DE19831875A1 - Light alloy wheel for bicycles and motor cycles is constructed from base component fabricated in hollow mould in pressure die casting process and at least one inlaid section is inserted in cavity before die casting - Google Patents
Light alloy wheel for bicycles and motor cycles is constructed from base component fabricated in hollow mould in pressure die casting process and at least one inlaid section is inserted in cavity before die castingInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad aus einer Leichtmetallegierung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Fertigung eines solchen Laufrades und eine Felge als Einlegeteil zur Verwendung bei diesen Verfahren.The present invention relates to an impeller from a Light metal alloy with the characteristics of the generic term of claim 1 and a method for manufacturing a such impeller and a rim as an insert for Use in these procedures.
Neben den herkömmlichen Drahtspeichenrädern für Fahrräder und Motorräder sind einstückige Räder aus Aluminium- oder Magnesiumdruckguß sowie aus Kunststoff im Spritzgußverfahren bekannt. Verbundräder sind bekannt aus Aluminiumfelgen, die mit einem Grundkörper aus Kohlefaser zusammengefügt sind oder auch aus Stahlfelgen, die mit speichenartigen Stanzbiegeteilen vernietet sind.In addition to the conventional wire spoke wheels for bicycles and motorcycles are one-piece wheels made of aluminum or Magnesium die-cast and plastic in Injection molding process known. Compound wheels are known from Aluminum rims with a base made of carbon fiber are assembled or made of steel rims with spoke-like stamped and bent parts are riveted.
Als bislang vorteilhafteste Ausführungsform hat sich das Druckgußrad aus Magnesiumlegierung insbesondere für Fahrräder herausgestellt, weil hier die Fertigungspräzision, die Stabilität und das Gewicht für zahlreichen Anwendungen ein optimales Verhältnis zueinander erreichen. Aluminiumräder sind in der Praxis ausgesprochen schwer, insbesondere bei der Verwendung für Fahrräder. Verbundräder aus Aluminiumfelgen und Kohlefaserkomponenten zeigen in der Praxis Festigkeitsprobleme im Verbindungsbereich, sofern Felgenbremsen verwendet werden. Der Verbindungsbereich wird dabei derart heiß, daß geklebte Verbindungen sich lösen. Einstückige Räder aus Magnesiumdruckguß sind demgegenüber in der Fertigung relativ aufwendig, weil der Nabenflansch und die für Felgenbremsen vorgesehenen Felgenflanken nach dem Druckgießen überarbeitet werden müssen. Aus Präzisionsgründen sollte dies in einer Aufspannung erfolgen. Der Bearbeitungsvorgang ist relativ aufwendig.This has been the most advantageous embodiment to date Die casting wheel made of magnesium alloy especially for Bicycles exposed because here the Manufacturing precision, stability and weight for ideal ratio for numerous applications reach each other. Aluminum wheels are in practice extremely heavy, especially when used for Cycles. Composite wheels made of aluminum rims and Carbon fiber components show in practice Strength problems in the connection area, if Rim brakes are used. The connection area becomes so hot that glued connections to solve. One-piece cast magnesium wheels are in contrast, relatively expensive to manufacture because of Hub flange and those provided for rim brakes Rim flanks are reworked after die casting have to. For precision reasons, this should be done in one Clamping. The editing process is relative complex.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laufrad aus einer Leichtmetallegierung zu schaffen, das in Gewicht und Festigkeit den bekannten Rädern zumindest entspricht, das jedoch einen geringeren Nacharbeitungsaufwand erfordert und thermischen Belastungen widersteht.Based on this, it is the task of the present one Invention, an impeller made of a light alloy create the known in weight and strength Wheels at least corresponds, but this is less Reworking required and thermal Withstands loads.
Diese Aufgabe wird von einem Laufrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs W sowie von einer Felge mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This task is carried out by an impeller with the characteristics of claim 1, with a manufacturing process with the Features of claim W and a rim with the Features of claim 10 solved.
