19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: 2 21 928 1 Int. Cl. 7 : BB 3/06 BB 3/ 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: 01966794.8 86 Fecha de presentación: 17.09.01 87 Número de publicación de la solicitud: 1322483 87 Fecha de publicación de la solicitud: 02.07.03 4 Título: Llanta de rueda fundida. Prioridad: 06..00 AT 70 U 73 Titular/es: Austria Alu-Guss-Gesellschaft mbh 282 Braunau-Ranshofen, AT 4 Fecha de publicación de la mención BOPI: 16..04 72 Inventor/es: Langgartner, Johann y Huber, Helmuth 4 Fecha de la publicación del folleto de la patente: 16..04 74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto ES 2 21 928 T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 28036 Madrid
1 ES 2 21 928 T3 2 DESCRIPCIÓN 2 1 2 3 4 0 6 Llanta de rueda fundida. La invención se refiere a una llanta de rueda fundida con un cuerpo de metal ligero, que comprende al menos parcialmente una pieza fundida, que forma un núcleo fundido y que presenta un peso específico medio menor que el peso del metal ligero utilizado para la fundición. Para reducir, por una parte, el peso propio de llantas de ruedas fundidas y para garantizar, por otra parte, además, una resistencia alta de la llanta de la rueda, se han realizado ensayos desde hace mucho tiempo para prever núcleos huecos o bien perdidos con peso propio específico lo más reducido posible en las llantas de las ruedas. Se conoce por el documento DE 6 973 A una llanta de rueda de aluminio, en el que diferentes partes de la rueda están constituidas por un metal hueco, con capacidad de resistencia, como por ejemplo acero o similar, que forman núcleos huecos y que están rodeados por una fundición de aleación de aluminio ligero. Igualmente se ha propuesto (ver, por ejemplo, el documento DE 41 38 8 A) fabricar llantas con radios huecos, que son generados con la ayuda de núcleos de arena en el útil de coquilla, siendo retirados los núcleos de arena fuera de la llanta después de la fabricación. Además, se conoce por el documento US 3 23 862 A una llanta de rueda fundida, para cuya fabricación se funde aluminio alrededor de un núcleo perdido que está constituido por lana metálica. En el documento WO 99/39923 A se describe, además, una llanta de rueda fundida, en la que para la reducción del peso propio de la llanta de rueda fundida está previsto un núcleo fundido, que presenta un peso específico más reducido que el del metal ligero utilizado para la fundición y a tal fin es una pieza de núcleo que está constituida por espuma de aluminio. En la fabricación de llantas de ruedas fundidas de este tipo se plantean problemas, puesto que el núcleo no se puede precalentar a la temperatura de fundición y se caliente durante el vertido de la fundición alrededor del mismo con metal ligero, con lo que se expande el gas presente en la espuma de aluminio y de esta manera se pueden producir inclusiones de gas que reducen la resistencia en el cuerpo de la llanta de metal ligero. No es posible un calentamiento de la pieza del núcleo a la temperatura del metal ligero líquido -como sería deseable-, puesto que la pieza del núcleo de espuma de aluminio perdería su estabilidad de forma. El cometido de la invención es ahora crear una llanta de rueda fundida con un peso propio ligero, en la que no se plantean los problemas técnicos de fabricación relacionados con la pérdida de la estabilidad de forma o del gas de expansión de la pieza moldeada y, por lo tanto, crear una llanta de rueda fundida fácil de fabricar, que presenta una alta resistencia. La llanta de rueda fundida del tipo indicado al principio se caracteriza porque la pieza fundida está constituida por un cuerpo prensado de un material de silicato poroso. Con la ayuda de una pieza moldeada de un material de silicato poroso se preve un núcleo fundido en la llanta de rueda fundida, que presenta una alta resistencia a la temperatura, con lo que ésta se puede precalentar durante el proceso de fundición al menos esencialmente a la temperatura de fundición y se mantiene estable en su forma durante el calentamiento previo; de acuerdo con ello, después del calentamiento previo no se produce ninguna expansión de gas durante la fundición alrededor del mismo con el metal ligero utilizado para la fundición. Por otra parte, en virtud de la estructura del material de silicato se impide una penetración del metal ligero fundido en los orificios del material poroso. Para poder garantizar de una manera fiable que durante la fundición alrededor de la pieza moldeada, el aire incluido en ésta no sea sometido a ninguna expansión, con lo que se produciría inclusiones de gas que reducen la resistencia en el cuerpo de metal ligero y, por lo tanto, una gran cantidad de material