DE102014211174A1 - Wheel, in particular for a motor vehicle, and a method for producing such a wheel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Felge, einer Nabe und einem Radstern mit Speichen, wobei die Felge durch die Speichen mit der Nabe verbunden ist, und wobei das Rad wenigstens eine Verstärkung aufweist, die mit dem Rad verbunden ist und mit diesem mechanisch gekoppelt ist, um die Steifigkeit des Rades zu erhöhen, wobei die Verstärkung durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen hergestellt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rades.The invention relates to a wheel, in particular for a motor vehicle, with a rim, a hub and a spider with spokes, wherein the rim is connected by the spokes to the hub, and wherein the wheel has at least one reinforcement which is connected to the wheel and mechanically coupled thereto to increase the rigidity of the wheel, wherein the reinforcement is made by selective laser melting and / or laser deposition welding. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a wheel.
Description
Die Erfindung betrifft ein Rad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Felge, einer Nabe und einem Radstern mit Speichen, wobei die Felge durch die Speichen mit der Nabe verbunden ist, und wobei das Rad wenigstens eine Verstärkung aufweist, die mit dem Rad verbunden ist und mit diesem mechanisch gekoppelt ist, um die Steifigkeit des Rades zu erhöhen.The invention relates to a wheel, in particular for a motor vehicle, with a rim, a hub and a spider with spokes, wherein the rim is connected by the spokes to the hub, and wherein the wheel has at least one reinforcement which is connected to the wheel and mechanically coupled thereto to increase the stiffness of the wheel.
Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives, durch zusätzliche Verstärkungen versteiftes Rad bereitzustellen sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen Rades. Insbesondere ist es jedoch Aufgabe der Erfindung, ein alternatives, durch zusätzliche Verstärkungen versteiftes Rad bereitzustellen, dessen Herstellung weniger aufwendig ist.The object of the present invention is to provide an alternative wheel stiffened by additional reinforcements and a corresponding method for producing such a wheel. In particular, however, it is an object of the invention to provide an alternative stiffened by additional reinforcements wheel whose production is less expensive.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Rad mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 4. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a wheel with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 4. Advantageous and preferred embodiments of the invention are the subject of further claims and are explained in more detail below. The wording of the claims is incorporated herein by express reference.
Ein erfindungsgemäßes Rad ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen hergestellt ist.A wheel according to the invention is characterized in that the reinforcement is produced by selective laser melting and / or laser deposition welding.
Beim selektiven Laserschmelzen (selective laser melting), das grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird ein aufzutragender Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf ein Trägerbauteil aufgebracht und mittels eines Lasers mit dem Trägerbauteil verschmolzen. Anschließend kann eine weitere Schicht Pulver aufgebracht und mit Hilfe des Lasers mit der darunter liegenden Schicht verschmolzen werden. Dieser Zyklus kann solange wiederholt werden, bis der gewünschte Materialauftrag erreicht ist. Je nach den eingesetzten Werkstoffen kann es dabei erforderlich sein, diesen Vorgang unter Schutzgasatmosphäre durchzuführen.In selective laser melting, which is basically known from the prior art, a material to be applied in powder form is applied in a thin layer to a carrier component and fused by means of a laser to the carrier component. Subsequently, another layer of powder can be applied and fused by means of the laser with the underlying layer. This cycle can be repeated until the desired material application is achieved. Depending on the materials used, it may be necessary to carry out this process under a protective gas atmosphere.
D. h. bei einem erfindungsgemäßen Rad, bei dem die Verstärkung durch selektives Laserschmelzen hergestellt worden ist, ist die Verstärkung hergestellt worden, in dem auf das Rad der Werkstoff der Verstärkung in Pulverform in einer dünnen Schicht aufgetragen worden und dann mittels eines Lasers mit dem Rad verschmolzen worden ist, wobei dieser Zyklus so oft wiederholt worden ist, bis der gewünschte Materialauftrag erreicht worden ist.Ie. in a wheel according to the invention in which the reinforcement has been produced by selective laser melting, the reinforcement has been produced by applying to the wheel the material of reinforcement in powder form in a thin layer and then by means of a laser to the wheel , this cycle has been repeated until the desired material application has been achieved.
