AT406134B

AT406134B - Rad-gussfelge

Info

Publication number: AT406134B
Application number: AT0019898A
Authority: AT
Original assignee: Austria Alu Guss Ges M B H
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2000-02-25
Also published as: ATA19898A; AU1863899A; WO1999039923A1; DE29817615U1; EP1053109A1

Description

AT 406 134 B

Die Erfindung betrifft eine Rad-Gußfeige, mit einem als Verbundkörper ausgeführten Leichtmetall-Felgenkörper, der einen Nabenbereich, einen Hombereich und einen zwischen diesen Bereichen befindlichen Wand- oder Rippenbereich, z.B. mit Speichen, aufweist Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rad-Gußfelge.

Im Felgenbau ist es seit langem ein allgemeines Bestreben, vgl. z.B. US 1 544 242 A, mit möglichst wenig Masse bzw. Material möglichst hohe Festigkeiten zu erzielen. Es wurde demgemäß, um leichtgewichtige Felgen zur Verfügung zu stellen, zum einen auf spezielle Leichtmetalle abgestellt, vgl. die herkömmlichen gegossenen Aluminium- oder Magnesiumfelgen, und zum anderen wurden besondere Profilgebungen gesucht, um bei dem angestrebten geringen Materialeinsatz ausreichende Festigkeitswerte zu erhalten. Beispiele für solche Felgen sind in EP 546 307 A, EP 27 272 A, DE 2 063 379 A und US 4 165 131 A zu finden. Andererseits wurden auch als Verbundkörper ausgeführte Felgen vorgeschlagen, bei denen getrennt hergestellte Teile nachträglich miteinander verbunden werden. So ist in WO 97/31 792 A eine Felgenkonstruktion mit einem extrudierten, gebogenen Felgenkranz beschrieben, der einen verstärkten Bereich aufweist, um eine Verbindung mit einem Wandteil mittels Bolzen herzustellen. Dabei handelt es sich nicht um eine Gußfelge, und die Herstellung der Felge ist aufwendig. In ähnlicher Weise ist in der US 4 114 953 A eine mehrteilige Felgenkonstruktion mit Preßteilen geoffenbart, die miteinander bzw. mit einem Nabenteil z.B. durch Schweißen verbunden werden, wobei zwischen den Preßteilen ein Füllkörper aus Polyuretan-Hartschaumstoff in einen Hohlraum eingelegt werden kann.

In der DE 44 21 470 A ist ein Leichtmetall-Gußrad beschrieben, das mit hohlen Speichen gegossen wird, wozu entsprechende Kerne verwendet werden. Es handelt sich hier somit um eine einfache Gußfelge, jedoch nicht um einen Verbundkörper.

Die Felge gemäß der JP 61/86 0 37 A enthält einen durch Extrudieren hergestellten Felgenkranz, der mit Kammern versehen ist, wobei eine nachfolgende Bearbeitung der stranggepreßten Teile durch Walzen etc. vorgesehen ist.

In der DE 34 33 549 A ist schließlich eine Felgen- bzw. Radkonstruktion geoffenbart, wobei im einzelnen Gußfelgenteile beschrieben sind, für die zur Verstärkung Bienenwaben- Verbundkörper, beispielsweise in Form von angeschweißten oder angeschraubten Verstärkungs-Ringscheiben, vorgesehen sind.

Die bekannten, zum Teil sehr aufwendig ausgebildeten Leichtmetall-Felgen werfen aber immer wieder Festigkeitsprobleme auf, und es sind beim Materialeinsatz aufgrund der notwendigen Festigkeitswerte nach unten hin Grenzen gesetzt. Darüber hinaus erfordert die Herstellung vielfach einen relativ hohen Aufwand, z.B. hinsichtlich des erforderlichen Gießwerkzeuges oder hinsichtlich des gesonderten Verbindens von Einzelteilen.

Die Erfindung sucht in Abkehr von den früheren Entwicklungstendenzen neue Wege zu gehen, um bei noch leichteren Felgenkörpem höhere Festigkeiten zu erzielen; die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß mit den im Stand der Technik bekannten offenen Profilen Verbesserungen in der Festigkeit, wenn überhaupt, so nur mit größerem Materialeinsatz möglich wären.

