DE102020100688A1

DE102020100688A1 - Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge aus einer Aluminiumlegierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs sowie entsprechende Kraftwagenfelge

Info

Publication number: DE102020100688A1
Application number: DE102020100688.8A
Authority: DE
Inventors: Jaan Mattes Reiling; Jan Gaugler; Marc Hummel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-07-15
Also published as: WO2021144063A1; US20230013726A1; EP4090783A1; CN115003831A

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge (1) aus einer Alumini-um-Legierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kraftwagenfelge (1) ein auf gegenüberliegenden Seiten von einem Außenhorn (6) und einen Innenhorn (7) begrenztes Felgenbett (2), eine Nabe (4) mit einer Mittenausnehmung (8) und einem Lochkreis (9) sowie eine das Felgenbett (2) und die Nabe (4) miteinander verbindende Felgenmitte (3) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Kraftwagenfelge (1) einstückig und durchgehend in einer Gießform durch Druckgießen eines Gießmaterials hergestellt wird, wobei als Gießmaterial die Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen 6,5 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% Silizium, maximal 0,80 Gew.-% Mangan, 0,25 Gew.-% bis 0,60 Gew.-% Magnesium, 0,08 Gew.-% bis 0,50 Gew.-% Zink, maximal 0,30 Gew.-% Zirkonium, maximal 0,025 Gew.-% Strontium, maximal 0,5 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen sowie als Rest Aluminium verwendet und die Kraftwagenfelge (1) nach dem Druckgie-ßen wärmebehandelt wird, wobei das Wärmebehandeln ein einstufiges oder mehrstufiges Lösungsglühen, ein anschließendes Abschrecken und ein darauffolgendes einstufiges oder mehrstufiges Warmauslagern umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftwagenfelge (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge aus einer Aluminiumlegierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kraftwagenfelge ein auf gegenüberliegenden Seiten von einem Außenhorn und einen Innenhorn begrenztes Felgenbett, eine Nabe mit einer Mittenausnehmung und einem Lochkreis sowie eine das Felgenbett und die Nabe miteinander verbindende, insbesondere im Längsschnitt außermittig an dem Felgenbett angreifende Felgenmitte aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftwagenfelge.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift EP 0 301 472 B1 bekannt. Diese beschreibt ein Herstellverfahren für Leichtmetallguss-Räder für Personenkraftwagen, wobei eine nah-eutektische veredelte AISi-Legierung verwendet wird, die - neben AI - Gewichtsanteile von 9,5 % bis 12,5 % Silizium und Legierungsbestandteile wie maximal 0,2 % Eisen, maximal 0,05 % Mangan, maximal 0,1 % Titan, maximal 0,03 % Kupfer, maximal 0,05 % Zink sowie je höchstens 0,05 % und in der Summe höchstens 0,15 % sonstige Verunreinigungen enthält, und wobei die Räder nach dem Erstarren aus der Gießform entnommen und abgekühlt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Legierung mindestens 0,05 bis höchstens 0,15 % Gewichtsanteile Magnesium enthält und dass die Räder von einer Temperatur - gemessen an deren Oberfläche - von mindestens 380 °C an Innenbereichen beziehungsweise Bereichen mit Massenkonzentrationen, wie Nabe und Schüssel von Rädern, unmittelbar beim Entnehmen aus der Gussform in Wasser abgeschreckt werden.
Weiterhin zeigt die Druckschrift DE 696 01 183 T2 eine Aluminium-Druckgusslegierung für eine Radscheibe, umfassend Si: 0,6 bis 1,0 Gew.-%, Mg: 0,8 bis 1,2 Gew.-%, Cu: 0,1 bis 0,5 Gew.-%, Zn: 0,4 bis 1,2 Gew.-%, Mn: 0,4 bis 1,2 Gew.-%, Ti: 0,01 bis 0,20 Gew.-%, B: 0,002 bis 0,04 Gew.-% und als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Zudem beschreibt die Druckschrift EP 3 176 275 A1 eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils aus der Legierung sowie eine Karosseriekomponente mit einem Druckgussbauteil.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge aus einer Aluminiumlegierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten derartigen Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine besonders rasche und kostengünstige Herstellung der Kraftwagenfelge mit besonders filigranen Strukturen ermöglicht.
Dies wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Kraftwagenfelge einstückig und durchgehend in einer Gießform durch Druckgie-ßen eines Gießmaterials hergestellt wird, wobei als Gießmaterial die Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen 6,5 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% Silizium, maximal 0,80 Gew.-%, insbesondere 0,20 Gew.-% bis 0,80 Gew.-% oder 0,30 Gew.-% bis 0,80 Gew.-%, Mangan, 0,25 Gew.-% bis 0,60 Gew.-%, insbesondere 0,25 Gew.-% bis 0,50 Gew.-%, Magnesium, 0,08 Gew.-% bis 0,50 Gew.-%, insbesondere 0,08 Gew.-% bis 0,35 Gew.-%, Zink, maximal 0,30 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-% bis 0,30 Gew.-%, Zirkonium, maximal 0,025 Gew.-%, insbesondere 0,006 Gew.-% bis 0,025 Gew.-%, Strontium, maximal 0,5 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen sowie als Rest Aluminium verwendet und die Kraftwagenfelge nach dem Druckgießen wärmebehandelt wird, wobei das Wärmebehandeln ein einstufiges oder mehrstufiges Lösungsglühen, ein anschließendes Abschrecken und ein darauf folgendes einstufiges oder mehrstufiges Warmauslagern umfasst.
Die Kraftwagenfelge ist üblicherweise Bestandteil des Rads des Kraftfahrzeugs, wobei an dem Kraftfahrzeug mehrere Räder angeordnet sind, welche jeweils eine solche Kraftwagenfelge aufweisen. Das Kraftfahrzeug liegt in Form eines Kraftwagens vor und verfügt insoweit über mehr als zwei Räder, insbesondere über genau vier Räder. Die Kraftwagenfelge ist explizit für den Einsatz bei einem solchen als Kraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeug vorgesehen und ausgebildet. Die Kraftwagenfelge liegt also nicht als generische Kraftfahrzeugfelge vor, sondern ist für den Einsatz an dem Kraftwagen bestimmt und entsprechend ausgebildet.
Die Kraftwagenfelge weist als wesentliche Bestandteile das Felgenbett, die Felgenmitte und die Nabe auf. Das Felgenbett und die Nabe sind über die Felgenmitte miteinander verbunden, wobei zumindest das Felgenbett, die Felgenmitte und die Nabe einstückig und materialeinheitlich miteinander ausgebildet sind. Das Felgenbett, die Felgenmitte und die Nabe werden hierzu gleichzeitig miteinander ausgebildet, nämlich während eines einzigen Herstellungsschritts. Es ist also nicht vorgesehen, das Felgenbett, die Felgenmitte und die Nabe separat voneinander herzustellen und nachträglich aneinander zu befestigen. Vielmehr erfolgt die Herstellung gemeinsam, nämlich durch das Druckgießen des Gießmaterials in der Gießform.
