DE29520280U1 - Cast aluminum wheel for motor vehicles - Google Patents
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20.12.199520.12.1995
Aluminiumguß rad für KraftfahrzeugeCast aluminum wheel for motor vehicles
Die Erfindung betrifft ein Aluminiumgußrad für Kraftfahrzeuge mit einer Beschichtung zum Erzielen einer hochglatten, spiegelnden Oberfläche.The invention relates to a cast aluminum wheel for motor vehicles with a coating for achieving a highly smooth, reflective surface.
Der im folgenden verwendete Begriff Aluminium beinhaltet ebenfalls Alumxniumlegierungen.The term aluminium used below also includes aluminium alloys.
Im Gegensatz zu geschmiedeten Aluminiumformteilen, die aufgrund des Herstellungsprozesses eine glatte Oberfläche aufweisen, ist die Oberfläche bei Aluminiumgußstücken herstellungsbedingt unregelmäßig. Glatte Oberflächen sind jedoch Voraussetzung dafür, daß die Aluminiumstücke mit vertretbarem Aufwand auf Hochglanz poliert werden können.In contrast to forged aluminum molded parts, which have a smooth surface due to the manufacturing process, the surface of aluminum castings is irregular due to the manufacturing process. However, smooth surfaces are a prerequisite for the aluminum pieces to be able to be polished to a high gloss with reasonable effort.
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Hochglänzende, spiegelnde Oberflächen werden beispielsweise bei Leichtmetallkraftfahrzeugrädern gewünscht.High-gloss, reflective surfaces are desired, for example, for light alloy vehicle wheels.
Bei geschmiedeten Aluminiumfelgen ist es zum Erzeugen einer spiegelnden Oberfläche möglich, diese allein durch Polieren einen entsprechenden Glanz zu verleihen. Das Spiegeln resultiert dann aus dem metallischen Glanz des polierten Metalls. Aufgrund der Oberflächenrauhigkeit ist ein solches Polieren bei Aluminiumgußfelgen, welches zum Erreichen einer spiegelnden Oberfläche führen soll, nicht möglich. Da jedoch Aluminiumgußstücke in der Herstellung wesentlich preisgünstiger sind als geschmiedete Aluminiumformteile, wurden Verfahren entwickelt, mit denen auch bei Aluminiumgußstücken spiegelnde Oberflächen erzeugbar sind.In the case of forged aluminum rims, it is possible to create a reflective surface by polishing them to give them the appropriate shine. The reflective effect then results from the metallic shine of the polished metal. Due to the roughness of the surface, such polishing is not possible with cast aluminum rims, which is intended to achieve a reflective surface. However, since aluminum castings are much cheaper to produce than forged aluminum molded parts, processes have been developed with which reflective surfaces can also be created on aluminum castings.
Ein derartiges Verfahren ist das Verchromen. Die Chromüberzüge werden galvanisch auf Nickelzwischenschichten auf das Aluminiumgußstück aufgetragen. Ein Verchromen von Aluminiumgußstücken ist jedoch aufgrund der Vielzahl durchzuführender, arbeitsintensiver Verfahrensschritte für eine kostengünstige Serienfertigung ungeeignet. Ferner ist von Nachteil, daß beim elektrolytischen Aufbringen der Nickelzwischenschichten durch die notwendig hohe angzulegende Stromspannung dem Aluminiumgußstück Wasserstoff entzogen wird, so daß das Gußstück nach einer solchen Behandlung eine hohe sogenannte Wasserstoffsprödigkeit aufweist. Damit ein Aluminiumgußstück als Kraftfahrzeugfelge Verwendung finden kann, wird zum Erzielen einer ausreichend hohen Sicherheit und einer langen Lebensdauer eine gewisse Duktilität des Materiales verlangt. Bei einer Schlagbeanspruchung darf ein solches Rad aufgrund einer ihm eigenen Sprödigkeit nicht zerspringen. One such process is chrome plating. The chrome coatings are applied galvanically to nickel intermediate layers on the aluminum casting. However, chrome plating of aluminum castings is unsuitable for cost-effective series production due to the large number of labor-intensive process steps that have to be carried out. Another disadvantage is that when the nickel intermediate layers are applied electrolytically, the high voltage that must be applied removes hydrogen from the aluminum casting, so that the casting has a high level of so-called hydrogen brittleness after such a treatment. In order for an aluminum casting to be used as a motor vehicle rim, a certain ductility of the material is required in order to achieve a sufficiently high level of safety and a long service life. Such a wheel must not shatter when subjected to impact stress due to its inherent brittleness.