de desecho durante la fabricación, es ventajoso que el material de silicato presente una resistencia a la temperatura hasta una temperatura que es más alta que el punto de fusión del metal ligero utilizado para la fundición. De esta manera, se puede precalentar la pieza moldeada sin problemas a la temperatura conveniente para la fundición alrededor de la misma, manteniendo su estabilidad de forma necesaria para la manipulación; sin embargo, se impide un calentamiento adicional de la pieza moldeada durante la fundición y evidentemente también una expansión, producida con el calentamiento, del gas incluido en la pieza moldeada porosa. Puesto que durante la fabricación de llantas de ruedas fundidas se emplea predominantemente aluminio, que se funde esencialmente a una temperatura de 700ºC, es conveniente que el material de silicato presente una resistencia a la temperatura hasta al menos 00ºC. De esta manera, la pieza moldeada, manteniendo su forma necesaria para la fabricación de la llanta de rueda fundida, se puede precalentar a una temperatura que está por encima de la temperatura de fundición del metal ligero. Como consecuencia de ello, el aire incluido en el material de silicato poroso durante la fundición no se expandirá posteriormente, con lo que se impiden las inclusiones de aire en el cuerpo de metal ligero. Para la fabricación de una pieza moldeada de coste favorable, fácil de fabricar desde el punto de vista de la técnica de fabricación y que forma un núcleo fundido, es ventajoso que el material de silicato esté constituido por silicatos de Al, de Mg o bien de Fe. En particular, se utiliza un material para la pieza moldeada, que cumple todos los requerimientos con relación a la resistencia a la temperatura, la supresión de la infiltración del metal ligero y la eficiencia de costes, cuando el material de silicato está constituido por silicato de aluminio - hierro - magnesio ligado silicáticamente. Para conseguir un peso propio de la llanta reducido con núcleos fundidos de espuma de metal, es ventajoso que la densidad específica del material mineral/cerámico sea menor que 0,7 g/cm 3, con preferencia esencialmente 0,4 g/cm 3. Con preferencia, se utiliza un material a base de vermiculita, de un silicato de Al, Fe, Mg del grupo de los minerales de mica, que se calienta rápidamente a través de la expulsión del agua de cristalización, siendo separadas unas de otras las capas de plaquitas individuales de la estructura del cristal y dilatándose los cristales planos, originalmente sólidos, para formar partículas largas de forma vermicular. El material del tipo de granulado obtenido de esta manera es mezclado entonces con un aglutinante del tipo de vidrio
3 ES 2 21 928 T3 4 1 2 3 4 0 6 soluble, es prensado para formar un cuerpo prensado y es secado, después de lo cual se puede emplear como pieza moldeada para la fundición de metal ligero alrededor de la misma, para la fabricación de la llanta de rueda fundida. Por lo demás, la previsión de una pieza moldeada de silicato poroso de este tipo tiene la ventaja de que, en virtud de la estructura del material de silicato, se impide una infiltración desde sí misma y no solo la formación de un revestimiento exterior cerrado resistente a la fundición sobre la pieza moldeada porosa metálica impide la infiltración. Esto conduce a una simplificación esencial de la conducción del proceso durante la fabricación de llantas de ruedas fundidas con un cuerpo de metal ligero y núcleo ligero fundido. A continuación se explica todavía en detalle la invención con la ayuda de ejemplos de realización especialmente preferidos, ilustrados en el dibujo, a los que no debe limitarse, sin embargo, la invención. En particular: La figura 1 muestra un fragmento en forma de sector de una llanta de rueda fundida. La figura 2 muestra una sección radial a través de esta llanta de rueda fundida según la línea II-II en la figura 1, en la zona de un radio de la llanta de rueda fundida. La figura 3 muestra, en cambio, una sección desplazada en ángulo, de acuerdo con la línea III-III en la figura 1 para la ilustración de la sección transversal de la llanta de rueda fundida en la zona de una escotadura entre los radios de la llanta de rueda fundida; y La figura 4 muestra una sección transversal en la zona de un radio de esta llanta de rueda fundida, según la línea IV-IV en la figura 1. La llanta de rueda fundida 1 ilustrada en el dibujo, considerada actualmente como preferida (designada a continuación de forma abreviada como llanta) está constituida por un cuerpo de llanta 2 configurado como cuerpo compuesto, que presenta una zona de cubo 3, una zona de nervaduras 4 y una zona de punta con un lecho de la llanta 6. En la zona del cubo 3 están