BE1010052A3

BE1010052A3 - Lichtmetalen velgring en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

Info

Publication number: BE1010052A3
Application number: BE9600180A
Authority: BE
Original assignee: Fotij Dimitri; Blonda Philippe
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-12-02
Also published as: EP0883501A1; EP0883501B1; ES2176682T3; WO1997031792A1; DE69712191T2; US6138730A; DE69712191D1; JP2000506802A

Abstract

Lichtmetalen velgring uit een aluminiumlegering voor voertuigwielen, die in hoofdzaak samengesteld is uit ten minste één meerkamerig hol profiel (1) dat aan zijn uiteinden samengelast is en dat een vol gedeelte (2) bevat ter bevestiging van een wielschijf of van spaken. In de werkwijze voor het maken van deze velgring wordt het meerkamerig hol profiel vooreerst geëxtrudeerd en vervolgens met de uiteinden aan elkaar gelast. Door gebruik te maken van een dergelijk hol profiel kunnen lichtere velgringen vervaardigd worden. Voor het aan elkaar lassen van de uiteinden van het hol profiel wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een diffusiesoldeerproces dat dunne wanddiktes en grote verschillen in wanddikte toelaat.

Description

"Lichtmetalen velcrrincr en werkwi ; ze voor het vervaardigen daarvan"
De huidige uitvinding heeft betrekking op een lichtmetalen velgring uit een aluminiumlegering voor voertuigwielen, meer bepaald voor wielen van gemotoriseerde voertuigen zoals auto's, vrachtwagens, bromfietsen en dergelijke of ook bijvoorbeeld voor aanhangwagens daarvan.

De velgringen van dit type zijn voorzien om door middel van een wielschijf of van spaken aan de wielnaaf bevestigd te worden.

In de praktijk wordt er naar gestreefd om deze velgringen zo licht mogelijk uit te voeren, waarbij uiteraard de vereiste sterkte dient behouden te blijven.

Door gebruik van sterkere aluminiumlegeringen is men er bijvoorbeeld voor auto's reeds in geslaagd velgringen te vervaardigen met een wanddikte van slechts 3, 6 mm.

Minder sterke legeringen vereisen daarentegen in de praktijk een dikte tot bijvoorbeeld 5, 0 mm.

De uitvinding heeft nu echter tot doel een nieuw concept van lichtmetalen velgring voor voertuigwielen voor te schrijven dat toelaat om, met gebruik van dezelfde aluminiumlegeringen, een lichtere velgring te bekomen en dit voor dezelfde vereisten qua sterkte.

Tot dit doel is de lichtmetalen velgring volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat hij in hoofdzaak samengesteld is uit ten minste één meerkamerig hol profiel dat aan zijn uiteinden samengelast is en dat een vol gedeelte bevat ter bevestiging van een wielschijf of van spaken.

Ondanks het feit dat de bekende volle velgringen reeds uitermate dun zijn, werd volgens de uitvinding gevonden dat desalniettemin toch nog een verdere gewichtsbesparing kan gerealiseerd worden door de velgring uit een hol meerkamerig profiel samen te stellen.

Het gebruik van een hol meerkamerig profiel is op zich reeds bekend voor fietsvelgen. Deze bekende profielen bevatten doorgaans twee zogenoemde pintunnels om de beide uiteinden van het profiel door middel van verbindingspinnen aan elkaar te bevestigen. Het is evenwel duidelijk dat, gezien de strikte balancering die aan voertuigvelgen opgelegd wordt, de technieken die bij fietsvelgen toegepast worden, in het bijzonder de pinverbinding, niet zomaar bij voertuigvelgen kunnen toegepast worden, temeer daar aan deze verbinding ook veel hogere vereisten qua sterkte opgelegd worden. Ook het vonkstuiklasproces dat soms bij fietsvelgen toegepast wordt, is veel moeilijker bij de velgringen volgens de uitvinding toe te passen gezien het grote verschil in wanddikte tussen het hol en het vol gedeelte van het profiel.

In de praktijk worden velgringen voor gemotoriseerde voertuigen bijgevolg steeds door gieten of smeden vervaardigd hetgeen evenwel geen gebruik van holle profielen toelaat.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de velgring volgens de uitvinding, heeft genoemd meerkamerig hol profiel een wanddikte die over een dwarsdoorsnede van het profiel grotendeels kleiner is dan 1, 5 mm, en in het bijzonder een wanddikte van 0, 8 tot 1, 4 mm.

Gevonden werd dat het met dergelijke wanddiktes, zelfs t. o. v. de bekende velgringen van slechts 3, 6 mm, in de praktijk toch nog mogelijk is een gewichtsbesparing te realiseren wanneer het meerkamerig hol profiel waaruit de velgring samengesteld is bijvoorbeeld kamers heeft met een verhouding van de inwendige

hoogte van de kamer t. o. v. de breedte van de kamer van ongeveer 0, 4 of kleiner.

Alhoewel het met een grotere inwendige hoog- te/breedte verhouding nog steeds mogelijk is een zekere gewichtsbesparing te realiseren, verdient het in een verdere bijzondere uitvoeringsvorm de voorkeur dat deze verhouding kleiner is dan 0, 4.

Hoe kleiner deze verhouding, hoe groter de gewichtsbesparing zal zijn. De onderste grens die technisch kan gerealiseerd worden, is onder meer afhankelijk van de wanddikte van het hol profiel, van de totale hoogte van dit profiel en uiteraard ook van de kromtestraal waaronder dit profiel dient gebogen te worden. Voor autovelgen zal de inwendige hoogte/breedte verhouding van het profiel aldus doorgaans tussen 0, 2 en 0, 4 gelegen zijn terwijl deze verhouding voor grotere velgen, bijvoorbeeld voor vrachtwagens of autobussen, eventueel nog kleiner kan zijn. De onderste grens van de inwendige hoogte/breedte verhouding kan door een vakman bijvoorbeeld experimenteel bepaald worden.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een lichtmetalen velgring volgens de uitvinding, waarbij men ten minste een meerkamerig hol profiel met een vol gedeelte ter bevestiging van een wielschijf of van spaken extrudeert, men de velgring uit genoemd profiel vormt en men de uiteinden van dit profiel vervolgens samenlast.

