Alufelgen – so werden diese hergestellt

Alufelgen – so werden diese hergestellt

Leichtmetallfelgen – umgangssprachlich als Alufelgen bezeichnet, sind bei Autokäufern und Fahrern äußerst beliebt. Fast jedes Fahrzeug in Deutschland wird im Sommer mit Alufelgen gefahren. Diverse Hersteller stellen Leichtmetallräder direkt für die Ausstattung des Neuwagens her oder für als Nachrüstung für den Tuningmarkt. Die Alufelgen unterscheiden sich nicht nur in Größe und Design, auch der Herstellungsprozess ist verschieden. Die Herstellung von Alufelgen lässt sich in drei Arten unterscheiden: Gießen, Walzen, Schmieden.

Konventionelle Herstellung: das Gussverfahren
Sehr vereinfacht dargestellt handelt es sich beim Gussverfahren um einen Prozess, der ein wenig an das Backen eines Kuchens erinnert. Für jedes Felgendesign gibt es eine Form, in die das flüssige Aluminium gegossen wird. Am Anfang steht das Verflüssigen des Materials. Das Aluminium wird nicht in reiner Form, sondern in einer speziellen Legierung verarbeitet. In der Regel handelt es sich um eine Aluminium-Silizium-Legierung. Das feste Material wird in einem Schmelzofen bei einer Temperatur von ca. 1000 Grad verflüssigt. Vor dem Guss erfolgt die erste Qualitätsprüfung, in der die Materialzusammensetzung mittels Spektralanalyse auf Abweichungen kontrolliert wird. Ist das Ergebnis zufriedenstellend, wird die flüssige Aluminiumlegierung zur Gießmaschine befördert und dort mit einer Temperatur von 700 Grad Celsius im Niederdruckverfahren mit 1,2 Bar in die Form gepresst und ausgeformt.

Um die Felge weiterbearbeiten zu können, wird sie zunächst in einem komplexen Druckluft-Wasserkühlsystem abgekühlt. Nur durch die exakte Steuerung des Abkühlvorgangs kann das ideale Materialgefüge gewährleistet werden. Nachdem die Legierung erstarrt ist, erfolgt die nächste Qualitätskontrolle. Das Rad wird mit Röntgenstrahlen durchleuchtet und auf Risse, Poren und kleinste Hohlräume im Material untersucht. Nur einwandfreie Felgen werden zur weiteren Verarbeitung freigegeben. Der Ausschuss wird aussortiert und erneut eingeschmolzen. Im weiteren Fertigungsprozess wird das Rad noch einmal bei über 500 Grad Celsius für mehrere Stunden wärmebehandelt. Dieses Verfahren wird Lösungsglühen genannt und es bildet zusammen mit dem Abschrecken und dem Entspannungsprozess, bei dem das Material bei einer Temperatur von 150 Grad Celsius über mehrere Stunden zur Ruhe kommt, die Grundlage, um die Endfestigkeit der Felge zu erhalten.

Bei der darauffolgenden mechanischen Bearbeitung trägt die Zerspanungsmaschine überflüssiges Material ab, indem das Felgenbett außen und innen abgedreht wird. Seine endgültige Form erhält die Felge durch das anschließende Durchführen der Ventil-, Kalotten- und Radnabenbohrungen. Diese Schritte erfolgen selbstverständlich CAD unterstützt und werden bis auf den Tausendstel Millimeter genau ausgeführt und anschließend mittels 3D-Abtastung überprüft. Bei der anschließenden Unwuchtprüfung wird die gleichmäßige Masseverteilung des Rades überprüft. Das sogenannte Finishing umfasst das Schleifen der Designseite und das Entgraten des Rades. Diese Schritte werden nicht vollautomatisiert durchgeführt. Hier ist die Expertise der Mitarbeiter der Herstellungsfirma gefragt. Im weiteren Prozess wird der Schleifstaub abgewaschen und durch eine Dichtheitsprüfung die Luftdichtigkeit des Felgenbetts sichergestellt. Danach kann die Lackierung des Rades erfolgen. Der Auftrag von Grundpulver und Farblack führt zu einer makellosen Oberfläche. Die abschließende Versiegelung mit einem Klarlack schützt die Felge vor Beschädigungen und Umwelteinflüssen und sorgt für eine sehr gute Langlebigkeit.

Felgen walzen – das Flowforming Verfahren
Beim Flowforming Verfahren handelt es sich genau genommen um einen zusätzlichen Prozess innerhalb des Gussverfahrens. Der englische Begriff ist mit ‘Formen einer Felge in Bewegung’ zu übersetzen, wird auch als das Abstrecken oder Walzen bezeichnet. Dabei wird die flüssige Aluminiumlegierung nicht wie im konventionellen Gussverfahren in die endgültige Form gegossen, sondern in ein schmaleres Felgenbett mit einer deutlich höheren Wandstärke. Nach dem Lösungsglühen, dem Abschrecken und der Entspannung wird das Rad erneut auf 300 Grad Celsius erhitzt und auf einen Zylinder gespannt, der leicht konisch geformt ist. Rad und Zylinder werden zur Rotation gebracht. Währenddessen übertragen drei Rotationswalzen ihren Druck mit bis zu 15 Tonnen auf das Felgenbett und bringen es so in die gewünschte Form. Das Material wird fließend verformt und gleichzeitig verdichtet. Umgangssprachlich wird dieser Prozess als Walzen bezeichnet, da der kleinere Rohling durch das Walzen seine endgültige Form bekommt. Das Abstrecken bzw. Walzen führt zu eine Erhöhung der Materialfestigkeit. Bei gleichbleibender Stabilität können bestimmte Bereiche der Felge filigraner gestaltet werden als im konventionellen Gussverfahren. Ein weiterer Vorteil liegt in dem geringeren Gewicht der Flowforming Felge. Nach dem Abstrecken ist wie beim herkömmlichen Gussrad eine mechanische Bearbeitung erforderlich, in der das Felgenbett außen und innen abgedreht wird. Alle weiteren Fertigungsschritte bis zur Lackierung entsprechen denen bei der Herstellung des Gussrades.