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Als weiteres Verfahren zum Herstellen von hochglatten bzw. spiegelnden Oberflächen auf Aluminiumgußstücken ist ferner das Vakuumbedampfungsverfahren angewendet worden. Damit mit Hilfe dieses Verfahrens eine spiegelnde Oberfläche des Gußstückes erzielt wird, ist es notwendig, das Gußstück vorzubehandeln. Diese Vorbehandlung beinhaltet ein Waschen und ein Entfetten eines Gußstückes, ein anschließendes chromatieren desselben zur Verhinderung einer Oxidbildung sowie das Überziehen der Chromatschicht mit einer oder mehreren Kunststoffschichten. Mit Hilfe der Kunststoffschichten sollen die Unebenheiten des gegossenen Aluminiumstückes ausgeglichen werden, so daß die oberste Kunststoffschicht dem Gußstück eine hochglatte Oberfläche verleiht. Die auf diese Weise vorbehandelten Aluminiumgußstücke werden anschließend mit dem aufzutragenden Metall, etwa Aluminium oder Silber vakuum bedampft. Anschließend wird diese metallische Schicht mit einem Schutzüberzug beschichtet.Another method for producing extremely smooth or reflective surfaces on aluminum castings is the vacuum vapor deposition process. In order to achieve a reflective surface on the casting using this process, it is necessary to pre-treat the casting. This pre-treatment includes washing and degreasing a casting, then chromating it to prevent oxide formation, and coating the chromate layer with one or more plastic layers. The plastic layers are intended to even out the unevenness of the cast aluminum piece so that the top plastic layer gives the casting a very smooth surface. The aluminum castings pre-treated in this way are then vacuum-deposited with the metal to be applied, such as aluminum or silver. This metallic layer is then coated with a protective coating.
Auch wenn dieses Verfahren zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt, benötigt es einen hohen apparativen Aufwand. Ferner ist von Nachteil, daß aufgrund des Vakuums bereits geringste Verunreinigungen in der Vakuumkammer zu Unregelmäßigkeiten in der metallischen Beschichtung führen. Kann die notwendige Sauberkeit der Vakuumkammer nicht garantiert werden, ist die Folge, daß bei einer Anwendung dieses Verfahrens hohe Ausschüsse produziert werden.Even if this process leads to satisfactory results, it requires a lot of equipment. Another disadvantage is that, due to the vacuum, even the smallest contamination in the vacuum chamber leads to irregularities in the metallic coating. If the necessary cleanliness of the vacuum chamber cannot be guaranteed, the result is that high levels of rejects are produced when this process is used.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Aluminiumgußrad für Kraftfahrzeuge mit einer metallischen Beschichtung zu schaffen, die nicht nur verkehrstechnisch sicher und eine lange Lebensdauer aufweist, sondern auch eine spiegelnde Oberfläche aufweist.Based on this discussed prior art, the invention is therefore based on the object of creating a cast aluminum wheel for motor vehicles with a metallic coating that is not only safe for traffic and has a long service life, but also has a reflective surface.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Aluminiumgußrad für Kraftfahrzeuge mit einer Beschichtung zum Erzielen einer hochglatten, spiegelnden Oberfläche, dessen Beschichtung folgende Schichten umfaßt, gelöst:According to the invention, this object is achieved with a cast aluminum wheel for motor vehicles with a coating for achieving a highly smooth, reflective surface, the coating of which comprises the following layers:
eine auf das Aluminiumrad aufgetragene Antioxidationsschicht,an anti-oxidation layer applied to the aluminum wheel,
eine erste Kunststoffschicht zum Ausgleich der Oberflächenrauhigkeit des Aluminiumgußrades,a first plastic layer to compensate for the surface roughness of the cast aluminum wheel,
eine zweite Kunststoffschicht zum Erzielen einer hochglatten äußeren Oberfläche,a second plastic layer to achieve a highly smooth outer surface,
einen metallischen Überzug zum Erzeugen eines Spiegeleffektes unda metallic coating to create a mirror effect and
eine Kunststoffschutzschicht.a protective plastic layer.
