DE102018220305A1 - Alloy wheel with milled ventilation slots and manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Leichtmetallrad (100) mit einem einstückig gegossenen Radkörper (110), der eine Radfelge (120) und eine kreisförmige Radscheibe (130) mit einer zentralen Radnabe (140) aufweist. Erfindungsgemäß ist die Radscheibe (130) als Vollscheibe ausgebildet und weist mehrere eingefräste Ventilationsschlitze (150) auf, die sich schräg von der Außenseite zur Innenseite erstrecken und einen Ventilationseffekt von der Innenseite zur Außenseite bewirken. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für dieses Fahrzeugrad (100).The invention relates to a light metal wheel (100) with an integrally cast wheel body (110), which has a wheel rim (120) and a circular wheel disc (130) with a central wheel hub (140). According to the invention, the wheel disc (130) is designed as a solid disc and has a plurality of milled ventilation slots (150) which extend obliquely from the outside to the inside and produce a ventilation effect from the inside to the outside. The invention further relates to a manufacturing method for this vehicle wheel (100).
Description
Die Erfindung betrifft ein aus Leichtmetall gefertigtes Fahrzeugrad gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren für dieses Fahrzeugrad.The invention relates to a vehicle wheel made of light metal according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for this vehicle wheel.
Ein Leichtmetallrad im Sinne der Erfindung ist ein aus Leichmetall, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, gefertigtes Fahrzeugrad für einen Kraftwagen (insbesondere Personenkraftwagen oder leichtes Nutzfahrzeug) ohne den Autoreifen. Ein Leichtmetallrad betreffender Art weist eine ringförmige Felge, auf die der Autoreifen aufgezogen wird, und eine kreisförmige Radscheibe mit einer zentralen Radnabe auf. Ein solches Leichtmetallrad kann einteilig (im Sinne von einstückig) durch Gießen hergestellt werden, wie in der
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtmetallrad anzugeben, das eine verbesserte Kühlung der Radbremse ermöglicht und das einfach herstellbar ist.The invention has for its object to provide a light alloy wheel that enables improved cooling of the wheel brake and that is easy to manufacture.
Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Leichtmetallrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße Leichtmetallrad. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.The object is achieved by the light metal wheel according to the invention with the features of patent claim 1. With the subordinate patent claim, the invention also extends to a manufacturing method for the light metal wheel according to the invention. Preferred developments and refinements of the invention result analogously for both subject matter of the invention from the dependent patent claims, the following description of the invention and the drawing.
Das erfindungsgemäße Leichtmetallrad hat einen einstückig, d. h. am Stück gegossenen Grund- bzw. Radkörper, der eine Radfelge und eine kreisförmige Radscheibe mit einer zentralen Radnabe aufweist. Erfindungsgemäß ist die Radscheibe als Vollscheibe ausgebildet und weist mehrere gefräste bzw. eingefräste Ventilationsschlitze auf, die sich (durch die Radscheibe hindurch) schräg von der Außenseite zur Innenseite erstrecken und (bei drehendem Fahrzeugrad) einen Ventilationseffekt von der Innenseite zur Außenseite bewirken.The light alloy wheel according to the invention has a one-piece, d. H. cast base or wheel body in one piece, which has a wheel rim and a circular wheel disc with a central wheel hub. According to the invention, the wheel disc is designed as a solid disc and has a plurality of milled or milled ventilation slots which extend obliquely (through the wheel disc) from the outside to the inside and (with the vehicle wheel rotating) bring about a ventilation effect from the inside to the outside.
Mit dem Begriff „Vollscheibe“ ist gemeint, dass die Radscheibe zumindest auf der Außenseite des Radkörpers als vollflächige Kreisscheibe ausgebildet ist und eine im Wesentlichen, d. h. bis auf die Ventilationsschlitze, geschlossene, insbesondere im Wesentlichen ebene, Deckfläche bildet. Die Außenseite ist die bei montiertem Rad dem Betrachter zugewandte Seite. Die abgewandte Seite ist die Innenseite, an der sich typischerweise auch die Radbremse befindet.The term “solid disk” means that the wheel disk is designed as a full-surface circular disk at least on the outside of the wheel body and an essentially, ie. H. apart from the ventilation slots, it forms a closed, in particular essentially flat, top surface. The outside is the side facing the viewer when the wheel is mounted. The opposite side is the inside, on which the wheel brake is typically also located.