Es ist demgemäß Ziel der Erfindung, eine Rad-Gußfelge der eingangs angeführten Art vorzusehen, wobei auf wirtschaftliche Weise besonders leichtgewichtige, nichtsdestoweniger außerordentlich hohe Festigkeitswerte aufweisende Felgenausbildungen ermöglicht werden.

Die erfindungsgemäße Rad-Gußfelge der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß im Leichtmetall des einteilig gegossenen Felgenkörpers wenigstens ein Formteil eingegossen ist, der ein kleineres mittleres spezifisches Gewicht als das für den Guß verwendete Leichtmetall aufweist, wobei vorzugsweise im Wand- oder Rippenbereich zumindest ein sich radial erstreckender Formteil und insbesondere im Hornbereich ein kreisförmig geschlossener Formteil eingegossen ist. Mit einer derartigen Ausbildung wird der vorstehenden Zielsetzung in vorteilhafter Weise entsprochen, und es werden wirtschaftlich herstellbare Profilquerschnitte ermöglicht, die eine hohe Festigkeit bei geringer Masse erzielen lassen. Der oder die eingegossenen Formteile können außerordentlich leichtgewichtig sein, und sie ermöglichen die Erzielung von geschlossenen Profilen, d.h. "Hohl"profilen, aus dem gegossenen Leichtmetall, so daß auch bei dünnwandigen Strukturen die hohe Festigkeit erreicht werden kann. Dabei kann je nach der grundsätzlichen Gestalt des Felgenkörpers - die in weitesten Bereichen variieren kann - zur Erzielung von steifen Hohlprofilen im Wand- oder Rippenbereich zumindest ein sich radial erstreckender Formteil eingegossen sein. Dieser zumindest eine Formteil kann sich bis in den Nabenbereich des Felgenkörpers fortsetzen, wobei aber zweckmäßigerweise zumindest im Bereich der Bolzenbohrungen volle Leichtmetall-Querschnitte vorzusehen sein werden. Wenn im Hombereich ein kreisförmig geschlossener Formteil eingegossen ist, so ist dies für die angestrebte 2

AT 406 134 B leichtgewichtige, jedoch hochfeste Ausbildung von Vorteil, und es wird ein minimaler LM-Materialeinsatz im hier besonders wichtigen radial äußeren Felgenbereich sichergestellt.

Das mittlere spezifische Gewicht des Formteils kann kleiner als 1,3 kg/dm3, vorzugsweise kleiner als 1 kg/dm3, sein.

Um die Herstellung zu vereinfachen, ist es von Vorteil, wenn der im Hombereich eingegossene kreisförmig geschlossene Formteil einstückig mit von ihm radial einwärts verlaufenden Speichen-Formteiien ausgebildet ist. Bei dieser Ausbildung braucht somit jeweils nur ein einstückiger Formkörper in das Gießwerkzeug eingelegt zu werden, um dann im Leichtmetall - untere Herstellung der geschlossenen Leichtmetall-Profilquerschnitte - eingegossen zu werden. Für die Wahl des Materials der Formteile ist von Bedeutung, daß dieses Material ein Umgießen mit dem Leichtmetall erlaubt, d.h. es muß den Gießtemperaturen dieses Leichtmetalls standhalten können. Dies bedeutet aber nicht unbedingt, daß für die Formteile insgesamt ein vergleichsweise hochschmelzendes oder nichtschmelzendes Material auszuwählen ist. So haben beispielsweise Formteile aus aufgeschäumten Metall, vorzugsweise aus Schaumaluminium, den Vorteil, daß ihre sich beim Formen bildende Oxidhaut eine vergleichsweise hohe Schmelztemperatur hat; überdies weisen diese Metallschaum-Formteile, insbesondere aus Schaumaluminium, aufgrund der enthaltenen Gasanteile eine schlechte Wärmeübertragung auf, so daß sie sich vorzüglich in Aluminium oder dergl. Leichtmetall eingießen lassen. Außerdem liegt ihr - mittleres - spezifisches Gewicht (also das sich insgesamt aufgrund der Metall- und Gasanteile ergebende spezifische Gewicht) deutlich unter jenem der üblicherweise für das Gießen verwendeten Leichtmetall-Legierungen. So kann Schaumaluminium mit einem spezifischen Gewicht im Bereich von 0,3 bis 0,7 kg/dm3, z.B. ca. 0,5 kg/dm3, eingesetzt werden.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit leichtgewichtiger Formteile, die überdies zur Steifigkeits-Festlegung mit herangezogen werden können, besteht darin, für die Formteile an sich bekannte Wabenkörper, z.B. aus Stahllamellen, zu verwenden. Für die hochfeste Felgenstruktur ist es ferner auch von Vorteil, wenn der oder die sich radial erstreckende(n) Fomnteil(e) einen im wesentlichen viereckigen, von einem Kastenprofil aus dem gegossenen Leichtmetall umschlossenen Querschnitt aufweist bzw. aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der vorliegenden Rad-Gußfelge durch Gießen in einem Gießwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein vorgefertigter Formteil in das Gießwerkzeug eingelegt und darin mit Hilfe von Zentrierstiften od. dgl. fixiert wird, worauf der Formteil mit dem Leichtmetall, z.B. Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung, umgossen wird. Das Gießwerkzeug selbst kann dabei - im Hinblick auf die möglichen einfacheren Formen der Felgenkörper - einfach ausgebildet sein, und die Zentrierung der Formteile, vorzugsweise aus Metallschaum, insbesondere Schaumaluminium, in den Gießwerkzeugen mit Hilfe der Zentrierstifte kann rasch und unproblematisch bewerkstelligt werden. Dabei können in den Formteilen sowie in den Gießwerkzeugen im vorhinein passende Ausnehmungen zum Einsetzen der Zentrierstifte vorgesehen werden. Nach dem Gießen können etwaige am Felgenkörper außen vorstehende Teile der Zentrierstifte abgeschliffen werden. Die Zentrierstifte können aus Stahl oder Keramikmaterial, allgemein aus einem mit dem Leichtmetall der Felgen verträglichen, jedoch höherschmelzenden oder aber nichtschmelzenden Material bestehen.