Weil das Laufrad von einem im Druckgußverfahren in einer Hohlform gefertigten Grundkörper und wenigstens einem vor dem Druckgießen in den Hohlraum eingelegten Einlegeteil gebildet ist, kann das Einlegeteil einerseits unlösbar mit dem Grundkörper verbunden werden und andererseits bereits vorgefertigte Oberflächen aufweisen, die keiner Nachbehandlung bedürfen.Because the impeller is die-cast in one Hollow-shaped base body and at least one in front the die-casting insert inserted into the cavity is formed, the insert can be unsolvable on the one hand be connected to the base body and on the other hand already have prefabricated surfaces that none Post-treatment is required.
Dabei ist zur Vereinfachung der Fertigung insbesondere von Vorteil, wenn das Einlegeteil die Felge des Laufrades bildet. Es kann auch vorgesehen sein, daß das Einlegeteil den Nabenabschnitt als Gehäuse der Laufradnabe bildet. In particular, to simplify production advantageous if the insert is the rim of the wheel forms. It can also be provided that the insert forms the hub portion as the housing of the impeller hub.
Mit Vorteil ist die Felge ein in an sich bekannter Weise gefertigtes Stranggußprofil mit Felgenhörnern und Felgenflanken, wobei in dem der Radachse zugewandten Bereich Hinterschneidungen vorgesehen sind. Dieses Bauelement kann dann mit bekannten Verfahren in guter Präzision vorgefertigt sein. Aus Gewichtsgründen und Stabilitätsgründen ist es von Vorteil, wenn die Felge wenigstens eine umlaufende Hohlkammer enthält. Dies ist an sich aus Speichenradfelgen bekannt, konnte aber bislang bei druckgegossenen Rädern nicht nachvollzogen werden.The rim is advantageously a known manner manufactured continuous cast profile with rim flanges and Rim flanks, the one facing the wheel axle Area undercuts are provided. This The component can then be used in known methods Precision be prefabricated. For weight reasons and For stability reasons, it is advantageous if the rim contains at least one circumferential hollow chamber. This is known per se from spoke wheel rims, but could so far not possible with die-cast wheels become.
Für die dauerhafte Stabilität ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper und das wenigstens eine Einlegeteil aus Materialien mit im wesentlichen gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sind. Die im Betrieb zu erwartenden Temperaturbereiche liegen etwa zwischen -20°C und 140°C bei Benutzung von Felgenbremsen. Je geringer die Unterschiede im Wärmeausdehnungskoeffizienten sind, desto besser.For permanent stability, it is advantageous if the base body and the at least one insert part Materials with essentially the same Thermal expansion coefficients are made. The in Operation expected temperature ranges are about between -20 ° C and 140 ° C when using Rim brakes. The smaller the differences in Thermal expansion coefficients are the better.
Weil bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist, daß zumindest ein Einlegeteil in den Formhohlraum eingelegt wird, sodann der Formhohlraum geschlossen wird und schließlich der nicht von dem Einlegeteil ausgefüllte Bereich des Formhohlraums im Druckguß mit Leichtmetall gefüllt wird, kann das Einlegeteil mit dem zu bildenden Grundkörper eine innige und feste Verbindung eingehen, wobei das Einlegeteil seine ursprüngliche Fertigungspräzision nicht verliert. Es ist vorteilhaft, wenn das Einlegeteil als Laufradfelge mit Felgenflanken und einem Felgenbett gestaltet ist, wobei zumindest die Felgenflanken bei dem Druckgießen nicht mit Leichtmetall beaufschlagt werden. Die Felgenflanken sind für einen guten Bremskomfort und eine gleichmäßige Bremswirkung in Verbindung mit Felgenbremsen diejenigen Bauteile, deren Präzision insbesondere im Bezug auf Seitenschlag des Rades besonders hoch sein muß. Wenn das Einlegeteil im wesentlichen zu einer Achse rotationssymmetrisch ist und vor dem Druckgießen derart in dem Formhohlraum positioniert wird, daß die Achse mit einer Symmetrieachse des Hohlraums zusammenfällt, ist eine gute Rundlaufpräzision gewährleistet.Because provided in a method according to the invention is that at least one insert in the mold cavity is inserted, then the mold cavity is closed and finally the one not filled in by the insert Area of the mold cavity in die casting with light metal is filled, the insert can be formed with the Basic body make an intimate and firm connection, the insert being its original Manufacturing precision is not lost. It is beneficial if the insert as an impeller rim with rim flanks and a rim well is designed, at least the Rim flanks in die casting not with light metal be charged. The rim flanks are for one good braking comfort and an even braking effect in Connection with rim brakes those components whose Precision, especially with regard to the side run of the Wheel must be particularly high. If the insert in is essentially rotationally symmetrical about an axis and prior to die casting in the mold cavity that the axis is positioned with an axis of symmetry of the cavity collapses is a good one Concentricity guaranteed.