Die Kraftwagenfelge weist eine Längsmittelachse auf, welche insbesondere einer Längsmittelachse der Nabe entspricht und bevorzugt mit einer späteren Drehachse des Rads zusammenfällt oder zumindest nahezu zusammenfällt. In axialer Richtung bezüglich dieser Längsmittelachse gesehen ist das Felgenbett auf gegenüberliegenden Seiten von dem Außenhorn und dem Innenhorn begrenzt. Das Außenhorn und das Innenhorn liegen insoweit auf gegenüberliegenden Seiten des Felgenbetts vor und schließen einen Reifenaufnahmebereich der Kraftwagenfelge im Längsschnitt bezüglich der Längsmittelachse gesehen zwischen sich ein. Der Reifenaufnahmebereich dient der Aufnahme eines Reifens, der zusammen mit der Kraftwagenfelge das Rad ausbildet. Reifenaufnahmebereich wird in radialer Richtung nach innen von dem Felgenbett und in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten von dem Außenhorn und dem Innenhorn begrenzt.
Besonders bevorzugt ist die gesamte Kraftwagenfelge in axialer Richtung beziehungsweise im Längsschnitt gesehen in einer ersten Richtung von dem Außenhorn und in einer zweiten Richtung von dem Innenhorn begrenzt, sodass das Außenhorn und das Innenhorn eine Gesamterstreckung der Kraftwagenfelge in axialer Richtung, entsprechend einer Breite der Kraftwagenfelge, definieren. Bei einer Montage des Rads an dem Kraftfahrzeug wird das Rad über ein Radlager an einem Radträger drehbar gelagert. Das Außenhorn liegt nach der Montage des Rads an dem Kraftfahrzeug auf einer von dem Radträger abgewandten Seite der Kraftwagenfelge und das Innenhorn auf einer dem Radträger zugewandten Seite der Kraftwagenfelge vor.
Das Außenhorn und das Innenhorn liegen in Form eines von dem Felgenbett ausgehenden Radialvorsprungs vor, der sich von dem Felgenbett in radialer Richtung nach außen erstreckt, wiederum bezogen auf die Längsmittelachse der Kraftwagenfelge. Selbstverständlich sind auch das Außenhorn und das Innenhorn einstückig und materialeinheitlich mit dem Rest der Kraftwagenfelge, insbesondere dem Felgenbett, der Fehlgenmitte und der Nabe ausgebildet. Sie werden insoweit gleichzeitig mit diesen bei dem Druckgießen ausgebildet.
Die Nabe verfügt über die Mittenausnehmung und den Lochkreis. Die Mittenausnehmung ist eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme einer Radnabe des Kraftfahrzeugs, an welcher das Rad bei der Montage an dem Kraftfahrzeug befestigt wird. Die Radnabe ist über das Radlager an dem Radträger drehbar gelagert. Der Lochkreis besteht aus mehreren entlang eines gedachten Kreises angeordneten Bohrungen, die jeweils zur Aufnahme eines Befestigungsmittels dienen, mithilfe dessen die Kraftwagenfelge an der Radnabe befestigt wird. Das Befestigungsmittel liegt beispielsweise in Form einer Schraube, eines Bolzens oder dergleichen vor.
Das Felgenbett und die Nabe sind über die Felgenmitte miteinander verbunden. Die Felgenmitte liegt also in radialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse gesehen zwischen dem Felgenbett und der Nabe vor. Sie erstreckt sich in radialer Richtung gesehen von der Nabe bis hin zu dem Felgenbett. Beispielsweise weist die Felgenmitte mehrere Speichen auf, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind. Die Felgenmitte kann jedoch auch in Umfangsrichtung durchgehend ausgestaltet sein, insbesondere vollständig.
Die Felgenmitte greift in axialer Richtung beziehungsweise im Längsschnitt gesehen beispielsweise außermittig an dem Felgenbett an. Das bedeutet, dass sie abseits eines Mittelpunkts des Felgenbetts in axialer Richtung in dieses übergeht. Bevorzugt greift die Felgenmitte mit einem Abstand von dem Mittelpunkt des Felgenbetts in axialer Richtung an, der bezogen auf eine Gesamterstreckung des Felgenbetts in axialer Richtung mindestens 10 %, mindestens 20 %, mindestens 30 %, mindestens 40 % oder mehr beträgt. Beispielsweise geht die Felgenmitte in axialer Richtung gesehen endseitig des Felgenbetts in dieses über. In diesem Fall mündet die Felgenmitte im Längsschnitt gesehen in Überdeckung mit dem Außenhorn oder dem Innenhorn, bevorzugt ersterem, in das Felgenbett ein. Aufgrund der außermittig an dem Felgenbett angreifenden Felgenmitte wirkt auf die Felgenmitte nach der Montage des Rads an dem Kraftfahrzeug nicht nur eine Kraft in radialer Richtung, sondern zusätzlich ein Biegemoment in axialer Richtung beziehungsweise in einer die Längsmittelachse der Kraftwagenfelge aufnehmenden gedachten Ebene. Hierdurch war es bislang notwendig, die Felgenmitte unter hohem Materialeinsatz entsprechend massiv auszubilden. Alternativ kann die Felgenmitte jedoch auch mittig an dem Felgenbett und/oder der Nabe angreifen.
Im Längsschnitt gesehen weist das Felgenbett in axialer Richtung bevorzugt eine größere Erstreckung auf als die Felgenmitte und die Nabe. Insbesondere ist die axiale Erstreckung des Felgenbetts größer als die axiale Erstreckung der Nabe, welche wiederum größer ist als die axiale Erstreckung der Felgenmitte. Beispielsweise beträgt die axiale Erstreckung der Nabe bezogen auf die axiale Erstreckung des Felgenbetts höchstens 50 %, höchstens 40 %, höchstens 30 %, höchstens 25 % oder höchstens 20 %. Die axiale Erstreckung der Felgenmitte beträgt bezogen auf die axiale Erstreckung des Felgenbetts beispielsweise höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 %, höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Durch die genannten Abmessungen wird eine von dem Felgenbett umgriffene Aufnahme für die Radnabe und/oder eine an dem Rad befestigte Bremsscheibe geschaffen, wobei die Radnabe und/oder die Bremsscheibe nach der Montage des Rads an dem Kraftfahrzeug in dieser Aufnahme vorliegen. Dies ist insbesondere bei dem außermittigen Angreifen der Felgenmitte an dem Felgenbett der Fall.
Die Kraftwagenfelge besteht durchgehend und materialeinheitlich aus dem Gießmaterial, nämlich dem Aluminium oder - bevorzugt - aus der Aluminiumlegierung. Dieses wird durch das Druckgießen verarbeitet. Bei dem Druckgießen kommt die Gießform zum Einsatz, mittels welcher die Kraftwagenfelge und damit zumindest das Felgenbett mitsamt dem Außenhorn und dem Innenhorn die Felgenmitte und die Nabe ausgebildet werden. Auch die Mittenausnehmung, welche im Übrigen auch als Radnabenaufnahme bezeichnet werden kann, wird vorzugsweise zumindest teilweise bei dem Druckgießen ausgebildet.
Das Druckgießen kann beispielsweise bei Normaldruck oder - bevorzugt - als Vakuumdruckgießen erfolgen. Das Vakuumdruckgießen zeichnet sich dadurch aus, dass die Gießform vor und/oder bei dem Einbringen des Gießmaterials in die Gießform zumindest teilweise evakuiert wird. Das bedeutet, dass die Gießform vor und/oder bei dem Einbringen des Gießmaterials mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Unter dem Unterdruck ist hierbei ein Druck zu verstehen, welcher gegenüber einem Einbringungsdruck, bei welchem das Gießmaterial in die Gießform eingebracht wird und/oder einem Umgebungsdruck in einer Außenumgebung der Gießform geringer ist. Beispielsweise beträgt der Unterdruck bezogen auf den Außendruck höchstens 50 %, höchstens 25 %, höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Beispielsweise beträgt der Restdruck zwischen 50 mbar und 200 mbar. Unter dem Restdruck ist der absolute Druck in der Gießform zu verstehen.