Die erfindungsgemäße Beschichten eines Aluminiumgußrades mit einem metallischen Überzug ist, insbesondere wenn die Kunststoffbeschichtungen im Wege der Pulverbeschichtung durchgeführt werden, kostengünstig und mit vergleichsweise wenigen Fertigungsschritten durchführbar. Das Auftragen des metallischen Überzuges vollzieht sich naßchemisch und in atmosphärischer Umgebung. Die Metalle sind für diesen Zweck als gelöste Salze in einer Nitratlösung enthalten. Durch Vermengen der Metallsalz enthaltenden Nitratlösung mit einem Reduktionsmittel wird das elementare Metall ausgefällt. Das Vermengen der Nitratlösung mit dem Reduktionsmittel erfolgt zweckmäßigerweise bevor die Mischlösung auf die Oberfläche des vorbehandelten Aluminiumgußstückes auftrifft. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Zweidüsenspritzpistole verwendet wird, wobei die Vermengung der Nitratlösung mit dem Reduktionsmittel unmittelbar an der Spitze der Spritzpistole erfolgt und beide Lösungen durch die im Sprühnebel vorhandenen Wirbel miteinander vermengt werden. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige und im wesentlichen vollständige Ausfällung des gelösten Metalls möglich.The coating of a cast aluminum wheel with a metallic coating according to the invention is cost-effective and can be carried out with comparatively few production steps, especially if the plastic coatings are carried out by powder coating. The metallic coating is applied using wet chemical methods and in an atmospheric environment. The metals are contained for this purpose as dissolved salts in a nitrate solution. The elemental metal is precipitated by mixing the nitrate solution containing the metal salt with a reducing agent. The nitrate solution is preferably mixed with the reducing agent before the mixed solution hits the surface of the pretreated cast aluminum piece. It is advantageous to use a two-nozzle spray gun, whereby the nitrate solution is mixed with the reducing agent directly at the tip of the spray gun and both solutions are mixed together by the vortices present in the spray mist. In this way, a uniform and essentially complete precipitation of the dissolved metal is possible.
Dieser auf diese Weise auf das Aluminiumgußrad aufgetragene metallische Überzug wird anschließend zum Schutz gegenüber chemischen Einwirkungen und mechanischen Zerstörungen mit einer Schutzschicht, die vorzugsweise eine Kunststoffschutzschicht ist, überzogen.The metallic coating applied to the cast aluminum wheel in this way is then covered with a protective layer, preferably a plastic protective layer, to protect it against chemical influences and mechanical damage.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles.Further advantages of the invention emerge from the subclaims and from the following description of a preferred embodiment.
Figur 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Abschnitt eines Aluminiumgußrades 1 im Bereich der Radschüssel, das mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens beschichtet worden ist. Das aus einer Aluminiumlegierung gegossene Kraftfahrzeugrad 1 wird in einem ersten Schritt gewaschen, entfettet und leicht angebeizt, um die auf dem Aluminiumgußrad 1 befindliche Oxidschicht zu entfernen. Anschließend wird das so gereinigte Aluminiumgußrad 1 gespült, wobei zwei Spülgänge als ausreichend angesehen werden.Figure 1 shows a schematic section through a section of a cast aluminum wheel 1 in the area of the wheel disk, which has been coated using the claimed method. The motor vehicle wheel 1 cast from an aluminum alloy is washed, degreased and lightly pickled in a first step in order to remove the oxide layer on the cast aluminum wheel 1. The cast aluminum wheel 1 cleaned in this way is then rinsed, with two rinses being considered sufficient.
Das Aluminiumgußrad 1 wird anschließend chromatiert, so daß sich auf der Oberfläche des Aluminiumgußrades 1 zum Verhindern einer neuen Oxidbildung eine Antioxidationsschicht 2 befindet. Nach einem Spülen, wobei der letzte Spülgang mit entionisiertem Wasser durchgeführt wird, wird das Aluminiumgußrad bei maximal 70° Celsius getrocknet. The cast aluminum wheel 1 is then chromated so that an anti-oxidation layer 2 is present on the surface of the cast aluminum wheel 1 to prevent new oxide formation. After rinsing, with the last rinse being carried out with deionized water, the cast aluminum wheel is dried at a maximum of 70° Celsius.