Beim Laserauftragsschweißen wird ein Materialauftrag auf die Oberfläche eines Trägerbauteils erzeugt, in dem die Oberfläche des Trägerbauteils mit Hilfe eines Lasers aufgeschmolzen wird und gleichzeitig das aufzutragende Material zugeführt und aufgebracht wird. Das aufzutragende Material kann dazu beispielsweise als Pulver bereitgestellt und zugeführt werden oder in Form eines Schweißdrahtes oder dergleichen. Je nach den eingesetzten Werkstoffen kann es dabei ebenfalls erforderlich sein, diesen Vorgang unter Schutzgasatmosphäre durchzuführen.In laser deposition welding, a material application is produced on the surface of a carrier component, in which the surface of the carrier component is melted by means of a laser and at the same time the material to be applied is supplied and applied. The material to be applied can be provided and supplied, for example, as a powder or in the form of a welding wire or the like. Depending on the materials used, it may also be necessary to carry out this process under a protective gas atmosphere.
Entsprechend ist bei einem erfindungsgemäßen Rad, bei dem die Verstärkung durch Laserauftragsschweißen hergestellt worden ist, die Verstärkung hergestellt worden, in dem zunächst die Oberfläche des Rades mittels eines Lasers aufgeschmolzen worden ist, während gleichzeitig das Verstärkungsmaterial zugeführt und aufgebracht worden ist, wobei das Verstärkungsmaterial beispielsweise in Pulverform oder als Schweißdraht oder dergleichen zugeführt worden ist.Accordingly, in a wheel according to the invention, in which the reinforcement has been produced by laser deposition welding, the reinforcement has been produced in which first the surface of the wheel has been melted by means of a laser, while at the same time the reinforcing material has been supplied and applied, wherein the reinforcing material, for example in powder form or as a welding wire or the like has been supplied.
Ein wesentlicher Vorteil des selektiven Laserschmelzens und des Laserauftragsschweißens liegt jeweils darin, dass nahezu jede beliebige Geometrie herstellbar ist. Insbesondere sind komplizierte Geometrien möglich, die im Guss- bzw. Schmiedeverfahren nicht oder nur sehr schwer herstellbar sind, beispielsweise Geometrien mit Hinterschneidungen etc., die im Gussverfahren nicht herstellbar sind, da ansonsten keine Entformung des Bauteils aus der Gussform möglich ist.A significant advantage of selective laser melting and laser deposition welding lies in the fact that almost any geometry can be produced. In particular, complicated geometries are possible, which are difficult or impossible to produce in the casting or forging process, for example geometries with undercuts, etc., which can not be produced in the casting process, since otherwise no removal of the component from the casting mold is possible.
Ferner sind keine teuren Werkzeuge und Formen nötig und die Anordnung und die Geometrie des Materialauftrags kann jederzeit ohne großen Aufwand verändert werden.Furthermore, no expensive tools and molds are needed and the arrangement and the geometry of the material order can be changed at any time without much effort.
Gegenüber Rädern aus Aluminium mit Verstärkungen in Form von Einlegern bzw. Kernen aus einem Faserverbundwerkstoff haben Aluminium-Räder mit Verstärkungen, die durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen auf das Rad aufgebracht worden sind, den Vorteil, dass die Verstärkungen jeweils mit dem Rad verschmolzen sind und damit unmittelbar mit diesem verbunden sind. Dadurch kann eine deutlich verbesserte mechanische Kopplung zwischen der Verstärkung und dem Rad erreicht werden und damit eine größere Versteifung.As compared to aluminum wheels having reinforcements in the form of fiber composite cores, aluminum wheels with reinforcements applied to the wheel by selective laser melting and / or laser cladding have the advantage that the reinforcements are respectively fused to the wheel and thus directly connected with it are. As a result, a significantly improved mechanical coupling between the reinforcement and the wheel can be achieved and thus a greater stiffening.
Ferner wird ein Spalt zwischen dem Rad und der Verstärkung vermieden, in der sich möglicherweise Feuchtigkeit oder Schmutz sammeln könnte, so dass das Aufbringen der Verstärkung durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen sich vorteilhaft auf die Korrosionseigenschaften des Rades auswirken kann.Furthermore, a gap between the wheel and the reinforcement is avoided in which moisture or dirt could possibly accumulate, so that the application of the reinforcement by selective laser melting and / or laser deposition welding can advantageously affect the corrosion properties of the wheel.