Weil bei einer Felge der Radachse zugewandte Befestigungsbereiche vorgesehen sind, die Hinterschneidungen aufweisen, kann eine derartige Felge als Einlegeteil im Druckgußverfahren mit dem erstarrenden Grundkörper eine innige und feste Verbindung eingehen. Dabei können die Befestigungsbereiche von einer zu der Radachse hin offenen und im Querschnitt im wesentlichen T-förmigen Nut gebildet sein. In diese Nut hineingepreßtes flüssiges Leichtmetall wird dort eine formschlüssige und feste Verbindung eingehen. Ähnliches gilt, wenn die Befestigungsbereiche von einem zu der Radachse hinweisenden, T-förmigen Steg gebildet sind. Dann kann der Steg von dem Leichtmetall umfaßt und ebenso fest umschlossen werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn die Befestigungsbereiche von einem zu der Radachse hinweisenden und mit insbesondere parallel zu der Radachse orientierten Ausnehmungen oder Öffnungen versehenen Steg gebildet sind. In diesem Fall kann der Verbindungsbereich zwischen dem druckgegossenen Grundkörper und der Felge besonders schlank gestaltet werden.Because with a rim facing the wheel axis Fastening areas are provided that Such a rim can have undercuts as an insert in the die casting process with the solidifying Basic body enter into an intimate and firm connection. The attachment areas can from one to the Wheel axis open and essentially in cross section T-shaped groove can be formed. In this groove pressed-in liquid light metal becomes one form-fitting and firm connection. Similar thing applies if the fastening areas from one to the Wheel axis pointing, T-shaped web are formed. Then the web can be covered by the light metal and likewise be firmly enclosed. Another beneficial one Embodiment arises when the Fastening areas from one to the wheel axle indicative and with in particular parallel to the Recesses or openings oriented to the wheel axis provided web are formed. In this case, the Connection area between the die-cast Base body and the rim are particularly slim become.
Sowohl bei den Fertigungsverfahren als auch bei den Vorrichtungen ist von Vorteil, wenn das Leichtmetall sowohl des Grundkörpers als auch des wenigstens einen Einlegeteils eine Magnesiumlegierung ist. Diese Legierungen zeichnen sich für den vorliegenden Anwendungsfall durch ein außerordentlich gutes Verhältnis von Gewicht zu Stabilität aus. Weiter sind derartige Legierungen besonders gut geeignet, Hinterschneidungen oder Durchbrüche zu füllen.Both in the manufacturing process and in the Devices is an advantage if the light metal both the basic body and the at least one The insert is a magnesium alloy. This Alloys stand out for the present Use case through an extraordinarily good relationship from weight to stability. Such are further Alloys particularly well suited, undercuts or to fill breakthroughs.
Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.The following are three embodiments of the present invention described with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Einen Querschnitt durch die Felge und den Grundkörper eines erfindungsgemäßen Laufrades in einer abgebrochenen Darstellung; Figure 1 shows a cross section through the rim and the base body of an impeller according to the invention in a broken view.
Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1 durch eine anders gestaltete Felge mit einer Hohlkammer; sowie FIG. 2 shows a cross section corresponding to FIG. 1 through a differently designed rim with a hollow chamber; such as
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Felge entsprechend Fig. 1 und Fig. 2 mit einem T-förmigen Verbindungssteg. Fig. 3 shows a cross section through a rim corresponding to Fig. 1 and Fig. 2 with a T-shaped connecting web.
In der Fig. 1 ist ein Querschnitt durch den Felgenbereich eines Laufrades 1 dargestellt, wobei eine im Stranggußverfahren hergestellte Felge 2 mit einem Grundkörper 3 zusammengefügt ist. Die Felge 2 weist zwei Felgenflanken 4 sowie zwei Felgenhörner 5 auf, die ein Felgenbett 6 umgeben. Die Felgenhörner 5 und das Felgenbett 6 sind im Betrieb dem Schlauchreifen eines Zweirades, hier insbesondere eines Fahrrades zugewandt. An der dem Felgenbett 6 abgewandten Seite trägt die Felge eine T-förmige Nut 7, die symmetrisch bezüglich der durch eine Linie 8 angedeuteten Radmittenebene angeordnet ist. Die Nut 7 weist einen Nutengrund 10 sowie von der Radmittenebene 8 wegweisende Hinterschneidungen 11 auf. Im übrigen trägt die Felge 2 noch zwei umlaufende, ringförmige Kanäle 12 mit kreisrundem Querschnitt, die zur Aufnahme von Paßstiften beim Zusammenfügen des Felgenstoßes vorgesehen sind.In Fig. 1 a cross-section through the rim area of an impeller 1, wherein a rim produced in the continuous casting process is combined with a 2 base 3. The rim 2 has two rim flanks 4 and two rim flanges 5 which surround a rim base 6 . The rim flanges 5 and the rim base 6 face the tubular tire of a two-wheeled vehicle, in particular a bicycle, during operation. On the side facing away from the rim base 6 , the rim has a T-shaped groove 7 which is arranged symmetrically with respect to the wheel center plane indicated by a line 8 . The groove 7 has a groove base 10 and undercuts 11 pointing away from the wheel center plane 8 . In addition, the rim 2 still carries two circumferential, annular channels 12 with a circular cross section, which are provided for receiving dowel pins when joining the rim joint.
Die Fig. 2 zeigt ein Laufrad 20, das im wesentlichen im Aufbau demjenigen aus Fig. 1 entspricht. Die Felge 2 weist hier jedoch eine Hohlkammer 21 auf, die parallel zum Felgenbett 6 umlaufend im Material der Felge 2 vorgesehen ist. Wiederum mittig in der Radmittenebene 8 ist ein umlaufender, auf die Radachse weisender Steg 22 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt vorgesehen. Der Steg 22 trägt eine Anzahl von Durchbrüchen 23, die quer zu der Radmittenebene 8 orientiert sind. FIG. 2 shows an impeller 20 which essentially corresponds in structure to that from FIG. 1. Here, however, the rim 2 has a hollow chamber 21 , which is provided in the material of the rim 2 all around in parallel to the rim bed 6 . Again in the center of the wheel center plane 8 , a circumferential web 22 pointing towards the wheel axis and having a substantially rectangular cross section is provided. The web 22 has a number of openings 23 which are oriented transversely to the wheel center plane 8 .