Das Evakuieren der Gießform erfolgt beispielsweise mittels einer Unterdruckquelle, welche hierzu mit der Gießform in Strömungsverbindung gesetzt wird. Insbesondere wird die Gießform bereits vor dem Einbringen des Gießmaterials evakuiert. Beispielsweise erfolgt das Einbringen des Gießmaterials bei, insbesondere erst bei, Erreichen eines bestimmten Unterdrucks beziehungsweise Restdrucks in der Gießform. Es kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, die Gießform während des Einbringens des Gießmaterials zu evakuieren, also die Strömungsverbindung zwischen der Unterdruckquelle und der Gießform während des Einbringens des Gießmaterials in die Gießform aufrechtzuerhalten und die Unterdruckquelle zum Evakuieren der Gießform weiter zu betreiben. Hierdurch können besonders filigrane Strukturen der Kraftwagenfelge hergestellt werden.
Beispielsweise ist es vorgesehen, die Gießform zunächst mittels wenigstens einer Dichtung abzudichten, beispielsweise mittels einer Dichtschnur, insbesondere einer Silikondichtschnur. Anschließend wird das Gießmaterial in eine Gießkammer dosiert, die mit der Gießform strömungstechnisch verbunden ist. Hierzu ist die Gießkammer zumindest zeitweise mit einem Tiegel strömungstechnisch verbunden ist, in welchem das geschmolzene Gießmaterial bevorratet ist. Dann wird die Gießform mit dem Unterdruck beaufschlagt und das in der Gießkammer befindliche Gießmaterial in die Gießform hineingedrängt, insbesondere mittels eines druckbeaufschlagten Kolbens. Vorzugsweise besteht gleichzeitig die Strömungsverbindung zwischen der Gießkammer und dem Tiegel, insbesondere weiterhin. Das bedeutet, dass das Evakuieren der Gießkammer auch während des Einbringens des Gießmaterials erfolgt.
Als Gießmaterial wird die Aluminiumlegierung verwendet, welche die Bestandteile 6,5 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% Silizium (Si), maximal 0,80 Gew.-%, insbesondere 0,30 Gew.-% bis 0,80 Gew.-%, Mangan (Mn), 0,25 Gew.-% bis 0,60 Gew.-%, insbesondere 0,25 Gew.-% bis 0,50 Gew.-%, Magnesium (Mg), 0,08 Gew.-% bis 0,50 Gew.-%, insbesondere 0,08 Gew.-% bis 0,35 Gew.-%, Zink (Zn), maximal 0,30 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-% bis 0,30 Gew.-%, Zirkonium (Zr), maximal 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,006 Gew.-% bis 0,025 Gew.-%, Strontium (Sr), maximal 0,5 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen, sowie als Rest Aluminium (AI) aufweist. Besonders bevorzugt enthält die Aluminiumlegierung ausschließlich die genannten Bestandteile, also Silizium, (optional) Mangan, Magnesium, Zink, (optional) Zirkonium, (optional) Strontium, Aluminium und - optional - die unvermeidbaren Verunreinigungen mit einem Anteil von maximal 0,5 Gew.-% oder weniger. Besonders bevorzugt enthält die Aluminiumlegierung Chrom (Cr), nämlich maximal 0,3 Gew.-%. Besonders bevorzugt weisen die unvermeidbaren Verunreinigungen einen Anteil von maximal 0,25 Gew.-%, maximal 0,1 Gew.-% oder maximal 0,05 Gew.-% auf. Unter den Verunreinigungen ist wenigstens ein Element des Periodensystems zu verstehen, das sich ohne gezielte Zugabe in der Legierung befindet. Die Verunreinigungen können selbstverständlich auch mehrere dieser Elemente enthalten.
Eine solche Aluminiumlegierung eignet sich normalerweise besonders gut für Karosseriekomponenten des Kraftfahrzeugs, weil sie eine gute Fließfähigkeit aufweist und somit sehr dünnwandige Strukturen gegossen werden können. Eine solche ist beziehungsweise solche sind jedoch bei Kraftwagenfelgen nicht erforderlich beziehungsweise gewünscht, insbesondere weil diese üblicherweise durch Kokillengießen hergestellt werden. Überraschenderweise wurde nun jedoch festgestellt, dass sich die Aluminiumlegierung auch zur Herstellung der Kraftwagenfelge in besonderem Maße eignet, wobei dies insbesondere dann und vorzugsweise nur dann der Fall ist, falls das Herstellen der Kraftwagenfelge durch das Druckgießen erfolgt.
Durch den Gehalt von mindestens 6,5 Gew.-% Silizium wird eine ausreichende Gießbarkeit der Aluminiumlegierung gewährleistet. Zudem werden Erstarrungsschrumpfungen vermieden. Durch das Beschränken des Anteils des Siliziums auf maximal 12,0 Gew.-% wird das Auftreten von primären Siliziumphasen vermieden. Der Mangangehalt von maximal 0,80 Gew.-% verbessert die Entformbarkeit aus der Gießform, insbesondere bei einem geringen Eisengehalt von höchstens 0,3 Gew.-%. Der Magnesiumgehalt von mindestens 0,25 Gew.-% führt zur Ausbildung von aushärtenden Mg₂Si-Phasen; die Obergrenze von maximal 0,60 Gew.-% Magnesium verhindert eine zu starke Versprödung der Kraftwagenfelge.
Der Zinkanteil der Aluminiumlegierung dient einer Festigkeitssteigerung durch Mischkristallhärtung. Da ein hoher Zinkanteil die Korrosionsneigung der fertigen Kraftwagenfelge erhöht, ist der Anteil an Zink auf maximal 0,5 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,3 Gew.-%, beschränkt. Die optionale Zugabe von Zirkonium dient einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung. Es hat sich gezeigt, dass der optimale Zirkoniumanteil maximal 0,30 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-% bis 0,30 Gew.-%, beträgt. Der optionale Strontiumanteil von maximal 0,025 Gew.-%, insbesondere von 0,006 Gew.-% bis 0,025 Gew.-%, dient einer Veredelung der Aluminiumlegierung.
Nach dem Druckgießen wird die Kraftwagenfelge wärmebehandelt, um besonders gute mechanische Eigenschaften der Kraftwagenfelge zu erzielen. Das Wärmebehandeln umfasst hierbei ein Lösungsglühen, ein sich an das Lösungsglühen anschließendes Abschrecken und ein auf das Abschrecken folgendes Warmauslagern. Das Lösungsglühen kann entweder einstufig oder mehrstufig erfolgen, ebenso das Warmauslagern. Unter einem einstufigen Lösungsglühen beziehungsweise Warmauslagern wird ein thermisches Behandeln verstanden, bei welchem die Kraftwagenfelge ausgehend von einer Ausgangstemperatur auf eine bestimmte Wärmebehandlungstemperatur erwärmt und auf dieser über einen bestimmten Zeitraum gehalten wird. Nachfolgend wird die Kraftwagenfelge von der Wärmebehandlungstemperatur in Richtung der Ausgangstemperatur, insbesondere bis auf die Ausgangstemperatur, abgekühlt und das Lösungsglühen beziehungsweise Warmauslagern ist beendet. Das einstufige Lösungsglühen und das einstufige Warmauslagern werden gegenüber der mehrstufigen Vorgehensweise bevorzugt, weil sie mit einem geringen Herstellungsaufwand der Kraftwagenfelge verbunden sind.
