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Die Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen eines Fahrzeugrads, mit einem Formhohlraum und mit einem an den Formhohlraum angrenzenden Angussbereich, über den dem Formhohlraum geschmolzenes Material zur Bildung des Fahrzeugrads zuführbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen eines Fahrzeugrads, wobei einem Formhohlraum über einen an den Formhohlraum angrenzenden Angussbereich geschmolzenes Material zur Bildung des Fahrzeugrads zugeführt wird.
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Eine gattungsgemäße Gießform und ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der
WO 2019/048675 A1 bekannt.
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Das dort beschriebene Verfahren und die dabei verwendete Gießform haben sich im Hinblick auf die an eine moderne Fertigung von Fahrzeugrädern gestellten Anforderungen, insbesondere in Bezug auf Leichtbau, Aerodynamik und Crashverhalten desselben, als sehr gut geeignet erwiesen. Bezüglich der Gefügeeigenschaften des damit hergestellten Fahrzeugrads und der sich daraus ergebenden Festigkeit desselben ist die bekannte Lösung jedoch nicht optimal.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Angusssysteme bekannt, die typischerweise relativ flach sind, um einen möglichst geringen Nacharbeitsbedarf zu erreichen. Für die Strömung des geschmolzenen Materials ist eine solche Ausführung jedoch nachteilig, da es durch diese Gestaltung des Angusssystems zu sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten des geschmolzenen Materials und einem damit verbundenen Aufreißen der Gießfront kommen kann, was insbesondere bei Fahrzeugrädern zu schlechten oder fehlerhaften Bauteilen führen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gießform sowie ein Verfahren zum Gießen eines Fahrzeugrads zu schaffen, welche in der Lage ist, die Formfüllung, das zielgerichtete Erstarren innerhalb des Formholraums in Verbindung mit der Erstarrungszeit so zu gestalten, dass die Gefüge- und Festigkeitseigenschaften des Fahrzeugrads verbessert werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch das erfindungsgemäße Verhältnis zwischen der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs und dem Volumen des Formhohlraums wird sichergestellt, dass das geschmolzene Material möglichst gleichmäßig in die Gießform ein- und diese ebenfalls laminar durchströmt. Diese gleichmäßige Strömung führt zu einem äußerst turbulenzarmen Gießvorgang, bei dem ein Aufbrechen der Gießfront möglichst verhindert wird. Gleichzeitig ist bei einer geeigneten Geschwindigkeit es hierdurch möglich, eine sehr schnelle Formfüllung zu erreichen. Das geschmolzene Material erfährt auf diese Weise also keine Beschleunigung, wodurch sich auch kein unnötiger Anstieg des Gießdrucks ergibt, der ansonsten zu Gießfehlern führen könnte. Auch die Nachspeisung, die für eine vollständige Füllung der Gießform erforderlich ist, ist auf diese Weise besser gewährleistet.
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Das Verhältnis zwischen der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs und dem Volumen des Formhohlraums kann, wie nachfolgend näher beschrieben, auch als Modul bezeichnet werden bzw. es handelt sich bei diesem Verhältnis um ein Modul.
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Durch die sehr kurzen Formfüllzeiten von 50 bis 60 ms mit einer maximalen Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials von bis zu 70 m/s kann ein feines Gefüge und eine hohe Festigkeit des mit der erfindungsgemäßen Gießform hergestellten Fahrzeugrads gewährleistet werden.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis bzw. der Modul höchstens 1,5 mm2/cm3 beträgt. Durch eine Begrenzung des Verhältnisses zwischen der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs und dem Volumen des Formhohlraums, also dem Modul, wird eine Überdimensionierung des Angusssystems vermieden und damit die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Lösung gewährleistet.
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Um zu vermeiden, dass sich innerhalb des Angussbereichs eine unerwünschte Beschleunigung des geschmolzenen Materials ergibt, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche des Angussbereichs in der Hauptströmungsrichtung des geschmolzenen Materials betrachtet gleichbleibend oder sich vergrößernd ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche des Formhohlraums, ausgehend von dem Angussbereich, in der Hauptströmungsrichtung des geschmolzenen Materials betrachtet bis zu einer Tiefe von wenigstens 60 % der gesamten Tiefe des Formhohlraums gleichbleibend oder sich vergrößernd ausgebildet ist. Auf diese Weise wird im überwiegenden Teil des Formhohlraums eine gleichbleibende Geschwindigkeit des geschmolzenen Materials sichergestellt, wohingegen in dem von dem Angussbereich entfernten Bereich des Formhohlraums eine Beschleunigung des geschmolzenen Materials zugelassen wird. Eine solche Beschleunigung des geschmolzenen Materials ist insbesondere bei der Herstellung von Fahrzeugrädern vorteilhaft, da sich in dem von dem Angussbereich entfernten Bereich häufig vergleichsweise schmale Querschnitte befinden, in denen grundsätzlich die Gefahr einer frühzeitigen, ungewollten Erstarrung gegeben sind. Durch die in diesen Bereichen zugelassene Beschleunigung des geschmolzenen Materials und somit der höheren Geschwindigkeit desselben werden derartige ungewollte Erstarrungsprozesse verhindert und es kommt zu einer homogenen Erstarrung des gesamten Fahrzeugrads.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Anspruch 5 angegeben.
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Mittels dieses Verfahrens lässt sich ein Fahrzeugrad mit den oben in Bezug auf die Gießform genannten Vorteile erzeugen.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis bzw. der Modul höchstens 1,5 mm2/cm3 beträgt. Wie oben erwähnt, wird durch eine Begrenzung des Verhältnisses zwischen dem Volumen des Formhohlraums und der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs, also dem Modul, eine Überdimensionierung des Angusssystems vermieden und damit die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Lösung gewährleistet.