In einem weiteren Schritt wird das mit dem Antioxidationsmittel 2 beschichtete Aluminiumgußrad 1 elektrostatisch mit einem Kunststoffpulver beschichtet. Zweckmäßigerweise wird hierfür ein Epoxid- und/oder Polyesterharz verwendet. Nachfolgend wird das damit beschichtete Aluminiumgußrad 1 erwärmt, damit das Kunststoffpulver geliert und erhärtet. Diese erste Kunststoff-In a further step, the cast aluminum wheel 1 coated with the antioxidant 2 is electrostatically coated with a plastic powder. An epoxy and/or polyester resin is expediently used for this. The cast aluminum wheel 1 coated with this is then heated so that the plastic powder gels and hardens. This first plastic
schicht 3 dient zum weitesgehenden Ausgleichen der Unebenheiten an der Oberfläche des Aluminiumgußrades 1.Layer 3 serves to largely compensate for the unevenness on the surface of the cast aluminum wheel 1.
Nach einer Nachkontrolle, in der festgestellt wird, ob der Ausgleich der Oberflächenrauhigkeit des Aluminiumgußrades 1 in ausreichendem Maße erfolgt ist, wird das Aluminiumgußrad 1 einer zweiten Kunststoffbeschichtung unterworfen. Sollte bei der Nachkontrolle festgestellt werden, daß die Oberfläche der Kunststoffschicht 3 des Aluminiumgußrades 1 noch einen zu hohen Rauhigkeitsgrad aufweist, wird das Aluminiumgußrad 1 nicht diesem zweiten Beschichtungsprozeß unterworfen, sondern durchläuft den ersten Kunststoffbeschichtungsprozeß ein zweites Mal.After a follow-up inspection to determine whether the surface roughness of the cast aluminum wheel 1 has been sufficiently compensated, the cast aluminum wheel 1 is subjected to a second plastic coating. If the follow-up inspection reveals that the surface of the plastic layer 3 of the cast aluminum wheel 1 is still too rough, the cast aluminum wheel 1 is not subjected to this second coating process, but rather goes through the first plastic coating process a second time.
Der zweite Kunststoffbeschichtungsvorgang wird ebenfalls im Wege der Pulverbeschichtung durchgeführt. Im Unterschied zu dem beim ersten Beschichtungsprozeß verwendeten Kunststoffpulver findet nunmehr ein solches Verwendung, welches einen hohen Anteil an Verlaufmitteln aufweist. Dies bewirkt, daß die Verlaufszeit beim Erwärmen des Kunststoffpulvers verlängert ist, so daß außenseitig eine absolut glatte Oberfläche entsteht. Auch für diese Beschichtung wird ein Epoxid- und/oder Polyesterharz verwendet. The second plastic coating process is also carried out by means of powder coating. In contrast to the plastic powder used in the first coating process, a powder is now used that has a high proportion of flow agents. This means that the flow time when the plastic powder is heated is extended, so that an absolutely smooth surface is created on the outside. An epoxy and/or polyester resin is also used for this coating.
Das Aluminiumgußrad 1 weist in diesem Stadium drei Beschichtungen, nämlich die Antioxydationsschicht 2, die erste Kunststoffschicht 3 und die zum Bilden der absolut glatten Oberfläche vorgesehene zweite Kunststoffschicht 3 auf.At this stage, the cast aluminum wheel 1 has three coatings, namely the anti-oxidation layer 2, the first plastic layer 3 and the second plastic layer 3 intended to form the absolutely smooth surface.