Die Formung von Körpern aus Metallschaum, insbesondere aus Schaumaluminium, ist an sich eine gängige Technik, ebenso wie die Herstellung von Wabenstrukturteilen (vgl. die DE 3433549 A), so daß sich hier eine weitere Erläuterung erübrigen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung veranschaulichten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Es zeigen: Fig.1 einen sektorförmigen Ausschnitt einer Rad-Gußfelge; Fig.2 einen radialen Schnitt durch diese Rad-Gußfelge gemäß der Linie ll-ll in Fig.1, im Bereich einer Speiche der Rad-Gußfelge; Fig.3 einen demgegenüber winkelmäßig versetzten Schnitt, entsprechend der Linie lll-lll in Fig.1, zur Veranschaulichung des Querschnitts der Rad-Gußfelge im Bereich einer Ausnehmung zwischen den Speichen der Rad-Gußfelge; und Fig.4 einen Querschnitt im Bereich einer Speiche dieser Rad-Gußfelge, gemäß der Linie IV-IV in Fig.1.

Die in der Zeichnung veranschaulichte Rad-Gußfelge 1 (nachstehend kurz Felge genannt) besteht aus einem als Verbundkörper ausgebildeten Felgenkörper 2, der einen Nabenbereich 3, einen Rippenbereich 4 und einen Hombereich 5 mit einem Felgenbett 6 aufweist. Im Nabenbereich 3 sind in herkömmlicher Weise Bolzenbohrungen 7 zum Anschrauben der Felge 1 mit dem darauf angebrachten, nicht näher gezeigten Reifen vorgesehen. 3

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Der Felgenkörper 2 wird in an sich herkömmlicher Weise aus Leichtmetall gegossen; beispielsweise handelt es sich bei der vorliegenden Felge um eine gegossene Aluminium- oder Magnesiumfelge. Anders als bei herkömmlichen Leichtmetallfelgen wird bei der vorliegenden Felge I jedoch das Leichtmetall in Form von geschlossenen "Hohl"profilen in der Art von Kastenprofilen gegossen, wodurch hohe Festigkeitswerte erzielt werden können. Um dabei die Herstellung so einfach wie möglich zu halten, werden die "Hohl"räume in diesen Kastenprofilen oder allgemein in den geschlossenen Profilen der Felge 1 durch leichtgewichtige Formteile ausgefüllt, die bevorzugt aus Metallschaum, insbesondere aus Schaumaluminium, vorgefertigt und dann beim Gießen der Feigen 1 in das Gießwerkzeug (nicht dargestellt) eingelegt werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein einstückiger Formteil 8 vorgesehen, der im Hornbereich bei 8' kreisförmig geschlossen ist, und der im Rippenbereich 4, im Bereich der Felgenspeichen 9, in einem Stück mit radial einwärts abstehenden Speichen-Formteilen 8" ausgebildet ist.