Das mehrstufige Lösungsglühen beziehungsweise Warmauslagern bezeichnet hingegen ein thermisches Behandeln, bei welchem die Kraftwagenfelge ausgehend von der Ausgangstemperatur auf eine erste Wärmebehandlungstemperatur erwärmt und über einen bestimmten ersten Zeitraum auf dieser gehalten wird. Anschließend wird die Kraftwagenfelge auf eine zweite Wärmebehandlungstemperatur erwärmt oder abgekühlt und über einen bestimmten zweiten Zeitraum auf ihr gehalten. Ebenso kann für weitere Wärmebehandlungstemperaturen verfahren werden, sodass allgemein ausgedrückt die Kraftwagenfelge während des mehrstufigen Lösungsglühens beziehungsweise des mehrstufigen Warmauslagerns auf mehrere Wärmebehandlungstemperaturen gebracht und jeweils auf diesen über einen bestimmten Zeitraum gehalten wird, bevor die Kraftwagenfelge wieder in Richtung der Ausgangstemperatur abgekühlt wird, insbesondere bis auf die Ausgangstemperatur. Die mehreren Wärmebehandlungstemperaturen sind hierbei voneinander verschieden und jeweils größer als die Ausgangstemperatur.
In der Regel haben diese mehrstufigen Prozesse Vorteile bei den erzielbaren mechanischen Eigenschaften, vor allem bei den erzielbaren Festigkeiten, der 0,2%-Dehngrenze und der Zugfestigkeit. Des Weiteren gibt es durch das mehrstufige Lösungsglühen Vorteile bei der erzielbaren Maßhaltigkeit, da hier in der Regel eine geringere thermische Last auf die Teile aufgebracht wird als bei einer vergleichbaren einstufigen Wärmebehandlung.
Es kann - optional - vorgesehen sein, dass die Kraftwagenfelge wenigstens bereichsweise eine geringe Wandstärke von höchstens 15 mm aufweist, und/oder eine Krümmung mit einem geringen Krümmungsradius von höchstens 4 mm aufweist, und/oder eine in axialer Richtung und radialer Richtung und/oder in axialer Richtung und in tangentialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse der Kraftwagenfelge verlaufende Entformungsfläche aufweist, die vollständig in einer gedachten Ebene liegt, wobei die Ebene mit der Längsmittelachse einen Winkel einschließt, der mehr als 0° und höchstens 4° beträgt.
Die mittels des Druckgießens hergestellte Kraftwagenfelge zeichnet sich durch eine besonders geringe Wandstärke und/oder eine Krümmung mit einem besonders geringen Krümmungsradius und/oder durch das Vorliegen der Entformungsfläche aus. Unter der Wandstärke ist die Dicke der Wand der Kraftwagenfelge an wenigstens einer Stelle zu verstehen. Die geringe Wandstärke kann also zum Beispiel an dem Felgenbett, dem Außenhorn, dem Innenhorn, der Felgenmitte und/oder der Nabe vorliegen. Besonders bevorzugt liegt die geringe Wandstärke an der Felgenmitte vor. Ganz besonders bevorzugt stellt die geringe Wandstärke die größte Wandstärke dar, beispielsweise die größte Wandstärke des Außenhorns, die größte Wandstärke des Innenhorns und/oder die größte Wandstärke der Felgenmitte. Selbstverständlich kann sie auch die größte Wandstärke des Felgenbetts und/oder der Nabe sein.
Die geringe Wandstärke beträgt höchstens 15 mm, höchstens 10 mm, höchstens 7,5 mm oder höchstens 5 mm, ist bevorzugt jedoch kleiner. Somit beträgt sie beispielsweise höchstens 4 mm, höchstens 3 mm, höchstens 2 mm oder höchstens 1,5 mm. Umgekehrt beträgt die geringe Wandstärke besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm oder mindestens 2 mm. In anderen Worten beträgt die geringe Wandstärke zum Beispiel mindestens 1,5 mm und höchstens 5 mm, mindestens 1,5 mm und höchstens 4 mm, mindestens 1,5 mm und höchstens 3 mm, mindestens 1,5 mm und höchstens 2 mm oder in etwa oder genau 1,5 mm. Sie kann jedoch auch mindestens 2 mm und höchstens 5 mm, mindestens 2 mm und höchstens 4 mm, mindestens 2 mm und höchstens 3 mm oder genau 2 mm betragen.
Zusätzlich oder alternativ zu der geringen Wandstärke liegt die Krümmung mit dem geringen Krümmungsradius vor. Die Krümmung ist eine Krümmung einer Außenfläche beziehungsweise einer Außenumfangsfläche der Kraftwagenfelge. Die Außenfläche begrenzt eine Wandung der Kraftfahrzeugfelge nach außen. Die Krümmung kann an einer beliebigen Stelle der Kraftwagenfelge vorliegen, beispielsweise an dem Felgenbett, dem Außenhorn, dem Innenhorn, der Felgenmitte und/oder der Nabe. Die Krümmung ist insbesondere eine Übergangskrümmung zwischen zwei Flächen, welche - im Schnitt gesehen - gegeneinander angewinkelt sind und beispielsweise als plane Flächen vorliegen.
Die Krümmung erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkel von mindestens 30°, mindestens 45°, mindestens 60° oder mindestens 90°. Die Krümmung weist den geringen Krümmungsradius auf, welcher höchstens 4 mm beträgt, bevorzugt jedoch kleiner ist. Beispielsweise entspricht der geringe Krümmungsradius insoweit also beispielsweise einem Krümmungsradius von höchstens 3 mm, höchstens 2 mm, höchstens 1,5 mm oder höchstens 1 mm. Bevorzugt sind Krümmungsradien von höchstens 2 mm oder weniger. Umgekehrt kann der Krümmungsradius zusätzlich mindestens 0,25 mm, mindestens 0,5 mm oder mindestens 0,75 mm betragen.
Zusätzlich oder alternativ zu der geringen Wandstärke und/oder der Krümmung mit dem geringen Krümmungsradius kann die Kraftwagenfelge die Entformungsfläche aufweisen. Unter der Entformungsfläche ist eine ebene Fläche zu verstehen, die bei dem Druckgießen unmittelbar an der Gießform anliegt und entlang welcher nach dem Druckgießen das Entformen der Kraftwagenfelge aus der Gießform erfolgt. Die Entformungsfläche weist eine Erstreckung zumindest in axialer Richtung und in radialer Richtung und/oder - zusätzlich oder alternativ - in axialer Richtung und in tangentialer Richtung, jeweils bezüglich der Längsmittelachse der Kraftwagenfelge auf. In jedem Fall weist die Entformungsfläche also eine Erstreckung in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen auf und liegt insoweit vollständig in der gedachten Ebene.
Das Entformen der Kraftwagenfelge erfolgt in derselben Richtung. Beispielsweise wird ein Teil der Gießform nach dem Druckgießen in Richtung der Längsmittelachse, also in axialer Richtung, zum Öffnen der Gießform und zum Entnehmen der Kraftwagenfelge aus der Gießform verlagert. Das bedeutet, dass eine während des Druckgießens an der Entformungsfläche anliegende und diese ausbildende Gießformfläche der Gießform nach dem Druckgießen entlang der Längsmittelachse verlagert wird. Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge muss ein Entformungswinkel, also ein zwischen der Entformungsfläche und der Längsmittelachse vorliegender Winkel, mindestens 5° betragen, um ein ordnungsgemäßes Entformen sicherzustellen.
