Hliníkový disk môže byť ľahší nielen preto, že sa z neho pri výrobe odoberie viac materiálu. Nová technológia TURBU sa snaží zmeniť už samotný spôsob, akým disk vzniká vo forme.

Výsledky vývojového projektu ukazujú, že oproti bežnému nízkotlakovému odlievaniu môžu vzniknúť výrazne ľahšie disky už priamo novým spôsobom odlievania. V konkrétnom porovnaní s reálnymi výrobnými údajmi spoločnosti BBS klesla hmotnosť hotového kolesa zo 17,5 na 13 kg.

To je približne 26 % rozdiel v hmotnosti.

TURBU však nie je iba ďalší spôsob, ako vyrobiť ľahší disk. Vývoj ukazuje možnosť použiť až 100 % recyklovaného materiálu, znížiť spotrebu energie, obmedziť množstvo následného obrábania a vytvárať geometrie diskov, ktoré sú pri klasickom odlievaní problematické.

A technológia má ešte jednu zaujímavú vlastnosť: nevylučuje daľší krok vo forme Flow Formingu. Obe technológie možno kombinovať.

Prečo vôbec meniť spôsob výroby alu diskov?

Veľká časť sériovo vyrábaných hliníkových diskov vzniká technológiou nízkotlakového odlievania do kovovej formy. Ide o dobre zvládnutý výrobný proces, ktorý dokáže produkovať kvalitné kolesá vo veľkých sériách.

Má však svoje technologické hranice.

Technická správa projektu TURBU uvádza pri klasickom nízkotlakovom odlievaní minimálnu hrúbku odlievanej steny približne 6 mm. Pri menších hrúbkach môže tavenina začať tuhnúť skôr, než správne vyplní formu.

Konštruktér preto nemôže navrhnúť iba presný konečný tvar disku a očakávať, že ho zlievareň jednoducho odleje.

Najskôr musí vzniknúť technologicky vyrobiteľný polotovar. Ten sa následne obrába a pre dosiahnutie požadovaných mechanických vlastností sa pri klasickej výrobnej ceste používa aj tepelné spracovanie T6.

To znamená ďalší materiál, energiu, čas a výrobné operácie.

Prečo sú dnešné kolesá zároveň čoraz náročnejšie?

Vývojári TURBU upozorňujú aj na ďalší problém.

Bežné 18-palcové hliníkové koleso podľa ich údajov v minulosti vážilo približne 12 kg a bolo navrhované napríklad na zaťaženie okolo 690 kg. Pri dnešných veľkých vozidlách, SUV a elektromobiloch sa požadovaná nosnosť podobne veľkého kolesa môže dostať nad 800 kg a v niektorých prípadoch až približne k 1 000 kg.

Ak zostane výrobná technológia rovnaká, vyššie zaťaženie si často vyžiada viac materiálu. Technická správa uvádza, že hmotnosť takéhoto 18-palcového kolesa môže presiahnuť 14,5 kg.

Vzniká teda paradox:

Automobilky potrebujú znižovať hmotnosť vozidiel, ale samotné kolesá musia súčasne zvládať čoraz vyššie zaťaženie.

Jednou z odpovedí pri klasických liatych diskoch je Flow Forming. TURBU sa však pokúša zasiahnuť ešte o krok skôr – už pri samotnom odlievaní.

Ako TURBU funguje?

Názov vychádza z myšlienky tlakového odlievania s výrazným obmedzením turbulencie.

Pri tlakovom odlievaní totiž nestačí dostať tekutý hliník do formy čo najrýchlejšie. Nekontrolované prúdenie môže do taveniny dostať plyn a oxidy a vytvárať pórovitosť. Pri bezpečnostne namáhanom diele, akým je automobilové koleso, je kvalita odliatku zásadná.

TURBU preto kombinuje tlakové plnenie formy, riadenie prúdenia, vákuum a presne kontrolovaný tepelný priebeh.

Výsledok závisí nielen od tlaku, ale aj od teploty taveniny a formy, chemického zloženia zliatiny, času jednotlivých operácií, kvality taveniny a následnej rýchlosti ochladenia.

Práve preto nejde jednoducho o „bežné vysokotlakové odlievanie použité na elektrony“.

Aký hliník TURBU používa?

Vývojový projekt skúšal rôzne materiálové a procesné nastavenia. Ako najvhodnejšia zliatina pre tento spôsob výroby sa ukázala AlSi10MnMg, ktorú výrobca Rheinfelden ponúka napríklad pod obchodným označením Silafont-36.

Pri automobile nestačí sledovať iba to, akú maximálnu pevnosť materiál dosiahne. Disk počas jazdy opakovane prenáša meniace sa zaťaženie, nárazy a ohybové namáhanie. Dôležitá je preto kombinácia pevnosti, ťažnosti a únavovej odolnosti.

Vývoj TURBU ukázal dokonca veľmi zaujímavú vec: malá zmena chemického zloženia môže rozhodnúť o výsledku skúšky celého kolesa.