Außerdem ist der Materialauftrag mit den beiden vorgenannten Verfahren in der Regel nahezu lunkerfrei möglich, so dass bei geeigneter Wahl des aufzutragenden Werkstoffs Verstärkungen herstellbar sind, deren mechanische Eigenschaften im Wesentlichen denen des Rades entsprechen oder sogar darüber liegen können.In addition, the material application with the two aforementioned methods is usually almost free of voids possible, so that with a suitable choice of the material to be applied reinforcements can be produced, the mechanical properties of which substantially correspond to those of the wheel or even higher.
Ein erfindungsgemäßes Rad weist dabei wenigstens einen Bereich auf, der aus einem Werkstoff hergestellt ist, auf den sich mittels des selektiven Laserschmelzens und/oder mittels des Laserauftragsschweißens eine Verstärkung aufbringen lässt, wobei dieser Bereich dazu vorzugsweise metallisch ist und insbesondere aus einem Leichtmetall wie Aluminium hergestellt ist, beispielsweise aus Aluminiumguss oder in Aluminiumschmiedetechnologie.In this case, a wheel according to the invention has at least one region which is produced from a material onto which a reinforcement can be applied by means of selective laser melting and / or laser deposition welding, this region preferably being metallic and in particular made of a light metal such as aluminum is, for example made of cast aluminum or aluminum forging technology.
Besonders bevorzugt ist wenigstens eine der Speichen aus einem Werkstoff hergestellt, auf den sich mittels des selektiven Laserschmelzens und/oder mittels des Laserauftragsschweißens eine Verstärkung aufbringen lässt, wobei die Speiche dazu vorzugsweise metallisch ist und insbesondere aus einem Leichtmetall wie Aluminium hergestellt ist, beispielsweise aus Aluminiumguss oder in Aluminiumschmiedetechnologie.Particularly preferably, at least one of the spokes is made of a material onto which a reinforcement can be applied by means of the selective laser melting and / or laser deposition welding, wherein the spoke is preferably metallic and in particular made of a light metal such as aluminum, for example of cast aluminum or in aluminum forging technology.
Bevorzugt sind die Felge und die Nabe aus demselben Werkstoff hergestellt wie die Speiche, wobei die Felge, die Nabe und die Speichen vorzugsweise als ein gemeinsames, zusammenhängendes Bauteil ausgebildet sind, d. h. einstückig.Preferably, the rim and the hub are made of the same material as the spoke, wherein the rim, the hub and the spokes are preferably formed as a common, contiguous component, d. H. integrally.
Besonders bevorzugt ist die Verstärkung aus demselben Werkstoff hergestellt wie das Rad in dem Bereich, in dem die Verstärkung aufgebracht werden soll. Selbstverständlich kann der Werkstoff der Verstärkung aber auch ein anderer Werkstoff sein, z. B. ein Werkstoff mit einer höheren Festigkeit als der Werkstoff des Rades. Vorzugsweise ist der Werkstoff der Verstärkung ein Leichtbauwerkstoff, insbesondere Aluminium oder Titan oder eine Legierung daraus.Particularly preferably, the reinforcement is made of the same material as the wheel in the area in which the reinforcement is to be applied. Of course, the material of the reinforcement but also be a different material, for. As a material with a higher strength than the material of the wheel. Preferably, the material of the reinforcement is a lightweight material, in particular aluminum or titanium or an alloy thereof.
Die Verstärkung kann auch aus Edelstahl, einer Chrom-Cobalt-Molybdän-Legierung, einer Bronzelegierung, einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung, einer Nickelbasislegierung, einer Kupferlegierungen, einer Keramik oder einem geeigneten Kunststoff hergestellt sein. Der Werkstoff der Verstärkung sollte dabei jedoch derart gewählt sein, dass es nicht zur Bildung von Kontaktkorrosion mit dem Rad kommt.The reinforcement can also be made of stainless steel, a chromium-cobalt-molybdenum alloy, a bronze alloy, a noble metal or a noble metal alloy, a nickel-based alloy, a copper alloy, a ceramic or a suitable plastic. The material of the reinforcement should, however, be chosen such that it does not come to the formation of contact corrosion with the wheel.