Aufgrund des einstückigen und durchgehenden Ausbildens der Kraftwagenfelge durch Druckgießen aus Aluminium beziehungsweise der Aluminiumlegierung ist jedoch ein deutlich geringerer Winkel realisierbar. Der Winkel zwischen der Entformungsfläche beziehungsweise zwischen der die Entformungsfläche vollständig aufnehmenden Ebene und der Längsmittelachse beträgt insoweit zwischen infinitesimal mehr als 0° und 4°, diese Werte jeweils einschließend. Es kann also vorgesehen sein, dass die Entformungsfläche nahezu parallel zu der Längsmittelachse verläuft, sodass bei dem Entformen ein nahezu paralleles Verlagern der Gießformfläche und der Entformungsfläche auftritt. Unter dem Winkel von 0° ist zu verstehen, dass die Ebene und die Längsmittelachse ineinander liegen oder parallel zueinander verlaufen. Der Winkel beträgt beispielsweise mindestens 0,5°, mindestens 1° oder mindestens 1,5°. Höchstens ist jedoch ein Winkel von 4° vorgesehen. Beispielsweise beträgt der Winkel höchstens 3°, höchstens 2,0°, höchstens 1,5°, höchstens 1,0° oder höchsten 0,5°. Bevorzugt sind hierbei die kleineren Winkel von höchstens 2,0° und weniger.
Das beschriebene Vorgehen bei dem Herstellen der Kraftwagenfelge ermöglicht eine einfache, schnelle und kostengünstige Ausbildung der Kraftwagenfelge, welche gleichzeitig eine äußerst filigrane Struktur aufweist. Die schnelle Herstellung wird insbesondere durch das Druckgießen erzielt, bei welchem eine deutlich schnellere Füllung der Gießform erfolgt als bei einem Kokillengießen oder Niederdruckgießen, welches normalerweise zum Herstellen von Kraftwagenfelgen verwendet wird. Insgesamt lässt sich durch das Druckgie-ßen also die Taktung bei dem Herstellen der Kraftwagenfelge deutlich erhöhen, sodass in derselben Zeitspanne eine größere Anzahl an Kraftwagenfelgen herstellbar ist. Auch die Erstarrungszeit ist für das Druckgießen deutlich kürzer als für das Kokillengießen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Felgenmitte mit mehreren in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse der Kraftwagenfelge voneinander beabstandeten Speichen ausgebildet wird. Eine solche Ausgestaltung der Felgenmitte wird insbesondere zur Gewichtsreduzierung der Kraftwagenfelge angewandt, jedoch auch zur Erzielung einer besseren Dämpfung. Die Felgenmitte ist insoweit nicht massiv und in Umfangsrichtung durchgehend ausgestaltet, sondern setzt sich aus den mehreren Speichen zusammen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorzugsweise erstreckt sich jede der mehreren Speichen von der Nabe in radialer Richtung bis hin zu dem Felgenbett, verbindet also die Nabe und das Felgenbett miteinander. Beispielsweise sind wenigstens drei Speichen, wenigstens vier Speichen, wenigstens fünf Speichen oder wenigstens sechs Speichen vorgesehen. Beispielsweise sind mindestens 10, mindestens 14 oder mindestens 18 Speichen realisiert. Vorzugsweise liegen höchstens 30 Speichen oder höchstens 15 Speichen vor. Beispielsweise erstreckt sich jede der Speichen in Umfangsrichtung über höchstens 30° oder weniger, bevorzugt höchstens 15° oder höchstens 10°.
Es kann vorgesehen sein, dass die Speichen eine konstante Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, also ausgehend von dem Felgenbett bis hin zu der Nabe. Es kann jedoch auch eine Verästelung wenigstens einer der Speichen oder mehrerer oder jeder der Speichen vorgesehen sein, sodass sich also die jeweilige Speiche in mehrere Teilspeichen aufteilt. Beispielsweise erstreckt sich die Speiche zunächst ausgehend von der Nabe in radialer Richtung nach außen und teilt sich an einer Teilungsstelle in mehrere Teilspeichen auf, welche voneinander fortlaufen, insbesondere in Umfangsrichtung. Nach der Teilungsstelle verlaufen die Teilspeichen also voneinander beabstandet bis hin zu dem Felgenbett und greifen beabstandet voneinander an diesem an. Es kann vorgesehen sein, dass eine Längsmittelachse zumindest einer der Speichen, insbesondere die Längsmittelachsen mehrerer oder aller Speichen, die Längsmittelachse der Kraftwagenfelge schneiden oder sogar senkrecht auf ihr stehen. Hierdurch wird eine besonders optimale Krafteinleitung aus der Felgenmitte beziehungsweise von den Speichen in die Nabe erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aluminiumlegierung mit mindestens 0,35 Gew.-% und höchstens 0,50 Gew.-% Magnesium, insbesondere mindestens 0,38 Gew.-% und höchstens 0,45 Gew.-% Magnesium, verwendet wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die genannten Magnesiumanteile in der Aluminiumlegierung auch bei der Herstellung der Kraftwagenfelge zu einer besonders dauerfesten Kraftwagenfelge führt, insbesondere aufgrund der aushärtenden Mg₂Si-Phasen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aluminiumlegierung mit höchstens 0,05 Gew.-% Kupfer (Cu), höchstens 0,002 Gew.-% Phosphor (P), höchstens 0,002 Gew.-% Calzium (Ca), höchstens 0,002 Gew.-% Natrium (Na) und/oder höchstens 0,30 Gew.-% Eisen (Fe) an Verunreinigungen verwendet wird. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Aluminiumlegierung insgesamt maximal 0,5 Gew.-% an Verunreinigungen enthält. Diese Verunreinigungen setzen sich insbesondere oder ausschließlich aus Kupfer, Phosphor, Calcium, Natrium und/oder Eisen zusammen, wobei die Verunreinigungen beispielsweise lediglich genau eines der genannten Elemente, mehrere der genannten Elemente oder alle der genannten Elemente enthalten oder zumindest enthalten können. Mit den genannten maximalen Anteilen der genannten einzelnen Elemente wird eine besonders gute Dauerfestigkeit der Kraftwagenfelge erzielt. Selbstverständlich können die Verunreinigungen alternativ oder zusätzlich zu wenigstens einem der genannten Elemente zumindest ein weiteres Element aufweisen, insbesondere unter Einhaltung der maximalen Gesamtmenge von höchstens 0,5 Gew.-% der Verunreinigungen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aluminiumlegierung zusätzlich maximal 0,2 Gew.-% Vanadium (V), maximal 0,2 Gew.-% Molybdän (Mo), maximal 0,3 Gew.-% Zinn (Sn), maximal 0,3 Gew.-% Kobalt (Ko) und/oder maximal 0,2 Gew.-% Titan (Ti) zugegeben wird. Die Aluminiumlegierung enthält also zusätzlich zu den bereits genannten Elementen wenigstens eines der hier genannten Elemente, mehrere der genannten Elemente oder alle der genannten Elemente. In anderen Worten werden der Aluminiumlegierung genau eines, mehrere oder alle der nachfolgend genannten Elemente beigemengt: Vanadium, Molybdän, Zinn, Kobalt und Titan. Selbstverständlich kann die Aluminiumlegierung jedoch auch frei von diesen Elementen sein.