Wie aus der Zeichnung, insbesondere Fig.3 im Vergleich zu Fig.2, ersichtlich ist, ist der Formteil 8, d.h. der kreisförmig geschlossene äußere Teil 8', in seinem Bereich zwischen den Speichen 9 im Querschnitt kleiner gestaltet, verglichen mit dem Bereich unmittelbar radial außerhalb der Speichen 9, wobei auch der zugehörige Hombereich 5 der Felge 1 in diesen Umfangsabschnitten einen kleineren Querschnitt auf weist, der über Übergangsbereiche 10 bzw. II an die eine größere Dicke aufweisenden Abschnitte im Bereich der Speichen 9 anschließt.

Je nach Form der Felge - die gezeigte Felge 1 mit den Speichen 9 ist nur als eines von vielen Beispielen anzusehen - kann der Formteil 8 selbstverständlich auch andere Gestalten haben, und insbesondere ist es auch möglich, die Formteile 8" im Bereich der Speichen als von dem reifenförmigen Formteil 8' getrennte Teile vorzusehen. Auch ist es denkbar, im Rippenbereich 4, innerhalb der Speichen 9, mehrere Formteile in Abständen nebeneinander vorzusehen, so daß vom Leichtmetall beim Gießen dann Mehrkammer-Hohlprofile gebildet werden. Von Bedeutung ist jedenfalls, daß durch das Umgießen der leichtgewichtigen Formteile 8 bzw. 8', 8" mit dem Leichtmetall geschlossene Kastenprofile gebildet werden, wie in Fig. 4 bei 12 angedeutet ist, wodurch außerordentlich hohe Festigkeitswerte erzielt werden können. Dabei können sehr dünnwandige Kastenprofile 12 vorgesehen werden, ohne daß die Festigkeit dadurch beeinträchtigt würde, und andererseits können die Formteile 8 bzw. 8', 8" im Vergleich zum für die Felge 1 an sich verwendeten Leichtmetall ein wesentlich geringeres mittleres spezifisches Gewicht haben, so daß die beschriebenen Gewichtsvorteile erzielt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich in Versuchen Schaumaiuminium für die Herstellung der Formteile 8 bzw. 8', 8" erwiesen, es ist jedoch auch mit vergleichbaren ähnlichen, anderen aufgeschäumten Metallen, aber auch mit Wabenstrukturen, eine entsprechende Gewichtsreduktion in Verbindung mit den dünnwandigen Kastenprofilen beim Eingießen im Leichtmetall zu erreichen. Damit können in den fraglichen Bereichen, wie insbesondere im Bereich der Speichen 9 und im Hombereich 5, auf wirtschaftliche Weise Querschnitte hergestellt werden, welche durch das beschriebene geschlossene Kastenprofil 12 ein Höchstmaß an Festigkeit bei einem Minimum an Leichtmetall-Masse (und damit bei einem minimalen Gewicht) ermöglichen. Das Schaumaluminium kann, je nach Gasanteil beim Aufschäumen, ein spezifisches Gewicht von beispielsweise 0,3 bis 0,7 kg/dm3 haben, wobei gute Ergebnisse bei praktischen Versuchen mit Schaumaluminium mit einem spezifischen Gewicht von ca. 0,5 kg/dm3 erzielt werden konnten.

Bei der Herstellung können vergleichsweise einfache Formgebungen für die Felge 1 vorgesehen werden, wobei insbesondere keine Abwinkelungen oder dergl. in den fraglichen Bereichen erforderlich sind, wie dies in der Vergangenheit vorgesehen wurde, um die Festigkeit der Profilbereiche zu erhöhen; demgemäß können auch die Gießwerkzeuge für die Felgen 1 relativ einfach gestaltet werden.