Die Fig. 3 zeigt wiederum einen Querschnitt durch ein Laufrad 30, das im wesentlichen den Darstellungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entspricht. Die Felge 2 trägt hier einen zur Radmittenebene 8 symmetrischen Steg 31 mit etwa pfeilförmigem Querschnitt, der beidseits der Radmittenebene 8 von dieser wegweisende, umlaufende Ringnuten 32 definiert. Die Nuten 32 sind bezüglich der (nicht dargestellten) Radachse als Hinterschneidungen ausgeführt.Again, the Fig. 3 shows a cross section of an impeller 30 which is substantially the illustrations according to FIGS. 1 and Fig. 2 corresponds. The rim 2 here carries a web 31 which is symmetrical to the wheel center plane 8 and has an approximately arrow-shaped cross section and which defines circumferential annular grooves 32 on both sides of the wheel center plane 8 . The grooves 32 are designed as undercuts with respect to the wheel axis (not shown).
Die insoweit beschriebenen Laufräder werden folgendermaßen gefertigt. Zunächst wird die Felge 2, die als Stranggußprofil in an sich bekannter Weise gefertigt ist, in den Formhohlraum einer Druckgußform angelegt. Dabei liegt die Felge 2 mittig bezüglich der späteren Radachse und symmetrisch bezüglich der Radmittenebene 8 in der Form. Die Felgenflanken 8 und das Felgenbett 6 sind so in den Formhohlraum eingebettet, daß sie bei geschlossener Form gegenüber dem Formhohlraum abgeschlossen sind. Sodann wird die Form geschlossen und mit hohem Druck von der Mitte her das Leichtmetall zur Bildung des Grundkörpers 3 eingeschossen. Hierbei fließt die Leichtmetallegierung in die T-förmige Nut 7 und füllt die Hinterschneidungen 11 aus, bevor sie erstarrt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 umfließt das Leichtmetall des Steg 22 und durchdringt die Durchbrüche oder Ausnehmungen 23. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 umfließt das Leichtmetall des Steg 31 und dringt in die Nuten 32 ein. Nach dem Erstarren des Leichtmetalls zum Grundkörper 3 ist eine innige, formschlüssige Verbindung zu der Felge 2 geschaffen. Die erreichbare Präzision, mit der die Felge 2 bezüglich der Radmittenebene 8 und der Radachse 8 positioniert ist, reicht in der Praxis für den gewünschten Rundlauf eines Fahrradlaufrades aus. Eine Nachbearbeitung ist nicht erforderlich, da durch den Sitz im Formhohlraum sowohl eine Verlagerung der Felge 2 vor dem Erstarren des Grundkörpers 3 als auch eine Beeinträchtigung der Felgenflanken 4 ausgeschlossen werden kann. Die aufwendige Nachbearbeitung der Felgenflanken, die bei den bekannten Druckgußrädern erforderlich ist, kann entfallen.The impellers described so far are manufactured as follows. First, the rim 2 , which is manufactured as a continuous casting profile in a manner known per se, is placed in the mold cavity of a die casting mold. The rim 2 is centered in the shape with respect to the later wheel axis and symmetrical with respect to the wheel center plane 8 . The rim flanks 8 and the rim well 6 are embedded in the mold cavity in such a way that they are closed off from the mold cavity when the mold is closed. The mold is then closed and the light metal is shot in from the center to form the base body 3 with high pressure. The light metal alloy flows into the T-shaped groove 7 and fills the undercuts 11 before it solidifies. In the embodiment according to FIG. 2, the light metal flows around the web 22 and penetrates the openings or recesses 23 . In the embodiment according to FIG. 3, the light metal flows around the web 31 and penetrates into the grooves 32 . After the light metal has solidified to form the base body 3 , an intimate, positive connection to the rim 2 is created. The achievable precision with which the rim 2 is positioned with respect to the wheel center plane 8 and the wheel axis 8 is sufficient in practice for the desired concentricity of a bicycle wheel. Post-processing is not necessary, since the seat in the mold cavity can both rule out a displacement of the rim 2 before the base body 3 solidifies and impairment of the rim flanks 4 . The elaborate post-processing of the rim flanks, which is required in the known die-cast wheels, can be omitted.