Pri jednej zo skúšaných kombinácií s 10,5 % kremíka a 0,35 % horčíka koleso požadovanou skúškou rotačného ohybu neprešlo. Po zmene na približne 9,5 % kremíka a 0,25 % horčíka bola skúška úspešná.

To dobre ukazuje, že TURBU nie je iba otázkou výrobného stroja. Materiál a presne riadený výrobný proces tvoria jeden systém.

Prečo dokáže byť TURBU disk ľahší?

Samotný rozdiel 25,7 kg oproti 23,5 kg bezprostredne po odliatí ešte nie je najzaujímavejší.

Podstatné je, čo sa deje ďalej.

TURBU umožňuje vyrábať odliatok bližšie ku konečnému tvaru a s menšími prierezmi. Menej hliníka preto musí byť najskôr odliate iba preto, aby sa neskôr opäť odstránilo.

Entec-Stracon pri technológii uvádza potenciál znížiť spotrebu hliníka až o 40 %, čas obrábania až o 80 % a spotrebu energie približne o polovicu. Konkrétny výsledok samozrejme závisí od konštrukcie kolesa a výrobného procesu.

Technológia zároveň nepotrebuje klasické následné tepelné spracovanie T6 používané pri tradičnej výrobnej ceste nízkotlakovo odlievaných kolies.

Požadované vlastnosti materiálu musia vzniknúť správnym odliatím, rýchlym tuhnutím a ochladením.

Výhoda aj nevýhoda zároveň: TURBU má veľmi úzke výrobné okno

Práve tu sa ukazuje druhá strana novej technológie.

T6 pri klasickom nízkotlakovo odlievanom kolese dokáže následným tepelným spracovaním vlastnosti materiálu do určitej miery homogenizovať.

TURBU túto následnú fázu vynecháva. O to presnejšie musí byť správne zvládnutý samotný odliatok.

Záverečná technická správa preto otvorene konštatuje, že výrobné okno technológie je veľmi úzke a výrobná bunka potrebuje prakticky úplné sledovanie procesu.

Pri jednom výrobnom cykle môže systém pracovať až s približne 20 000 nameranými hodnotami a približne 220 nastaviteľnými parametrami. Pri cykle trvajúcom niekoľko minút ich už človek nedokáže priebežne vyhodnocovať a korigovať.

Práve tu vzniká priestor pre automatizované riadenie a umelú inteligenciu.

Nejde teda o to, že by TURBU bolo jednoduchšie odlievanie. Je to presnejšie kontrolovaný výrobný proces, ktorého odmenou môže byť kratšia výrobná cesta a ľahší výrobok.

A čo bezpečnosť takto ľahkého kolesa?

Pri disku nestačí dosiahnuť peknú hodnotu pevnosti na malej vzorke materiálu.

Rozhodujúce je správanie celého kolesa.

V rámci projektu preto vznikali celé disky v rôznych vyhotoveniach. Tie sa obrábali, lakovali a následne skúšali na skúšobných zariadeniach podľa požiadaviek používaných pri schvaľovaní automobilových kolies. Z hotových dielov sa zároveň odoberali vzorky na skúšky pevnosti a ťažnosti.

Samotná záverečná správa pritom upozorňuje na dôležitý princíp: pre použitie na ceste nie je rozhodujúci iba výsledok skúšky malej materiálovej vzorky, ale výsledok skúšania celého kolesa.

TURBU preto nemožno posudzovať iba podľa tvrdenia, že nová zliatina je „pevnejšia“. Rozhodujúca je kombinácia materiálu, geometrie, výrobného procesu a skúšky hotového výrobku.

TURBU a Flow Forming: tu je technológia ešte zaujímavejšia

Na prvý pohľad môže TURBU pripomínať konkurenciu pre Flow Forming.

Flow Forming sa používa práve preto, aby bolo možné najmä v oblasti ráfika získať lepšie mechanické vlastnosti a znížiť množstvo materiálu. Odliaty polotovar sa po výrobe ďalej mechanicky tvárni pomocou valcov.

Mohlo by sa preto zdať, že ak TURBU dokáže priniesť približne 25 % úsporu hmotnosti už pri odlievaní, Flow Forming stráca význam.

Vývojový projekt však ukázal presný opak.

TURBU a Flow Forming možno kombinovať.

Neznamená to, že sa percentuálne úspory jednoducho sčítajú. Flow Forming ovplyvňuje najmä oblasť ráfika a výsledok závisí od konkrétnej konštrukcie.

Technologicky je však táto kombinácia mimoriadne zaujímavá: nový spôsob odlievania a následné mechanické tvárnenie nie sú konkurenti, ale môžu sa dopĺňať.

Nová sloboda pre dizajnéra disku

Nižšia minimálna hrúbka odlievaných častí neznamená iba nižšiu hmotnosť.

Mení aj to, čo môže konštruktér vytvoriť.

Pri klasickom odlievaní môže byť určitý veľmi jemný tvar problematický jednoducho preto, že ho nie je možné spoľahlivo naplniť tekutým hliníkom a nechať správne stuhnúť.