Mit dem Begriff „Ventilationsschlitz“ ist eine länglich schmale Öffnung gemeint, insbesondere in Gestalt eines Langlochs, das vorzugsweise entlang seiner Längsrichtung mit konstanter Breite, z. B. 5 mm bis 15 mm, ausgebildet ist. Mit dem Begriff „schräg“ ist gemeint, dass die Bohrungs- bzw. Arbeitsachse der Öffnung bzw. des Langlochs geneigt ist (z. B. zwischen 110° und 130°), sodass die Innenflächen entlang der Längsseiten des Langloches bzw. Schlitzes schräg bzw. schief zur Außenseite und Innenseite der Vollscheibe und somit letztlich auch schräg bzw. schief zur Drehachse des Rads ausgebildet sind. Da solche schrägen Ventilationsschlitze aufgrund der Hinterschneidungen beim Gießen des Radkörpers nicht oder nur sehr aufwendig ausgebildet werden können, ist erfindungsgemäß eine spanende Erzeugung mittels Fräsen vorgesehen, wobei die Radscheibe an den vorgesehenen Stellen quasi durchgefräst wird, um durchgängige Öffnungen zu erzeugen.The term “ventilation slot” means an elongated, narrow opening, in particular in the form of an elongated hole, which preferably has a constant width, for example, along its longitudinal direction. B. 5 mm to 15 mm, is formed. The term "oblique" means that the bore or working axis of the opening or the elongated hole is inclined (e.g. between 110 ° and 130 °) so that the inner surfaces along the long sides of the elongated hole or slot are oblique or are formed obliquely to the outside and inside of the solid disc and thus ultimately also obliquely or obliquely to the axis of rotation of the wheel. Since such oblique ventilation slots cannot be formed, or can only be formed in a very complex manner, due to the undercuts when casting the wheel body, machining by means of milling is provided according to the invention, the wheel disk being milled through at the provided locations to produce through openings.
Die schrägen Ventilationsschlitze sind so beschaffen, dass bei drehendem Fahrzeugrad (ohne zusätzliche Bauteile) ein Ventilationseffekt von innen nach außen eintritt. Die Radscheibe mit den darin ausgebildeten Ventilationsschlitzen fungiert somit quasi als Abluft- bzw. Entlüftungsventilator, der auf der Innenseite Luft ansaugt und auf der Außenseite an die Umgebung abgibt. Dieser Ventilationseffekt wird durch die schrägen Innenflächen der Ventilationsschlitze bewirkt, wobei sich die Innenkanten (an der Innenseite) in Drehrichtung des Rads vor den entsprechenden Außenkanten (an der Außenseite) befinden, also voreilen. Im Vergleich zu einer undefinierten Verwirbelung an Speichen kann mit der Erfindung eine wesentlich bessere Kühlung der Radbremse bei gleichzeitiger Verbesserung der Aerodynamik an der Außenseite erreicht werden. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Hinterachsräder, da die Bremsen an der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs im Vergleich zu den Bremsen an der Vorderachse weniger einem kühlenden Fahrtwind ausgesetzt sind.The slanted ventilation slots are designed so that when the vehicle wheel is rotating (without additional components) there is a ventilation effect from the inside out. The wheel disc with the ventilation slots formed therein thus functions as a kind of exhaust air or ventilation fan, which draws in air on the inside and releases it to the outside on the outside. This ventilation effect is brought about by the sloping inner surfaces of the ventilation slots, the inner edges (on the inside) being in the direction of rotation of the wheel in front of the corresponding outer edges (on the outside), ie leading. In comparison to an undefined swirling of spokes, the invention enables a much better cooling of the wheel brake with simultaneous improvement of the aerodynamics on the outside. The invention is particularly suitable for rear axle wheels, since the brakes on the rear axle of a motor vehicle are less exposed to a cooling airstream compared to the brakes on the front axle.
Das erfindungsgemäße Leichtmetallrad kann bis zu 20 Ventilationsschlitze und mehr aufweisen, die gleichmäßig verteilt oder gruppiert angeordnet sein können. Bei einer gruppierten Anordnung können zwischen den Ventilationsschlitzen lamellenartige Stege ausgebildet sein. The light alloy wheel according to the invention can have up to 20 ventilation slots and more, which can be evenly distributed or grouped. In a grouped arrangement, lamellar webs can be formed between the ventilation slots.