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Wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens als geschmolzenes Material ein Leichtmetallwerkstoff verwendet wird, so ergibt sich nicht nur eine sehr gute Eignung des Verfahrens für die Herstellung von Fahrzeugrädern, sondern es wird auch eine optimale Anpassung an die weiteren Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.
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Um eine rasche Füllung des Formhohlraums und eine gleichmäßige Erstarrung des geschmolzenen Materials zu erreichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das geschmolzene Material mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5 m/s in den Formhohlraum eingeleitet wird.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Gießform zum Gießen eines Fahrzeugrads;
- 2 einen Schnitt nach der Linie II-II aus 1;
- 3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus 1;
- 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV aus 2;
- 5 einen Schnitt nach der Linie V-V aus 2; und
- 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI aus 2.
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1 zeigt eine Gießform 1 zum Gießen eines Fahrzeugrads. Das Fahrzeugrad entsteht durch Einleiten von geschmolzenem Material, vorzugsweise einem Leichtmetallwerkstoff und insbesondere einer Aluminiumgusslegierung, in einen Formhohlraum 2 der Gießform 1 und ein anschließendes Erstarren des geschmolzenen Materials. Da sich in den in den 2 bis 6 dargestellten Zuständen das das Fahrzeugrad bildende, geschmolzene Material bereits innerhalb des Formhohlraums 2 der Gießform 1 befindet, sind die 2 bis 6 gleichzeitig als Schnitte durch das Fahrzeugrad anzusehen. Selbstverständlich ist das in den 2 bis 6 dargestellte Fahrzeugrad nur als eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen anzusehen.
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Die Gießform 1 weist des Weiteren einen an den Formhohlraum 2 angrenzenden Angussbereich 3 auf, über den dem Formhohlraum 2 das geschmolzene Material zur Bildung des Fahrzeugrads zugeführt wird.
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Dabei beträgt ein Verhältnis zwischen der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs 3 und dem Volumen des Formhohlraums 2 mindestens 0,7 mm2/cm3. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis höchstens 1,5 mm2/cm3.
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Das vorbeschriebene Verhältnis zwischen der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs 3 und dem Volumen des Formhohlraums 2 kann als ein Modul verstanden bzw. als ein Modul bezeichnet werden. Das Modul verknüpft im Rahmen der Erfindung ein Flächenmaß [mm2], namentlich die kleinste Querschnittsfläche des Angussbereichs 3, mit einem Raummaß [cm3], namentlich dem Volumen des Formhohlraums 2. Das Modul hat hierbei die Dimension einer inversen Länge. Ferner ist die Einheit [mm2/cm3] gleichbedeutend mit der Einheit [1/m].
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Weist der Formhohlkörper 2 beispielsweise ein Volumen von 7000 cm3 auf, so kann das Modul aus einem Intervall zwischen 0,7 [mm2/cm3] und 1,5 [mm2/cm3], beispielsweise mit dem Wert 0,8 [mm2/cm3], gewählt werden bzw. das Modul liegt innerhalb dieses Bereichs. Damit ergibt sich im vorliegenden Beispiel für die Auslegung der kleinsten Querschnittsfläche des Angussbereichs 3 ausgehend von einem Volumen von 7000 cm3 mal das Modul von 0,8 [mm2/cm3] eine anzustrebende Querschnittsfläche von 5600 mm2. Diese Werte stellen selbstverständlich nur ein Ausführungsbeispiel dar.
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Vorzugsweise wird das geschmolzene Material mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5 m/s in den Formhohlraum 2 eingeleitet. Die Richtung der Kraft, mit der ein nicht dargestellter Kolben das geschmolzene Material über den Angussbereich 3 in den Formhohlraum 2 der Gießform 1 presst, ist in 2 mit dem Pfeil „F“ bezeichnet.
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In 2 ist die Gießrichtung bzw. die Hauptströmungsrichtung des geschmolzenen Materials mit mehreren Pfeilen dargestellt, die zum Teil mit „x“ bezeichnet sind. Dabei wird die kleinste Querschnittsfläche des Angussbereichs 3 in einer senkrecht zur der Hauptströmungsrichtung x des geschmolzenen Materials verlaufenden Ebene gemessen. Diese kleinste Querschnittsfläche des Angussbereichs 3 ist in 3 durch die Schraffierung dargestellt.
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In der Hauptströmungsrichtung x des geschmolzenen Materials betrachtet ist die Querschnittsfläche des Angussbereichs 3 vorzugsweise gleichbleibend oder sich vergrößernd ausgebildet. Eine Ausführungsform des Angussbereichs 3 kann demnach darin bestehen, dass, gemessen in einer senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung x des geschmolzenen Materials, sämtliche Querschnittsebenen des Angussbereichs 3 annähernd gleich groß sind.
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Ausgehend von dem Angussbereich 3 ist vorzugsweise die Querschnittsfläche des Formhohlraums 2, in der Hauptströmungsrichtung x des geschmolzenen Materials betrachtet, bis zu einer Tiefe von wenigstens 60 % der gesamten Tiefe des Formhohlraums 2 gleichbleibend oder sich vergrößernd ausgebildet. Diese gleichen bzw. sich vergrößernden Querschnitte des Formhohlraums 2 können auch bis zu einer Tiefe von 80 % der gesamten Tiefe des Formhohlraums 2 vorhanden sein. Erst in den letzten 20 bis 40 % des von dem Angussbereich 3 abgewandten Bereich des Formhohlraums 2 kann sich die Querschnittsfläche des Formhohlraums 2 somit verringern.
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Für sämtliche der genannten Bedingungen kann der Formhohlraum 2 und somit das mit der Gießform 1 hergestellte Fahrzeugrad an bestimmte Erfordernisse bzw. Gegebenheiten angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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