In ähnlicher Weise können andere Einlegeteile im Formhohlraum positioniert werden. So kann beispielsweise ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse zur Aufnahme der Bauelemente der Radnabe als vorgefertigtes Teil eingelegt werden, so daß Bundflächen und Gewinde der Radnabe nicht nachträglich angefertigt und eingeschnitten werden müssen. Außerdem können im Bereich der gegossenen Speichen, die im wesentlichen radial von der Nabe zu der Felge verlaufen, Rohre oder Hohlkörper eingelegt werden, die umspritzt werden und dadurch bei gleicher Festigkeit ein abgesenktes Gewicht ermöglichen.Similarly, other inserts in the Mold cavity to be positioned. For example a substantially tubular housing for receiving the Components of the wheel hub inserted as a prefabricated part so that the flange surfaces and thread of the wheel hub are not can be made and cut afterwards have to. Also can be cast in the area Spokes that are essentially radial from the hub to the Rim run, tubes or hollow bodies are inserted, which are overmolded and therefore with the same strength allow a reduced weight.
Als Legierungen für die Felge 2 und den Grundkörper 3 werden derzeit an sich bekannte Magnesiumlegierungen bevorzugt, wobei die Legierungen eine identische oder zumindest sehr ähnliche Zusammensetzung aufweisen. Magnesium alloys known per se are currently preferred as alloys for the rim 2 and the base body 3 , the alloys having an identical or at least very similar composition.
Dadurch ergeben sich geringe oder gar keine Unterschiede in der Wärmeausdehnung. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine Aluminiumfelge mit einem Grundkörper aus Magnesiumlegierung zu kombinieren. Derartige heterogene Systeme sind bei entsprechender Wahl der zusammenzufügenden Legierungen technisch machbar und auf Dauer haltbar.This results in little or no difference in thermal expansion. But it can also be provided be an aluminum rim with a base body Combine magnesium alloy. Such heterogeneous Systems are the appropriate choice alloys to be joined technically feasible and on Durable.
Die insoweit beschriebenen Laufräder und das insoweit beschriebene Fertigungsverfahren sind in der Praxis besonders gut ausführbar, wenn hierfür spezielle Felgen vorgesehen werden. Diese Felgen weisen ein im wesentlichen geschlossenes umlaufendes Felgenbett 6 auf, das keine Durchbrüche hat. Die für Luftreifen erforderliche Bohrung für ein Ventil kann nachträglich gebohrt werden. Bei derartigen Felgen ist insbesondere vorteilhaft, daß ohne besondere Maßnahmen schlauchlose Reifen Verwendung finden können. Dies ist bei herkömmlichen Rädern wie auch bei Verbundrädern nicht ohne weiteres möglich.The impellers described so far and the manufacturing method described so far can be carried out particularly well in practice if special rims are provided for this purpose. These rims have a substantially closed peripheral rim base 6 , which has no openings. The hole for a valve required for pneumatic tires can be drilled afterwards. With such rims it is particularly advantageous that tubeless tires can be used without special measures. This is not readily possible with conventional wheels or with composite wheels.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß mit der vorliegenden Erfindung die Fertigung von Gußrädern mittels Einlegeteilen ermöglicht wird, so daß die Einlegeteile bereits fertig bearbeitete Oberflächen aufweisen und keine Nacharbeitung erforderlich ist. Hierdurch lassen sich die Produktionskosten gegenüber den bekannten Rädern deutlich senken. Die Festigkeit ist den bekannten Laufrädern mindestens ebenbürtig. Es ergeben sich außerdem gestalterische Möglichkeiten, die bei gleicher Festigkeit eine weitere Gewichtsreduzierung möglich machen.In summary, it can be said that with the present Invention the manufacture of cast wheels by means of Inserts is made possible so that the inserts have already finished surfaces and no rework is required. Let her through the production costs compared to the known wheels significantly lower. The strength is known At least equal to the wheels. Surrender also design options that are the same Strength another weight reduction possible do.
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