Mit Hilfe einer Zweidüsenspritzspistole, deren eine Ausgangsdüse von einer gelöste Metallsalze enthaltenden Nitratlösung und deren andere Ausgangsdüse von einem Reduktionsmittel beaufschlagt ist, wird der vorgesehene metallische Überzug 5 auf die Oberfläche der zweitenUsing a two-nozzle spray gun, one of whose outlet nozzles is supplied with a nitrate solution containing dissolved metal salts and the other outlet nozzle with a reducing agent, the intended metallic coating 5 is applied to the surface of the second
Kunststoffschicht 4 aufgetragen. Zum Erzeugen einer spiegelnden Oberfläche ist als Metall Silber (Ag) in der Nitratlösung enthalten. Als Reduktionsmittel zum Ausfällen des elementaren Silbers wird ein organisches Reduktionsmittel verwendet. Als organisches Reduktionsmittel kann beispielsweise Formaldehyd verwendet werden. Damit ein Ausfällen des Silbers nicht bereits in der Spritzpistole erfolgt, findet eine Vermegung der Silbernitratlösung dem Reduktionsmittel erst unmittelbar nach Austritt der Lösungen aus der Pistole statt. Durch die Verwirbelung im Sprühnebel vermengen sich beide Lösungen, so daß beim Auftreffen des Sprühnebels auf die Radoberfläche eine homogene Vermengung beider Lösungen stattgefunden hat. Durch die chemische Reduktion wird - zum Teil bereits im Sprühnebel, weitesgehend jedoch nach Auftreffen auf die Radoberfläche - elementares Silber ausgefällt. Das ausgeschiedene Silber erzeugt auf dem Rad einen spielgenden Glanz.Plastic layer 4 is applied. To create a reflective surface, silver (Ag) is contained in the nitrate solution as a metal. An organic reducing agent is used as a reducing agent to precipitate the elemental silver. Formaldehyde, for example, can be used as an organic reducing agent. To prevent the silver from precipitating in the spray gun, the silver nitrate solution is only mixed with the reducing agent immediately after the solutions come out of the gun. The turbulence in the spray mist causes both solutions to mix, so that when the spray mist hits the wheel surface, both solutions are mixed homogeneously. The chemical reduction causes elemental silver to precipitate - partly in the spray mist, but largely after it hits the wheel surface. The precipitated silver creates a playful shine on the wheel.
Nachfolgend ist die zum Ausfällen von Silber aus einer Nitratlösung mit Formaldehyd als Reduktionsmittel vorgesehene Reaktionsgleichung wiedergegeben:The reaction equation for the precipitation of silver from a nitrate solution using formaldehyde as a reducing agent is shown below:
Damit der metallische Überzug 5 sowohl vor einem Oxidieren als auch vor mechanischen Einwirkungen geschützt ist, wird in einem letzten Arbeitsschritt nach einem Spülschritt mit entionisiertem Wasser und einem anschließenden Trocknen des beschichteten Rades 1 der metallische Überzug 5 einem Kunststoffüberzug 6 beschichtet. Der Kunststoffüberzug 6 kann als Lack entweder als Zweikomponentenlack oder als Lack mit hohen Feststoffanteilen oder aber durch Pulverbeschichtung aufgetragen werden.In order to protect the metallic coating 5 from oxidation as well as from mechanical impacts, in a final step after rinsing with deionized water and subsequent drying of the coated wheel 1, the metallic coating 5 is coated with a plastic coating 6. The plastic coating 6 can be applied as a paint, either as a two-component paint or as a paint with a high solid content or by powder coating.
Das in diesem Ausführungsbeispiel zum Erzeugen einer spiegelnden Oberfläche auf einem Aluminiumgußrad 1 verwendete Silber ist durch sämtliche Metalle, die durch entsprechende Reduktionsvorgänge ausfällbar sind, ersetzbar. Entsprechend wird ebenfalls der Oberflächeneffekt verändert. Durch Wahl des jeweiligen Metalles sind Farbvariationen und Variationen bezüglich des Reflektionsvermögens der Oberfläche möglich. Ferner läßt sich die Gestaltung der Oberfläche auch durch Variation des Schutzüberzuges 6 unterschiedlich gestalten. Daher kann in Abhängigskeit vom jeweils gewünschten Effekt der Schutzüberzug 6 in einem Fall farblos und durchsichtig, in einem anderen Fall getönt und durchsichtig oder auch nur durchscheinend vorgesehen sein.The silver used in this embodiment to create a reflective surface on a cast aluminum wheel 1 can be replaced by all metals that can be precipitated by corresponding reduction processes. The surface effect is also changed accordingly. By choosing the respective metal, color variations and variations in the reflectivity of the surface are possible. Furthermore, the design of the surface can also be varied by varying the protective coating 6. Therefore, depending on the desired effect, the protective coating 6 can be colorless and transparent in one case, tinted and transparent in another case, or just translucent.
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| DE (1) | DE29520280U1 (en) |
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