Vývoj TURBU začínal aj na reálnych obchodných modeloch kolies. V technickej dokumentácii sa objavuje disk BORBET, následne geometria CMS, ktorú podľa autorov nebolo možné v danej podobe vyrobiť klasickým nízkotlakovým odlievaním, a neskôr BBS koleso využité pri ďalšom vývoji vrátane kombinácie s Flow Formingom.

Výhodou TURBU preto nie je iba možnosť „ubrať hliník“. Konštruktér môže dostať väčšiu voľnosť pri rozdelení materiálu tam, kde ho koleso skutočne potrebuje.

Prečo sa pri TURBU toľko hovorí o recyklovanom hliníku?

Ďalšia časť projektu sa zaoberala otázkou, či možno pri bezpečnostne namáhanom kolese výrazne zvýšiť podiel recyklovaného materiálu.

V rámci skúšok boli vyrobené TURBU kolesá až zo 100 % recyklovaného materiálu a podľa záverečnej správy sa pri správnom chemickom zložení a dodržaní procesných parametrov nepreukázal rozdiel, ktorý by takýto materiál z princípu vylučoval.

To však neznamená, že do taviacej pece možno vložiť ľubovoľný hliníkový odpad.

Práve naopak. Správa venuje veľký priestor chemickému zloženiu zliatiny, stopovým prvkom, oxidácii, čistote taveniny a presnému dodržaniu procesných parametrov.

„100 % recyklovaný materiál“ teda neznamená „100 % ľubovoľného starého hliníka“.

Materiál musí mať presne kontrolované vlastnosti vhodné pre konkrétny výrobný proces.

Menej odpadu už pri výrobe

Rozdiel oproti tradičnému procesu je aj v charaktere výrobného odpadu.

Pri obrábaní vznikajú hliníkové triesky s veľkým povrchom, ktoré môžu byť znečistené obrábacími kvapalinami. Ich ďalšie spracovanie je komplikovanejšie.

Pri odlievaní bližšie ku konečnému tvaru tvorí väčšiu časť vratného materiálu samotný vtokový systém a preteky – teda kompaktný hliník bez znečistenia mazivami, ktorý možno efektívnejšie znovu pretaviť.

Vývojári preto uvádzajú potenciál znížiť potrebu vstupného hliníka až o desiatky percent a súčasne výrazne zvýšiť využitie sekundárneho a recyklovaného materiálu.

Je TURBU lepšie ako kovaný disk?

Na takýto záver dnes nemáme dostatok údajov.

A je dôležité tieto technológie nezamieňať.

Pri kovanom kolese sa hliníkový polotovar najskôr plasticky tvárni vysokým tlakom a následne sa výrazne obrába do konečnej geometrie. Výsledkom môžu byť veľmi dobré mechanické vlastnosti, nízka hmotnosť a vysoká pevnosť, ale za cenu náročnejšej a drahšej výroby.

TURBU zostáva odlievanou technológiou. Jeho ambíciou je dostať výrazne lepší pomer hmotnosti, vlastností, výrobného času a spotreby materiálu do sériovej výroby.

Technické správy, ktoré máme dnes k dispozícii, TURBU podrobne porovnávajú predovšetkým s nízkotlakovým odlievaním. Neposkytujú porovnanie rovnakého kolesa vyrobeného technológiou TURBU a kovaním.

Preto by bolo predčasné tvrdiť, že TURBU kované disky prekonáva.

Oveľa zaujímavejšie je, ako blízko sa k ich nízkej hmotnosti dokáže dostať technológia určená pre veľkosériovú výrobu.

Od vývojového projektu k sériovému automobilu

TURBU nevzniklo v roku 2026.

Entec-Stracon začal s vývojom turbulenčne obmedzeného tlakového odlievania už v roku 2017. Nasledovali štúdie uskutočniteľnosti, patentové prihlášky, stovky skúšobných odliatkov a viacero vývojových projektov podporených Deutsche Bundesstiftung Umwelt.

V ďalšej fáze bola spolu s výrobcom zariadení Oskar Frech vybudovaná špecializovaná tlaková odlievacia bunka a vývoj sa postupne presunul od otázky „dá sa to vôbec odliať?“ k otázke „dá sa to spoľahlivo vyrábať vo veľkej sérii?“.

V roku 2026 prišiel dôležitý dôkaz.

BMW oznámilo použitie technológie vyvinutej Entec-Stracon pri nových 20- a 21-palcových M Performance diskoch 1075 M pre BMW M5.

BMW ju označuje ako High Pressure Casting (HPC). Podľa automobilky sa forma naplní pod vysokým tlakom a vo vákuu približne za 0,05 sekundy, výrobný proces sleduje 80 senzorov a systém využívajúci umelú inteligenciu. BMW uvádza približne polovičnú spotrebu energie a možnosť znížiť hmotnosť kolesa až o 20 % pri zachovaní požadovaných vlastností.

BMW tu však nie je pôvodcom technológie. Je prvým výrazným dôkazom, že vývoj TURBU sa presunul z experimentálnej výroby k reálnemu automobilovému produktu.