previstos de manera habitual taladros para pernos 7 para la unión por tornillo de la llanta 1 con el neumático colocado encima, no mostrado en detalle. El cuerpo de la llanta 2 es fundido de una manera convencional a partir de metal ligero; por ejemplo, en la presente llanta se trata de una llanta fundida de aluminio o de magnesio. Esencialmente, como en las llantas de metal ligero convencionales, en la presente llanta 1, el metal ligero está fundido en forma de perfiles huecos cerrados del tipo de los perfiles de caja, con lo que se pueden conseguir valores de resistencia altos. Para mantener en este caso la fabricación de la manera más sencilla posible, se rellenan los espacios huecos en estos perfiles de caja o, en general, en los perfiles cerrados de la llanta 1, por medio de piezas moldeadas de peso ligero, que se prefabrican de material de silicato poroso en forma de cuerpos prensados y luego se introducen en el útil de fundir (no se representa) durante la fundición de las llantas 1. Con la ayuda de estas piezas moldeada se simplifica en una medida esencial el proceso de fabricación frente a las piezas moldeadas de metal o bien de espuma metálica, puesto que presentan una resistencia a la temperatura, que excede la temperatura de fundición de metales ligeros usuales, como aluminio y aleaciones de aluminio y magnesio. De esta manera, se puede precalentar la pieza moldeada antes de la fundición, manteniendo su forma, a una temperatura que excede la temperatura de fundición. Esto tiene una gran ventaja, puesto que el aire incluido en la pieza moldeada de masa específica reducida no es sometida durante la fundición a ninguna expansión, que pudiera provocar inclusiones de gas reductoras de la resistencia en el cuerpo de metal ligero que rodea las piezas moldeadas. En el presente ejemplo de realización está prevista una pieza moldeada 8 de una sola pieza, a saber, un cuerpo prensado, de material de silicato poroso, que está cerrado en forma de círculo en la zona de la punta en 8, y que está configurado en la zona de las nervaduras 4, en la zona de los radios de la llanta 9, en una pieza con piezas moldeadas de radios 8 que se distancia radialmente hacia dentro. Como se deduce especialmente a partir del dibujo, especialmente la figura 3 en comparación con la figura 2, la pieza moldeada 8, es decir, la parte exterior 8 cerrada en forma de círculo, está configurada en su zona entre los radios 9 más pequeña en la sección transversal, en comparación con la zona inmediatamente radial por encima de los rayos 9, presentando también la zona de la punta correspondiente de la llanta 1 en estas secciones circunferenciales una sección transversal más pequeña, que se conecta, a través de zonas de transición y 11, respectivamente, en las secciones que presentan un espesor mayor en la zona de los radios 9. De acuerdo con la forma de la llanta -la llanta 1 mostrada con los radios 9 se considera solamente como uno de muchos ejemplos- la pieza moldeada 8 puede presentar evidentemente también otras configuraciones, y especialmente también es posible prever las piezas moldeadas 8 en la zona de los radios como piezas separadas de la pieza moldeada 8 en forma de neumático. También es concebible prever en la zona de las nervaduras 4, especialmente de los radios 9, varias piezas moldeadas a distancias entre sí, para que se formen por el metal ligero entonces durante la fundición perfiles huecos de varias cámaras. En cualquier caso, es importante que a través de la fundición de las piezas moldeadas 9 o bien 8, 8 de cuerpos prensados de peso ligero se formen con el metal ligero perfiles de caja cerrados, como se indica en 12 en la figura 4, con lo que se pueden conseguir valores de resistencia altos, y una fabricación esencialmente simplificada frente a las piezas moldeadas de metal. En este caso se preven de una manera sencilla -sin medidas de prevención especiales para el gas dado el caso expansivo- perfiles de caja 12 de pared fina con las piezas moldeadas 8 o bien 8, 8, sin que se perjudique con ello la resistencia. Por lo demás, las piezas moldeadas de cuerpos prensados porosos 8 o bien 8, 8 en comparación con el metal ligero utilizado en sí para la llanta 1 y también en comparación con las pieza moldeadas de espuma de metal, presentan un peso específico medio muy reducido, de manera que se consiguen ventajas de peso adicionales. Se ha revelado en ensayos que es especialmente ventajoso utiliza silicato de aluminio - hierro - magnesio ligado silicáticamente, como por ejemplo vermiculita, para la fabricación de las piezas moldeadas 8 o bien 8, 8, aunque con otros materiales de silicato porosos similares comparables se puede conseguir una fabricación simplificada correspondiente durante 3
