, mit dessen Hilfe das Rad 50 gebildet wird, an der Grenzschicht 52 gebildet wird, wobei die intermetallische Verbindung z. B. Magnesium und Aluminium umfasst.
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In einer ersten Ausgestaltung kann das Rad 50 mithilfe des in 1 gezeigten Gießverfahrens erzeugt werden, wobei der erste Teil 53 durch ein Gussteil, das das Metall 12 umfasst, definiert ist und ferner durch eine Grenzschicht 52 und die äußerste oder äußere Fläche des Rades 50 definiert ist, welche allgemein mit dem Formhohlraum 16 übereinstimmt. In der ersten Ausgestaltung ist der zweite Teil 55 durch den Vorformlingteil 20 und die Grenzschicht 52 definiert. In einer zweiten Ausgestaltung kann das Rad 50 mithilfe des in 2 gezeigten Gießverfahrens erzeugt werden, wobei der erste Teil 53 durch den Vorformlingteil 40 und die Grenzschicht 52 definiert ist und der zweite Teil 55 durch ein Gussteil definiert ist, welcher das Metall 32 umfasst, und durch die Grenzschicht 52 definiert ist, wie zuvor für 2 beschrieben.
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Es ist zu verstehen, dass mehrere Ausgestaltungen eines/r wie hierin beschrieben erzeugten Gussteils oder Gusskomponente möglich sein können. 5 zeigt z. B. ein weiteres Beispiel eines Rades 60, das mithilfe des in 1 oder 2 gezeigten Verfahrens gebildet werden kann. Das Rad 60 umfasst eine Nabenöffnung oder Nabenbohrung 59 und definiert ferner mehrere Öffnungen 57, welche z. B. Speichen des Rades 60 definieren können. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Rades 60 entlang eines in 5 gezeigten Schnitts 6-6, die einen ersten Teil 53 des Rades 60, der allgemein die äußere Fläche oder Schale des Rades 60 definiert und einen zweiten Teil 55 des Rades 60, der allgemein den Kern oder Körperteil des Rades 60 definiert, veranschaulicht. Der erste Teil 53 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Metall und der zweite Teil 55 besteht im Wesentlichen aus einem zweiten Metall. Eine Grenzschicht 52 definiert eine metallurgische Bindung zwischen dem ersten Teil 53 und dem zweiten Teil 55. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der erste Teil 53 im Wesentlichen Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein Material mit einer vorwiegend aus Aluminium bestehenden Zusammensetzung umfassen, und der zweite Teil 55 kann im Wesentlichen Magnesium, eine Magnesiumlegierung oder ein Material mit einer vorwiegend aus Magnesium bestehenden Zusammensetzung umfassen. Die Grenzschicht 52 kann ferner durch eine intermetallische Verbindung definiert sein, die während des Gießprozesses, mit dessen Hilfe das Rad 60 gebildet wird, an der Grenzschicht 52 gebildet wird, wobei die intermetallische Verbindung z. B. Magnesium und Aluminium umfasst.
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In einer ersten Ausgestaltung kann das Rad 60 mithilfe eines Gießverfahrens wie z. B. des in 1 gezeigten Verfahrens erzeugt werden, wobei der erste Teil 53 durch ein Gussteil definiert ist, der ein Metall 12 umfasst. Das den ersten Teil 53 umfassende Gussteil ist während des in 1 gezeigten Herstellungsverfahrens durch eine Vorformling-Grenzoberfläche 22 und den Formhohlraum 16 definiert. Es wäre einzusehen, dass der in 1 gezeigte Formhohlraum 16 z. B. durch Verändern der Ausgestaltung des Formhohlraumes 16 und/oder durch das Hinzufügen von Formelementen oder -merkmalen wie z. B. Formeinsätzen, um Öffnungen 57 und eine Bohrung 59 zu definieren, verändert werden kann, um das in den 5 und 6 gezeigte Rad 60 zu erzeugen. Ferner kann in der ersten Ausgestaltung der Vorformling, der vorgesehen wird und der den zweiten Teil 55 des Rades 60 definiert, gegenüber der in 1 gezeigten Ausgestaltung verändert werden, um z. B. eine veränderte Grenzoberfläche 22 vorzusehen, welche die Öffnungen 57 und die Bohrung 59 des Rades 60 definiert.