Durch die Zugabe von Zinn und/oder Kobalt kann die Festigkeit der Kraftwagenfelge weiter verbessert werden. Die Beimengung des Zinns führt dabei zu einer Erhöhung der Anzahl an Leerstellen nach dem Abschrecken, was eine beschleunigte Ausscheidungskinetik zur Folge hat. Der Gehalt an Zinn und Kobalt wird jedoch auf jeweils maximal 0,3 Gew.-% beschränkt, weil ansonsten im Falle des Kobalts versprödende intermetallische Phasen und im Falle des Zinns niedrigschmelzende Gefügebestandteile auftreten oder zumindest auftreten können. Mit der Zugabe von Vanadium und/oder Molybdän und/oder Titan, einzeln oder in Kombination miteinander, mit jeweils einem Gehalt von maximal 0,2 Gew.-%, kann eine besonders gute Kornfeinung der Aluminiumlegierung erzielt werden.
Sofern angegeben ist, dass der Aluminiumlegierung die genannten Elemente mit dem jeweils genannten Anteil zugegeben werden, so ist darunter zu verstehen, dass tatsächlich ein Beimengen des jeweiligen Elements erfolgt, dass also der Anteil des Elements größer als 0,0 Gew.-% ist. Beispielsweise enthält die Aluminiumlegierung zusätzlich folgende Elemente: 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Vanadium und/oder 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Molybdän und/oder 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Zinn und/oder 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Kobalt und/oder 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Titan. Hierdurch werden besonders vorteilhafte Eigenschaften der Kraftwagenfelge erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das einstufige Lösungsglühen bei einer Temperatur von mindestens 510°C und höchstens 540°C, insbesondere höchstens 535°C, über eine Zeitdauer von mindestens 25 min, insbesondere 35 min, bis höchstens 180 min erfolgt. Unter dem einstufigen Lösungsglühen ist ein Lösungsglühen zu verstehen, auf welches ohne ein weiteres Lösungsglühen das Abschrecken folgt. Vorzugsweise folgt also unmittelbar auf das einstufige Lösungsglühen das Abschrecken, insbesondere ohne dass die Kraftwagenfelge ausgehend von der für das einstufige Lösungsglühen verwendeten Temperatur weiter erwärmt wird.
Mit dem einstufigen Lösungsglühen, welches mit sehr geringem Aufwand durchführbar ist, werden besonders vorteilhafte Festigkeitswerte der Kraftwagenfelge erzielt. Besonders bevorzugt beträgt die Temperatur bei dem einstufigen Lösungsglühen mindestens 520°C, mindestens 525°C oder mindestens 530°C und jeweils höchstens 540°C oder jeweils höchstens 535°C. Das einstufige Lösungsglühen wird weiter bevorzugt über eine Zeitdauer von mindestens 45 min, mindestens 60 min, mindestens 90 min oder mindestens 120 min und jeweils höchstens 180 min durchgeführt. Durch die lange Zeitdauer wird eine besonders gleichmäßige Gefügestruktur der Kraftwagenfelge realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mehrstufige Lösungsglühen ein erstes Lösungsglühen und ein zweites Lösungsglühen umfasst, wobei das erste Lösungsglühen bei einer ersten Temperatur über eine erste Zeitdauer und das zweite Lösungsglühen bei einer zweiten Temperatur über eine zweite Zeitdauer erfolgt, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur und/oder die zweite Zeitdauer kürzer ist als die erste Zeitdauer. Das zweite Lösungsglühen schließt sich bevorzugt zeitlich unmittelbar an das erste Lösungsglühen an. Zu Beginn des zweiten Lösungsglühens wird also die Temperatur der Kraftwagenfelge ausgehend von der ersten Temperatur vergrößert, nämlich bis auf die zweite Temperatur.
Zwischen dem ersten Lösungsglühen und dem zweiten Lösungsglühen erfolgt insbesondere kein Abschrecken, das heißt, die Temperatur der Kraftwagenfelge entspricht während des mehrstufigen Lösungsglühens stets mindestens der niedrigeren Temperatur aus der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, ist also stets größer oder gleich wie diese. Besonders bevorzugt ist eine Vorgehensweise für das mehrstufige Lösungsglühen, bei welchem die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur. Zusätzlich oder alternativ ist die zweite Zeitdauer kürzer als die erste Zeitdauer. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, die Kraftwagenfelge unmittelbar nach dem zweiten Lösungsglühen abzuschrecken, also nach dem Ablauf der zweiten Zeitdauer.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das erste Lösungsglühen bei einer Temperatur von mindestens 440°C und höchstens 480°C und das zweite Lösungsglühen bei einer Temperatur von mindestens 500°C und höchstens 540°C erfolgt. Zusätzlich oder alternativ wird das erste Lösungsglühen über eine Zeitdauer von mindestens 30 min bis höchstens 150 min, insbesondere bis höchstens 90 min, und das zweite Lösungsglühen über eine Zeitdauer von mindestens 20 min bis höchstens 90 min durchgeführt. In anderen Worten beträgt die erste Temperatur des ersten Lösungsglühens 440°C bis 480°C und die zweite Temperatur des zweiten Lösungsglühens 500°C bis 540°C. Zusätzlich oder alternativ beträgt die erste Zeitdauer des ersten Lösungsglühens 30 min bis 150 min, insbesondere 30 min bis 90 min, und die zweite Zeitdauer des zweiten Lösungsglühens 20 min bis 90 min. Besonders bevorzugt beträgt die erste Temperatur 450°C bis 470°C und die zweite Temperatur 520°C bis 530°C. Zusätzlich oder alternativ beträgt die erste Zeitdauer 45 min bis 75 min und die zweite Zeitdauer 35 min bis 45 min. Mit den genannten Werten wird eine gute Festigkeit der Kraftwagenfelge erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Abschrecken mit einem Temperaturgradient von mindestens 20 K/s erfolgt. Das Abschrecken erfolgt hierbei vorzugsweise mittels eines Fluids, insbesondere mittels Wasser. Das Fluid wird hierbei auf die Kraftwagenfelge zum Abschrecken aufgesprüht. Alternativ wird die Kraftwagenfelge in das Fluid zumindest teilweise oder sogar vollständig eingetaucht. Alternativ kann das Abschrecken mittels eines fluidisierten Mediums erfolgen. Besonders bevorzugt beträgt der Temperaturgradient mindestens 40 K/s, mindestens 70 K/s oder mindestens 100 K/s.