Bevorzugt verlaufen die Ventilationsschlitze in radialer Richtung oder zumindest annähernd (bspw. in einem Bereich von +/- 6°) in radialer Richtung. Die Ventilationsschlitze können mit gleicher (radialer) Länge oder auch mit unterschiedlichen (radialen) Längen ausgebildet sein.The ventilation slots preferably run in the radial direction or at least approximately (for example in a range of +/- 6 °) in the radial direction. The ventilation slots can be formed with the same (radial) length or also with different (radial) lengths.
An der Innenseite der Radscheibe und somit von außen nicht sichtbar können mehrere Speichen, welche die Radnabe und die Radfelge verbinden, ausgebildet sein. Bevorzugt ist zwischen diesen Speichen jeweils eine Gruppe von mehreren Ventilationsschlitzen angeordnet.Several spokes which connect the wheel hub and the wheel rim can be formed on the inside of the wheel disc and thus not visible from the outside. A group of several ventilation slots is preferably arranged between these spokes.
Die Außenkanten (s. o.) und/oder die Innenkanten (s. o.) der Ventilationsschlitze sind bevorzugt mit Verrundungsradien ausgebildet, um Kantenkorrosion zu verhindern. Die verrundeten Kanten sind bevorzugt gegossen, d. h., die Verrundungsradien werden bereits beim Gießen des Radkörpers mit ausgeformt. An den Innenkanten kann auch ein gewöhnliches Entgraten nach dem Fräsen ausreichend sein.The outer edges (see above) and / or the inner edges (see above) of the ventilation slots are preferably designed with rounded radii in order to prevent edge corrosion. The rounded edges are preferably cast, i. that is, the rounding radii are already formed when the wheel body is cast. Ordinary deburring after milling may also be sufficient on the inner edges.
Die Ventilationsschlitzöffnungen an der Außenseite und die Ventilationsschlitzöffnungen der Innenseite können aufgrund der schrägen bzw. schiefen Ausbildung der Ventilationsschlitze so zueinander versetzt sein, dass die Radscheibe in der Vorderansicht (dies entspricht der senkrechten Draufsicht auf die Außenseite, wenn das Rad am Kraftfahrzeug montiert ist) als geschlossene Radscheibe bzw. mit geschlossener Deckfläche erscheint. D. h., die Ventilationsschlitze sind nur in einer schrägen Blickrichtung erkennbar.The ventilation slot openings on the outside and the ventilation slot openings on the inside can be offset from one another due to the inclined or oblique design of the ventilation slots, so that the wheel disc in the front view (this corresponds to the vertical top view of the outside when the wheel is mounted on the motor vehicle) as a closed wheel disc or with a closed top surface appears. This means that the ventilation slots can only be seen in an oblique viewing direction.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- - Gießen, insbesondere im Vakuumdruckgussverfahren, eines einstückigen Rad(grund)körpers aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung;
- - Fräsen bzw. Einfräsen der schräg ausgerichteten bzw. sich schräg durch die Radscheibe erstreckenden Ventilationsschlitze in den Radkörper bzw. in dessen Radscheibe, insbesondere mit einer 5-Achsen-CNC-Fräsmaschine.
- - Casting, in particular in the vacuum pressure casting process, of a one-piece wheel (basic) body made of light metal, in particular of an aluminum or magnesium alloy;
- - Milling or milling of the obliquely aligned or obliquely extending ventilation slots in the wheel body or in the wheel disc, in particular with a 5-axis CNC milling machine.