ES 2 21 928 T3 6 la fundición en el metal ligero. De esta manera, en las regiones problemáticas, como especialmente en la zona de los radios 9 y en la zona de la punta, se pueden fabricar de una manera económica secciones transversales, que posibilitan a través de la previsión de piezas de núcleo porosas con un peso específico reducido, con una fabricación extraordinariamente sencilla, una cota máxima de resistencia con un mínimo de masa de metal ligero (y, por lo tanto, con un peso mínimo). Los materiales de silicato pueden tener, según el porcentaje de gas, un peso específico, por ejemplo, de 0,4 a 0, kg/dm 3, pudiendo conseguirse buenos resultados en ensayos prácticos con materiales de silicato con un peso específico de aproximadamente 0,4 kg/dm 3. Para una fabricación sencilla, de coste favorable, de las piezas moldeadas 8; 8, 8, éstas son generadas de una manera sencilla por medio de un procedimiento de prensado; el material no tiene que ser sinterizado ni quemado. Durante la fabricación se pueden prever configuraciones comparativamente sencillas para la llanta 1, no siendo necesarias especialmente curvaturas o similares en las zonas problemáticas, como se han previsto en el pasado, para elevar la resistencia de las zonas perfiladas; de acuerdo con ello, también los útiles de fundición para las llantas 1 se pueden configurar relativamente sencillos. Antes de la fundición del metal ligero, por ejemplo aluminio fundido, se introducen las piezas moldeadas 8 o bien 8, 8 precalentadas, previamente acabadas, en el útil de fundición y se fijan allí con la ayuda de pasadores de centrado 13, 14 en la posición 1 2 correcta. Los pasadores de centrado 13, 14 pueden estar constituidos por material cerámico con relación a una alta resistencia a la temperatura. A continuación se vierte el metal ligero en el útil de fundición, siendo realizado el vertido alrededor de las piezas moldeadas 8, 8, 8. Los pasadores de centrado 13, 14, dos de los cuales se indican de forma esquemática en la figura 2, permanecen en el metal ligero de la llanta 1, y las eventuales partes que se proyectan sobre el lado exterior de la llanta 1 son rectificadas fácilmente después del desmoldeo. Las piezas moldeadas porosas 8, 8, 8 se pueden seleccionar, evidentemente, para que no se fundan durante el vertido en el metal ligero. Los materiales de silicato mencionados anteriormente, a saber, especialmente silicatos de Al, Mg o bien Fe, son en este caso bien adecuados en el sentido de que en virtud de su estructura cerámica, se impide una penetración posterior de metal ligero. En cambio, en los materiales metálicos porosos, solamente a través de un revestimiento de óxido, formado habitualmente durante la fabricación, que presenta una temperatura de función más elevada en comparación con el metal ligero del cuerpo de la llanta 2, se impediría la infiltración de metal ligero en el cuerpo metálico. Si esto no fuera así, debería aplicarse en los materiales metálicos porosos una sobrepresión durante la fundición para impedir una infiltración a través de metal ligero. La presente llanta 1 es adecuada especialmente para ruedas de automóviles y camiones y para ruedas de motor, pero también para ruedas en la construcción de aviones. 3 4 0 6 4
7 ES 2 21 928 T3 8 REIVINDICACIONES 1. Llanta de rueda fundida (1) con un cuerpo de metal ligero (2), que rodea al menos parcialmente una pieza moldeada (8, 8, 8 ), que forma un núcleo fundido y que presenta un peso específico medio menor que el del metal ligero utilizado para la fundición, caracterizada porque la pieza moldeada (8, 8, 8 ) está constituida por un cuerpo prensado de un material de silicato poroso. 2. Llanta de rueda fundida según la reivindicación 1, caracterizada porque el material de silicato del cuerpo prensado presenta una resistencia a la temperatura hasta una temperatura, que es más alta que el punto de fusión del metal ligero utilizado para la fundición. 1 3. Llanta de rueda fundida según la reivindicación 2, caracterizada porque el material de silicato del cuerpo de prensa presenta una resistencia a la temperatura hasta al menos 00ºC. 4. Llanta de rueda fundida según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el material de silicato está constituido por silicatos de Al, Mg o Fe.. Llanta de rueda fundida según la reivindicación 4, caracterizada porque el material de silicato está constituido por silicato de aluminio - hierro - magnesio ligado silicáticamente. 6. Llanta de rueda fundida según una de las reivindicaciones 1 a, caracterizada porque la densidad específica del material de silicato es menor que 0,7 g/cm 3, con preferencia esencialmente 0,4 g/cm 3. 2 3 4 0 6
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