Beispielsweise wird der Temperaturgradient auf maximal 150 K/s, maximal 200 K/s oder maximal 300 K/s begrenzt, sodass insgesamt der Temperaturgradient 20 K/s bis 200 K/s beträgt. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Temperaturgradient bei dem Abschrecken mittels des Fluids beziehungsweise des fluidisierten Mediums stets höchstens 60 K/s, höchstens 40 K/s oder höchstens 20 K/s beträgt. Hierzu wird beispielsweise die Temperatur des Fluids beziehungsweise des Mediums entsprechend eingestellt. Die beschriebene Vorgehensweise führt zu einer Kraftwagenfelge mit besonders guten mechanischen Eigenschaften.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das einstufige Warmauslagern bei einer Temperatur von mindestens 135°C, insbesondere von mindestens 150°C, bis 230°C, insbesondere bis 220°C, über eine Zeitdauer von mindestens 90 min, insbesondere von mindestens 120 min, bis höchstens 420 min erfolgt. Bevorzugt wird die Temperatur der Kraftwagenfelge unmittelbar anschließend an das einstufige Warmauslagern in Richtung einer Umgebungstemperatur, insbesondere bis auf die Umgebungstemperatur, verringert. Die Temperatur des einstufigen Warmauslagerns beträgt vorzugsweise mindestens 150°C, mindestens 175°C oder mindestens 200°C, und jeweils höchstens 220°C. Es wird über die Zeitdauer von mindestens 120 min, mindestens 180 min, mindestens 240 min, mindestens 300 min oder mindestens 360 min, jeweils jedoch über höchstens 420 min vorgenommen. Hierdurch werden besonders gute mechanische Eigenschaften der Kraftwagenfelge erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mehrstufige Warmauslagern ein erstes Warmauslagern und ein zweites Warmauslagern umfasst, wobei das erste Warmauslagern bei einer ersten Temperatur über eine erste Zeitdauer und das zweite Warmauslagern bei einer zweiten Temperatur über eine zweite Zeitdauer erfolgt, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur und/oder die zweite Zeitdauer kürzer, gleich lang oder länger ist als die erste Zeitdauer. Für das mehrstufige Warmauslagern gilt hinsichtlich der Temperaturen und der Zeitdauern insbesondere dasselbe wie für das mehrstufige Lösungsglühen, sodass auf die entsprechenden Ausführungen hingewiesen wird.
Das zweite Warmauslagern schließt sich vorzugsweise unmittelbar an das erste Warmauslagern an, sodass zu Beginn des zweiten Warmauslagerns die Temperatur der Kraftwagenfelge ausgehend von der ersten Temperatur direkt auf die zweite Temperatur eingestellt wird. Unmittelbar nach dem zweiten Warmauslagern wird die Temperatur der Kraftwagenfelge vorzugsweise in Richtung der Umgebungstemperatur verringert, insbesondere bis auf die Umgebungstemperatur. Besonders vorteilhafte Eigenschaften der Kraftwagenfelge werden erzielt, wenn die zweite Temperatur höher gewählt wird als die erste Temperatur. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Zeitdauer kürzer oder länger sein als die erste Zeitdauer oder gleich lang sein wie diese.
Beispielsweise erfolgt das erste Warmauslagern bei einer Temperatur von mindestens 100°C und höchstens 170°C über eine Zeitdauer von mindestens 60 min bis höchstens 200 min und das zweite Warmauslagern bei einer Temperatur von mindestens 170°C und höchstens 230°C über eine Zeitdauer von mindestens 60 min bis höchstens 400 min. Das bedeutet in anderen Worten, dass die erste Temperatur 100°C bis 180°C und die zweite Temperatur 120°C bis 200°C beträgt. Zusätzlich oder alternativ beträgt die erste Zeitdauer 45 min bis 300 min, insbesondere 60 min bis 200 min, und die zweite Zeitdauer 60 min bis 400 min. Besonders vorteilhafte Eigenschaften der Kraftwagenfelge werden erzielt, wenn die erste Temperatur 140°C bis 170°C beträgt. Selbiges gilt, wenn für die erste Zeitdauer eine Länge von 90 min bis 150 min verwendet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftwagenfelge aus einer Aluminiumlegierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, insbesondere hergestellt gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Kraftwagenfelge ein auf gegenüberliegenden Seiten von einem Außenhorn und einem Innenhorn begrenztes Felgenbett, eine Nabe mit einer Mittenausnehmung und einem Lochkreis sowie eine das Felgenbett und die Nabe miteinander verbindende, insbesondere im Längsschnitt außermittig an dem Felgenbett angreifende Felgenmitte aufweist.
Dabei ist vorgesehen, dass die Kraftwagenfelge einstückig und durchgehend in einer Gießform durch Druckgießen eines Gießmaterials hergestellt ist, wobei als Gießmaterial die Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen 6,5 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% Silizium, maximal 0,80 Gew.-%, insbesondere 0,30 Gew.-% bis 0,80, Gew.-% Mangan, 0,25 Gew.-% bis 0,60 Gew.-%, insbesondere 0,25 Gew.-% bis 0,50 Gew.-%, Magnesium, 0,08 Gew.-% bis 0,50 Gew.-%, insbesondere 0,08 Gew.-% bis 0,35 Gew.-%, Zink, maximal 0,30 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-% bis 0,30 Gew.-%, Zirkonium, maximal 0,025 Gew.-%, insbesondere 0,006 Gew.-% bis 0,025 Gew.-%, Strontium, maximal 0,5 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen sowie als Rest Aluminium vorliegt und die Kraftwagenfelge nach dem Druckgießen wärmebehandelt ist, wobei das Wärmebehandeln ein einstufiges oder mehrstufiges Lösungsglühen, ein anschließendes Abschrecken und ein darauf folgendes einstufiges oder mehrstufiges Warmauslagern umfasst.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Kraftwagenfelge beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise bei ihrem Herstellen wurde vorstehend bereits hingewiesen. Sowohl die Kraftwagenfelge als auch das Verfahren zu ihrem Herstellen können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine Kraftwagenfelge entlang einer Längsmittelachse der Kraftwagenfelge.

Die 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine Kraftwagenfelge 1 für ein Rad eines Kraftfahrzeugs. Die Kraftwagenfelge 1 weist als wesentliche Bestandteile ein Felgenbett 2, eine Felgenmitte 3 und eine Nabe 4 auf. Gezeigt ist die Kraftwagenfelge 1 im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse 5 der Kraftwagenfelge 1. Das Felgenbett 2 ist in axialer Richtung einerseits von einem Außenhorn 6 und andererseits von einem Innenhorn 7 begrenzt, die sich ausgehend von dem Felgenbett 2 in radialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 5 nach außen erstrecken. Ergänzend sei angemerkt, dass sich die axiale Erstreckung des Felgenbetts 2 bis zu einem jeweiligen außenseitigen Ende des Außenhorns 6 beziehungsweise des Innenhorns 7 erstreckt. Die axiale Erstreckung des Felgenbetts 2 schließt also die axialen Erstreckungen des Außenhorns 6 und des Innenhorns 7 mit ein.