Schmiederäder – mit viel Wucht in Form gepresst
Ohne Gussverfahren kommt auch das sogenannte Schmiederad nicht aus. Zunächst wird ein zylinderförmiger Rohling aus einer siliziumfreien Aluminiumlegierung gegossen. Der gegossene Zylinder hat in etwa eine Höhe von 60 cm und einen Durchmesser von 30 cm und entspricht in annähernd der Masse der gewünschten Felge. Im ersten Pressvorgang wird der Block mit Hilfe einer hydraulischen Presse zu einer runden Scheibe gepresst. Dabei wird ein Druck von ca. 4000 Tonnen auf das Material ausgeübt. Eine zweite Presse gibt der Scheibe mit einem Anpressdruck von ca. 7000 Tonnen das spätere Design, indem sie die Konturen einpresst. Belüftungslöcher, Radnabe und Verschraubungspunkte werden von einem weiteren Presswerkzeug erzeugt. Während die Felge bis hierhin kalt geformt wurde, muss die Felgenscheibe zur weiteren Bearbeitung erwärmt werden, damit sie in einem Auswalzvorgang in eine dreidimensionale Form gebracht werden kann. Unter enormen Anpressdrücken wird die Felge geformt und ausgezogen. Dieser stufenweise Prozess wird als ‘Schmieden’ bezeichnet. Auf das Finishing in Form von Bohren, Drehen und Schleifen folgt die Oberflächenbehandlung. In der Regel wird die Lackierung in Form des korrosionsbeständigen Pulverbeschichtungsverfahrens durchgeführt.
Die im Schmiedevorgang stark verdichtet Materialstruktur verleiht der Felge eine extrem hohe Dichte und eine perfekte Oberfläche, die keinerlei Einschlüsse hat. Bei gleicher Festigkeit kann das Schmiederad mit dünneren Wandstärken gefertigt werden als ein im Guss- oder Flowforming Verfahren hergestelltes Rad und weist ein geringeres Gewicht auf. Dadurch wird eine Reduzierung der ungefederten Massen beim Fahrzeug erreicht, die maßgeblich zur Steigerung der Fahrdynamik des Fahrzeugs beiträgt.

Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Herstellungsverfahren
Das Schmiedeverfahren ist der aufwändigste Herstellungsprozess und entsprechend sind die Leichtmetallfelgen, die geschmiedet werden, deutlich teurer als herkömmliche Gussräder oder Flowforming Felgen. Sie sind durch die starke Verdichtung während des Pressvorgangs viel fester und belastbarer. Bei gleicher Belastbarkeit kann eine geringere Wandstärke erreicht werden. Das führt zu einem niedrigeren Eigengewicht und in der Folge zu einer besseren Fahrdynamik. Die Oberflächenbeschaffenheit von Schmiedefelgen ist sehr hochwertig, da die Alufelgen keinerlei Einschlüsse aufweisen. Schmiedefelgen sind sehr resistent gegen Umwelteinflüsse und Beschädigungen. Sollte dennoch einmal ein Schaden entstehen, können diese Alufelgen nicht wie gegossene oder gewalzte Felgen ausgebessert und nachbearbeitet werden. Allerdings sind im Schmiedeverfahren die Bearbeitungsmöglichkeiten der Presswerkzeuge begrenzt, so dass die Formgebungsbandbreite nicht so vielfältig ausfällt wie bei gegossenen oder gewalzten Alufelgen.
Gegossene Alufelgen können dagegen in sehr vielen Varianten hergestellt werden. Entscheidend für das Design ist, dass sich die Rohlinge aus der Gussform entformen lassen. In der Herstellung ist das konventionelle Gussverfahren das günstigste. Daher werden die meisten Neuwagen mit diesen Alufelgen ausgestattet. Im Flowforming hergestellte gewalzte Felgen können bei gleichbleibender Festigkeit mit weniger Wandstärke ausgeführt werden. So können ansprechende Designs bei etwas niedrigerem Gewicht hergestellt werden.

Grundsätzlich stehen die drei Herstellungsverfahren gleichwertig nebeneinander, sie bedienen lediglich unterschiedliche Märkte. Entscheidend für die Qualität der Alufelge ist in erster Linie die Materialzusammensetzung und die Expertise des Herstellers.
Das Thema Alufelgen – so werden diese hergestellt ist für jeden automobil- und motorsportbegeisterten Menschen ein interessanter Sachverhalt, der wertvolle Erkenntnisse liefert.

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