Die Ausdehnung der Verstärkung bzw. der Materialauftrag, d. h. insbesondere eine Dicke der Verstärkung, richtet sich dabei insbesondere nach einem zur Verfügung stehenden Bauraum sowie der geforderten Steifigkeit des Rades, d. h. nach der zu erreichenden Steifigkeitserhöhung.The extent of reinforcement or material application, d. H. in particular, a thickness of the reinforcement, depends in particular on an available space and the required stiffness of the wheel, d. H. after the stiffness increase to be achieved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist wenigstens eine der Speichen eine Verstärkung auf, die mit der Speiche über wenigstens einen Teil ihrer Länge verbunden ist und mit dieser mechanisch gekoppelt ist, um die Steifigkeit der Speiche zu erhöhen.In a preferred embodiment, at least one of the spokes has a reinforcement connected to and mechanically coupled to the spoke over at least a portion of its length to increase the stiffness of the spoke.
Die Verstärkung kann sich dabei über nahezu die gesamte Länge bzw. Breite der Speiche erstrecken oder auch jeweils nur über einen Teil. Selbstverständlich können auch mehrere Verstärkungen auf eine Speiche aufgebracht sein.The reinforcement can extend over almost the entire length or width of the spoke or in each case only over a part. Of course, several reinforcements can be applied to a spoke.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen wenigstens zwei gegenüberliegend angeordnete Speichen eine Verstärkung auf, die durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen hergestellt ist.In a preferred embodiment, at least two oppositely disposed spokes have a reinforcement made by selective laser melting and / or laser cladding.
Besonders bevorzugt weisen sämtliche Speichen eine Verstärkung auf, die durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen hergestellt ist.Particularly preferably, all the spokes have a reinforcement that is produced by selective laser melting and / or laser deposition welding.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verstärkung dabei auf einer Innenseite des Rades aufgebracht, insbesondere auf der Innenseite einer Speiche, so dass sie sich nicht im optisch relevanten Sichtbereich auf Außenseite des Rades befindet.In a preferred embodiment, the reinforcement is applied to an inner side of the wheel, in particular on the inside of a spoke, so that it is not in the optically relevant field of view on the outside of the wheel.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rades ist gekennzeichnet durch die Schritte: Herstellen eines Rades mit einer Felge, einer Nabe und einem Radstern mit Speichen, wobei die Felge durch die Speichen mit der Nabe verbunden ist, und Aufbringen einer Verstärkung auf das Rad durch selektives Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen derart, dass die Verstärkung anschließend mit dem Rad verbunden und mit diesem mechanisch gekoppelt ist und eine Steifigkeitserhöhung des Rades bewirkt.A method according to the invention for producing a wheel according to the invention is characterized by the steps of: producing a wheel with a rim, a hub and a wheel with spokes, wherein the rim is connected to the hub by the spokes, and applying a reinforcement to the wheel by selective Laser melting and / or laser deposition welding such that the gain is then connected to the wheel and mechanically coupled with this and causes an increase in stiffness of the wheel.
Bevorzugt wird die Verstärkung dabei auf einer Innenseite des Rades aufgebracht, insbesondere auf der Innenseite einer Speiche.Preferably, the reinforcement is applied to an inner side of the wheel, in particular on the inside of a spoke.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. These and other features will become apparent from the claims and from the description also from the drawings, wherein the individual features in each case alone or more in the form of sub-combinations in one embodiment of the invention be realized and represent advantageous and inherently protectable versions for which protection is claimed here.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist.
Bei dem in den
Auf den Innenseiten der Speichen
Selbstverständlich ist eine Vielzahl an Abwandlungen, insbesondere von konstruktiven Abwandlungen, zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Insbesondere sind selbstverständlich andere Designgestaltungen des Radsterns sowie eine abweichende Anordnung und Ausgestaltung der Verstärkungen möglich.Of course, a variety of modifications, in particular of structural modifications, to the illustrated embodiment possible without departing from the content of the claims. In particular, other design configurations of the wheel as well as a different arrangement and design of the reinforcements are of course possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Radwheel
- 1111
- Felgerim
- 11a11a
- Felgenbettrim
- 1212
- Speichespoke
- 1313
- Nabehub
- 1414
- Verstärkungreinforcement
- 1515
- Radachsewheel axle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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