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In einer zweiten Ausgestaltung kann das Rad 60 mithilfe des in 2 gezeigte Gießverfahrens erzeugt werden, wobei der erste Teil 53 durch einen Vorformling und die Grenzschicht 52 definiert ist und der zweite Teil 55 durch ein das Metall 32 umfassendes Gussteil definiert ist und ferner durch die Grenzschicht 52 definiert ist, wie zuvor für 2 beschrieben. Es wäre einzusehen, dass der in 2 gezeigte Formhohlraum 36 z. B. durch Verändern der Ausgestaltung des Formhohlraumes 36 und/oder durch das Hinzufügen von Formelementen oder -merkmalen wie z. B. Formeinsätzen, um Öffnungen 57 und eine Bohrung 59 zu definieren, verändert werden kann, um das in den 5 und 6 gezeigte Rad 60 zu erzeugen. Ferner kann in der mithilfe des in 2 gezeigten Verfahrens erzeugten zweiten Ausgestaltung der Vorformling, der vorgesehen wird und der den ersten Teil 53 des Rades 60 definiert, gegenüber der in 2 gezeigten Ausgestaltung verändert werden, um z. B. eine veränderte Durchgangsausgestaltung, die einen oder mehrere Durchgang/Durchgänge umfassen kann, und eine veränderte Grenzoberfläche oder Grenzoberflächen vorzusehen, um die Öffnungen 57 und die Bohrung 59 des Rades 60 zu definieren. Es kann/können auch die Angussverteiler- und/oder die Einlaufsystemausgestaltung der Form 30 verändert werden, um den Fluss und die Verteilung der Metallschmelze an den oder die durch den Vorformling definierten Durchgang/Durchgänge bereitzustellen, um den zweiten Teil 55 einschließlich z. B. der durch die Öffnungen 57 definierten Speichen des Rades 60 zu gießen.
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Das Gussteil und das Herstellungsverfahren, die hierin beschrieben sind, sind unter Verwendung eines Beispiels eines Fahrzeugrades als die Gusskomponente veranschaulicht. Das Beispiel eines Fahrzeugrades, das in den 1–6 gezeigt ist, soll nicht einschränkend sein. Das Gussteil und das Herstellungsverfahren, die hierin beschrieben sind, können ausgebildet sein, um andere Komponenten vorzusehen, bei denen eine Bimetallstruktur vorteilhaft ist, um z. B. ein hohes Festigkeit/Gewicht-Verhältnis oder eine sich von der Kernstruktur unterscheidende Oberflächenstruktur zum Korrosionsschutz oder andere funktionelle, Erscheinungsbild- oder Leistungseigenschaften und -merkmale vorzusehen. Es wäre einzusehen, dass andere Materialkombinationen als Materialien auf Aluminiumbasis und Magnesiumbasis mithilfe der hierin beschriebenen Verfahren möglich sind.
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Es ist ferner zu verstehen, dass eine durch ein Verfahren wie hierin beschrieben erzeugte Gusskomponente durch zusätzliche Verarbeitung und/oder eine sekundäre Behandlung verändert werden kann, um bestimmte Eigenschaften und/oder Merkmale zu verbessern, zu optimieren und/oder zu entwickeln. Nicht einschränkende Beispiele für eine zusätzliche Verarbeitung und/oder sekundäre Behandlungen, die angewendet oder verwendet werden können, um maßlichen, Erscheinungsbild-, Funktions- und/oder Leistungsanforderungen und -spezifikationen nachzukommen, umfassen maschinelles Bearbeiten, Glätten, Polieren, Pressen, Schmieden, Wärmebehandlung, Anodisieren, lokale Oberflächenbehandlung wie Hämmern, Laserbehandlung, Reibungsmischen etc. oder eine Kombination daraus.
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Während die besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute in dem Bereich, auf den sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.