Das Felgenbett 2 und die Nabe 4 sind über die Felgenmitte 3 miteinander verbunden. Die Felgenmitte 3 greift also sowohl an dem Felgenbett 2 als auch an der Nabe 4 an und erstreckt sich ausgehend von der Nabe 4 bis hin zu dem Felgenbett 2. Die Nabe 4 weist eine Mittenausnehmung 8 auf, die bezüglich der Längsmittelachse 5 zentral in der Nabe 4 vorliegt und diese in axialer Richtung vollständig durchgreift. Zusätzlich weist die Nabe 4 einen Lochkreis 9 mit mehreren Bohrungen 10 auf, welche jeweils zur Aufnahme eines Befestigungsmittels dienen, mittels welchem die Kraftwagenfelge 1 an einer Radnabe des Kraftfahrzeugs befestigbar ist beziehungsweise befestigt wird.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Felgenmitte 3 mehrere Speichen 11 auf, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Jede der Speichen 11 erstreckt sich ausgehend von der Nabe 4 bis hin zu dem Felgenbett 2. In Umfangsrichtung zwischen den Speichen 11 liegt ein Zwischenspeichenbereich vor, welcher in Umfangsrichtung von den Speichen 11 in radialer Richtung nach innen von der Nabe 4 und in radialer Richtung nach außen von dem Felgenbett 2 begrenzt ist. In diesem Zwischenspeichenbereich kann ein optionales Zwischenspeichenelement ausgebildet sein, welches den Zwischenspeichenbereich beispielsweise vollständig ausfüllt. Zumindest das Zwischenspeichenelement weist eine geringe Wandstärke von höchstens 5 mm auf. Insbesondere um diese zu realisieren, wird die Kraftwagenfelge 1 einstückig und durchgehend in eine Gießform durch Druckgießen eines Gießmaterials hergestellt. Als Gießmaterial kommt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung zum Einsatz.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem Innenhorn 7 eine Ausnehmung 12 ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann eine derartige Ausnehmung 12 in dem Außenhorn 6 vorliegen. Die Ausnehmung 12 erstreckt sich in Umfangsrichtung, beispielsweise ist sie in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Ausnehmung 12 in Umfangsrichtung durchgehend dieselbe Tiefe aufweist. Die Ausnehmung 12 wird von einer Felgenhornwand 13 in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 5 begrenzt, wobei die Felgenhornwand 13 in axialer Richtung zwischen einem Reifenaufnahmebereich 14 der Kraftwagenfelge 1 und der Ausnehmung 12 angeordnet ist. In radialer Richtung nach außen ist die Ausnehmung 12 von einem Felgenhornfortsatz 15 und in radialer Richtung nach innen von einem Felgenhornfortsatz 16 begrenzt. Die Ausnehmung 12 ist derart in dem Innenhorn 7 ausgebildet, dass die Felgenhornwand 13 unmittelbar nach dem Druckgießen eine reduzierte Wandstärke aufweist, welche höchstens 10 mm beträgt.
An dem Felgenbett 2 ist zudem ein Hump 17 ausgebildet, welcher in Form eines sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Radialvorsprungs vorliegt. Der Hump 17 begrenzt den Reifenaufnahmebereich 14 in axialer Richtung, sodass der Reifenaufnahmebereich 14 - ebenfalls in axialer Richtung gesehen - zwischen dem Hump 17 und dem Innenhorn 7 vorliegt.
Die beschriebene Ausgestaltung der Kraftwagenfelge 1 realisiert eine äußerst filigrane Optik und stellt gleichzeitig aufgrund des Herstellens der Kraftwagenfelge 1 durch das Druckgießen eine kostengünstige und schnelle Herstellung der Kraftwagenfelge 1 sicher. Zudem werden mittels des Druckgießens des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung hervorragende Festigkeitswerte erzielt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftwagenfelge
2: Felgenbett
3: Felgenmitte
4: Nabe
5: Längsmittelachse
6: Außenhorn
7: Innenhorn
8: Mittenausnehmung
9: Lochkreis
10: Bohrung
11: Speiche
12: Ausnehmung
13: Felgenhornwand
14: Reifenaufnahmebereich
15: Felgenhornfortsatz
16: Felgenhornfortsatz
17: Hump

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0301472 B1 [0002]
DE 69601183 T2 [0003]
EP 3176275 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Kraftwagenfelge (1) aus einer Aluminiumlegierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kraftwagenfelge (1) ein auf gegenüberliegenden Seiten von einem Außenhorn (6) und einen Innenhorn (7) begrenztes Felgenbett (2), eine Nabe (4) mit einer Mittenausnehmung (8) und einem Lochkreis (9) sowie eine das Felgenbett (2) und die Nabe (4) miteinander verbindende Felgenmitte (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwagenfelge (1) einstückig und durchgehend in einer Gießform durch Druckgießen eines Gießmaterials hergestellt wird, wobei als Gießmaterial die Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen 6,5 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% Silizium, maximal 0,80 Gew.-% Mangan, 0,25 Gew.-% bis 0,60 Gew.-% Magnesium, 0,08 Gew.-% bis 0,50 Gew.-% Zink, maximal 0,30 Gew.-% Zirkonium, maximal 0,025 Gew.-% Strontium, maximal 0,5 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen sowie als Rest Aluminium verwendet und die Kraftwagenfelge (1) nach dem Druckgießen wärmebehandelt wird, wobei das Wärmebehandeln ein einstufiges oder mehrstufiges Lösungsglühen, ein anschließendes Abschrecken und ein darauf folgendes einstufiges oder mehrstufiges Warmauslagern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mit mindestens 0,35 Gew.-% und höchstens 0,50 Gew.-% Magnesium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mit höchstens 0,05 Gew.-% Kupfer, höchstens 0,002 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,002 Gew.-% Calcium, höchstens 0,002 Gew.-% Natrium und/oder höchstens 0,30 Gew.-% Eisen an Verunreinigungen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumlegierung zusätzlich maximal 0,2 Gew.-% Vanadium, maximal 0,2 Gew.-% Molybdän, maximal 0,3 Gew.-% Zinn, maximal 0,3 Gew.-% Kobalt und/oder maximal 0,2 Gew.-% Titan zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstufige Lösungsglühen bei einer Temperatur von mindestens 510°C und höchstens 540°C über eine Zeitdauer von mindestens 25 min bis höchstens 180 min erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Lösungsglühen ein erstes Lösungsglühen und ein zweites Lösungsglühen umfasst, wobei das erste Lösungsglühen bei einer ersten Temperatur über eine erste Zeitdauer und das zweite Lösungsglühen bei einer zweiten Temperatur über eine zweite Zeitdauer erfolgt, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur und/oder die zweite Zeitdauer kürzer, gleich lang oder länger ist als die erste Zeitdauer.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken mit einem Temperaturgradient von mindestens 20 K/s erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstufige Warmauslagern bei einer Temperatur von mindestens 135°C bis 230°C über eine Zeitdauer von mindestens 90 min bis höchstens 420 min erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Warmauslagern ein erstes Warmauslagern und ein zweites Warmauslagern umfasst, wobei das erste Warmauslagern bei einer ersten Temperatur über eine erste Zeitdauer und das zweite Warmauslagern bei einer zweiten Temperatur über eine zweite Zeitdauer erfolgt, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur und/oder die zweite Zeitdauer kürzer ist als die erste Zeitdauer.
Kraftwagenfelge (1) aus einer Aluminiumlegierung für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, insbesondere hergestellt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kraftwagenfelge (1) ein auf gegenüberliegenden Seite von einem Außenhorn (6) und einem Innenhorn (7) begrenztes Felgenbett (2) eine Nabe (4) mit einer Mittenausnehmung (8) und einem Lochkreis (9) sowie eine das Felgenbett (2) und die Nabe (4) miteinander verbindende Felgenmitte (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwagenfelge (1) einstückig und durchgehend in einer Gießform durch Druckgießen eines Gießmaterial hergestellt ist, wobei als Gießmaterial die Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen 6,5 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% Silizium, maximal 0,80 Gew.-% Mangan, 0,25 Gew.-% bis 0,60 Gew.-% Magnesium, 0,08 Gew.-% bis 0,50 Gew.-% Zink, maximal 0,30 Gew.-% Zirkonium, maximal 0,025 Gew.-% Strontium, maximal 0,5 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen sowie als Rest Aluminium vorliegt und die Kraftwagenfelge (1) nach dem Druckgießen wärmebehandelt ist, wobei das Wärmebehandeln ein einstufiges oder mehrstufiges Lösungsglühen, ein anschließendes Abschrecken und ein darauf folgendes einstufiges oder mehrstufiges Warmauslagern umfasst.