Vor dem Eingießen des Leichtmetalls, z.B. Gußaluminium, werden die zuvor gefertigten Formteile 8 bzw. 8’, 8" in das Gießwerkzeug eingelegt und dort mit Hilfe von Zentrierstiften in der richtigen Position festgelegt. Danach wird das Leichtmetall in das Gießwerkzeug eingegossen, wobei die Formteile 8, 8', 8" umgossen werden. Die Zentrierstifte, von denen in Fig.2 zwei beispielsweise bei 13 bzw. 14 schematisch angedeutet sind, verbleiben im Leichtmetall der Felge 1, und etwaige über die Außenseite der Felge 1 vorstehende Teile werden nach dem Entformen einfach abgeschliffen.

Die Formteile 8, 8', 8" sind selbstverständlich so zu wählen, daß sie beim Eingießen im Leichtmetall nicht schmelzen. Die vorstehend erwähnten Materialien, nämlich besonders bevorzugt Schaumaluminium oder allgemein Metallschaum, sind dabei insofern gut geeignet als sie nach 4

Claims

AT 406 134 B ihrer Herstellung üblicherweise eine Oxidhaut aufweisen, die eine höhere Schmelztemperatur, verglichen mit dem Leichtmetall des Felgenkörpers 2, aufweist. Außerdem weisen diese Materialien durch die hohen Gasanteile einen schlechten Wärmeübertragungskoeffizienten auf, so daß sich derartige Metallschaum-(Schaumaluminium-) Formteile, wie Versuche gezeigt haben, völlig problemlos beispielsweise in Aluminium bzw. Aluminium-Magnesium-Legierungen eingießen lassen. Im Fall von Wabenstrukturen für die Formteile 8, 8', 8" können die Wabenlamellen auch aus Stahl bestehen und so einen höheren Schmelzpunkt, verglichen mit dem Gußaluminium oder dergl. Leichtmetall, haben. Als Material für die Zentrierstifte 13, 14 kann beispielsweise ebenfalls Stahl gewählt werden, die Zentrierstifte 13,14 können jedoch auch beispielsweise aus Keramikmaterial bestehen. Die vorliegende Felge 1 eignet sich insbesondere für PKW-und LKW-Räder und für Motorräder, aber auch für Räder im Flugzeugbau. Patentansprüche: 1. Rad-Gußfelge, mit einem als Verbundkörper ausgeführten Leichtmetall-Felgenkörper, der einen Nabenbereich, einen Hornbereich und einen zwischen diesen Bereichen befindlichen Wand- oder Rippen bereich, z.B. mit Speichen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Leichtmetall des einteilig gegossenen Felgenkörpers wenigstens ein Formteil (8;8',8") eingegossen ist, der ein kleineres mittleres spezifisches Gewicht als das für den Guß verwendete Leichtmetall aufweist, wobei vorzugsweise im Wand- oder Rippenbereich (4) zumindest ein sich radial erstreckender Formteil (8") und insbesondere im Hornbereich (5) ein kreisförmig geschlossener Formteil (8‘) eingegossen ist.
2. Rad-Gußfelge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Hombereich (5) eingegossene kreisförmig geschlossene Formteil (8') einstückig mit von ihm radial einwärts verlaufenden Speichen-Formteilen (8") ausgebildet ist.
3. Rad-Gußfelge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Formteil(e) (8;8',8") aus Metallschaum, insbesondere aus Schaumaluminium, besteht bzw. bestehen.
4. Rad-Gußfelge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Formteile (8;8',8") aus einem an sich bekannten Wabenkörper, z.B. aus Stahllamellen, besteht bzw. bestehen.
5. Rad-Gußfelge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die sich radial erstreckende(n) Formteil(e) (8;8',8") einen im wesentlichen viereckigen, von einem Kastenprofil (12) aus dem gegossenen Leichtmetall umschlossenen Querschnitt aufweist bzw. aufweisen.
6. Verfahren zur Herstellung einer Rad-Gußfelge nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durch Gießen in einem Gießwerkzeug, dadurch gekennzeichnet daß zumindest ein vorgefertigter Formteil in das Gießwerkzeug eingelegt und darin mit Hilfe von Zentrierstiften od. dgl. fixiert wird, worauf der Formteil mit dem Leichtmetall, z.B. Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung, umgossen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Gießen vorstehende Teile der Zentrierstifte abgeschliffen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zentrierstifte aus Stahl verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß keramische Zentrierstifte verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Formteil(e) aus Metallschaum, vorzugsweise Schaumaluminium, vorgeformt wird bzw. werden, wobei eine äußere Oxidhaut gebildet wird. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5