Beim Gießen des Radkörpers sollten Fehlstellen (wie z. B. Porositäten, Lunker etc.) im Bereich der Radscheibe, insbesondere im Bereich der Ventilationsschlitze, vermieden werden, da solche Fehlstellen beim Fräsen bzw. Einfräsen der Ventilationsschlitze freigelegt würden. Dies kann erreicht werden, indem die Radscheibe zumindest im Bereich der Ventilationsschlitze möglichst dünnwandig ausgebildet ist/wird (große Wanddicken führen zu Porositäten, Lunker und dergleichen). Die Wanddicke bzw. -stärke sollte aber mindestens so groß sein, dass im Gießprozess die Schmelze nicht vorzeitig erstarrt. Bevorzugt weist die Radscheibe zumindest im Bereich der Ventilationsschlitze eine Wanddicke bzw. -stärke von nur 4 mm bis 6 mm, insbesondere von nur ca. 5 mm, auf.When casting the wheel body, imperfections (such as porosities, cavities, etc.) in the area of the wheel disc, in particular in the area of the ventilation slots, should be avoided, since such imperfections would be exposed when milling or milling the ventilation slots. This can be achieved by making the wheel disc as thin-walled as possible, at least in the area of the ventilation slots (large wall thicknesses lead to porosities, cavities and the like). The wall thickness or thickness should, however, be at least so large that the melt does not solidify prematurely in the casting process. The wheel disk preferably has a wall thickness or thickness of only 4 mm to 6 mm, in particular of only about 5 mm, at least in the area of the ventilation slots.
Bevorzugt werden beim Gießen des Radkörpers an den Frässtellen (d. h. an den Stellen, an denen später die Ventilationsschlitze eingefräst werden) Vertiefungen vorgegossen, die beim Fräsen der Ventilationsschlitze ein sicheres Aufsetzen des Fräswerkzeugs (mit schräger bzw. schiefer Arbeitsachse) ermöglichen. Beim Gießen werden quasi Anlegegeometrien für das Fräswerkzeug mit gegossen, die dann beim Fräsen bzw. Einfräsen einen optimalen Fräswerkzeugeingriff ermöglichen und insbesondere ein Abrutschen oder Verbiegen des Fräswerkzeugs verhindern. Beim Gießen des Radkörpers können auch bereits Verrundungsradien für die Außen- und/oder Innenkanten der Ventilationsschlitze mit gegossen bzw. an den Radkörper angegossen werden (s. o.).When casting the wheel body, recesses are preferably pre-cast at the milling points (i.e. at the points where the ventilation slots will later be milled in), which allow the milling tool to be securely attached (with an inclined or inclined working axis) when milling the ventilation slots. When casting, quasi contact geometries for the milling tool are also cast, which then enable optimum milling tool engagement during milling or milling and in particular prevent the milling tool from slipping or bending. When casting the wheel body, rounding radii for the outer and / or inner edges of the ventilation slots can also be cast or cast onto the wheel body (see above).
Der Radkörper kann nach dem Gießen bzw. nach seinem Guss und vor dem Fräsen bzw. Einfräsen der Ventilationsschlitze noch mechanisch bearbeitet (z. B. entgratet und/oder rundgedreht) und/oder wärmebehandelt werden. Ferner kann die Radfelge, insbesondere das Felgenbett, Flow-geformt werden. Beim Flow-Formen wird die Radfelge, insbesondere das Felgenbett, bei hoher Drehzahl und unter hohem Druck in seine endgültige Form ausgewalzt. Nach dem Fräsen kann außerdem ein Lackiervorgang des befrästen Radkörpers erfolgen, wobei zumindest teilweise eine Lackierung auf den Radkörper aufgebracht wird.After the casting or after its casting and before milling or milling the ventilation slots, the wheel body can still be mechanically processed (e.g. deburred and / or turned) and / or heat-treated. Furthermore, the wheel rim, in particular the rim base, can be flow-shaped. In flow forming, the wheel rim, in particular the rim base, is rolled into its final shape at high speed and under high pressure. After milling, the milling of the milled wheel body can also take place, at least some of which is applied to the wheel body.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
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1 zeigt die Außenseite eines erfindungsgemäßen Leichtmetallrads. -
2 . zeigt die Innenseite desselben Leichtmetallrads -
3 zeigt einen Schnitt durch den Radkörper des Leichtmetallrads, gemäß dem in1 angegebenen Schnittverlauf. -
4 veranschaulicht den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Leichtmetallrads.
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1 shows the outside of a light alloy wheel according to the invention. -
2nd . shows the inside of the same alloy wheel -
3rd shows a section through the wheel body of the light alloy wheel, according to the in1 specified cutting course. -
4th illustrates the sequence of a method according to the invention for producing the light alloy wheel.
Das in
Wie in
Wie anhand der
Die Radscheibe
Bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Gießen des Radkörpers
Optional kann der Radkörper
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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