Volgens een belangrijk aspect van de werkwijze volgens de uitvinding last men de uiteinden van genoemd lichtmetalen profiel door toepassing van een diffusiesoldeerproces samen.

Ten opzichte van het voor fietsvelgen bekende vonkstuiklasproces biedt dit diffusiesoldeerproces het voordeel dat het niet beïnvloed wordt door verschillen in wanddikte en tevens ook dat een las gerealiseerd kan worden met dezelfde sterkte als de rest van het profiel,

hetgeen voor voertuigvelgen uiteraard van zeer groot belang is. Verder laat het diffusiesoldeerproces toe kleinere wanddiktes, van bijvoorbeeld 0, 8 tot 1, 4 mm, te lassen in vergelijking met het vonkstuiklasproces waarvoor de wanddikte minimaal 1, 5 mm moet bedragen.

Verdere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van enkele bijzondere uitvoeringsvormen van de velgring en van de werkwijze voor het vervaardigen van deze velgring volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en is duidelijk niet bedoeld om de draagwijdte van de uitvinding te beperken.

De gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de bijgaande tekeningen waarin :
Figuur 1 een dwarssectie weergeeft doorheen een velgring volgens de uitvinding en doorheen een gedeelte van een daarvan bevestigde wielschijf ;
Figuren 2 en 3 op grotere schaal een dwarssectie weergeven doorheen een gedeelte van de velgring volgens figuur 1 en dit respectievelijk ter hoogte van een bevestigingsbout van de wielschijf en ter hoogte van het ventiel ; en
Figuur 4 een schematische voorstelling weergeeft van een inrichting voor het uitvoeren van het diffusiesoldeerproces.

De in figuur 1 weergegeven velgring is in het bijzonder ontworpen voor autowielen doch het zal duidelijk zijn dat een vakman dit ontwerp kan aanpassen aan andere voertuigen zoals vrachtwagens, bromfietsen en dergelijke, rekening houdend met de bijzondere daaraan gestelde eisen.

Essentieel voor de lichtmetalen velgring volgens de uitvinding is dat hij in hoofdzaak samengesteld is uit ten minste een meerkamerig hol profiel 1 dat aan zijn uiteinden samengelast is. In tegenstelling tot fietsvelgen bevat dit profiel een vol gedeelte 2 ter

bevestiging van een wielschijf 3 of van niet weergegeven spaken. Zoals weergegeven in figuur 2 kunnen hiertoe bouten 10 in dit vol gedeelte geschroefd worden. Tevens kan dit vol gedeelte gebruikt worden voor het aanbrengen van het ventiel 11, zoals blijkt uit figuur 3. Eventueel kan de wielschijf 3 echter ook tegen het vol gedeelte 3 vastgelast of vastgeperst worden.

De in de figuren weergegeven velgring bevat in doorsnede een linker en een rechter hoorngedeelte 4,5, een linker en een rechter bandzittingsgedeelte 6,7, een basisgedeelte 8 en het vol gedeelte 2. In de weergegeven velgring zijn, naast het vol gedeelte 2, alle delen hol uitgevoerd. Eventueel zouden bepaalde van deze laatste delen, zoals de hoorngedeeltes 4,5 ook vol kunnen uitgevoerd worden gezien de grote plaatselijke krachten die daarop soms worden uitgeoefend bijvoorbeeld bij het afnemen van de band of bij het rijden tegen een stoeprand. In dit opzicht werden de wanden van de hoorngedeeltes 4,5 van de weergegeven uitvoeringsvorm dikker uitgevoerd, in het bijzonder ongeveer 2 mm. Voor de overige wanden kan een dikte van 1, 3 mm volstaan en voor de tussenwanden 9 zelfs een dikte van slechts 1, 0 mm.

Meer algemeen heeft het meerkamerig hol profiel in het bijzonder voor auto- of bromfietsvelgen een wanddikte die over een dwarsdoorsnede van het profiel grotendeels kleiner is dan 1, 5 mm en in het bijzonder een wanddikte van 0, 8 tot 1, 4 mm. Hierbij mag de verhouding van de inwendige hoogte (H) t. o. v. de breedte (B) van de kamers van het hol profiel uiteraard niet te groot zijn opdat nog een gewichtsbesparing zou kunnen gerealiseerd worden. Hiertoe is deze verhouding bijvoorbeeld kleiner dan 0, 4 en voor autovelgen is deze verhouding bijvoorbeeld tussen 0, 2 en 0, 4 gelegen, meer in het bijzonder tussen ongeveer 0, 25 en 0, 3.

De ondergrens van deze verhouding kan telkens experimenteel

bepaald worden afhankelijk van de wanddikte van het profiel, de totale hoogte van dit profiel en van de kromtestraal waaronder dit profiel te plooien is.

In de weergegeven uitvoeringsvorm hebben de kamers van het basisgedeelte 8 bijvoorbeeld een breedte B van 16, 9 mm en een inwendige hoogte H van 4, 4 mm. Met een wanddikte D1 van de boven-en onderwand van dit gedeelte 8 van 1, 3 mm en met tussenwanden met een dikte D2 van 1, 0 mm wordt in het hol gedeelte van dit basisgedeelte 8 een gewichtsbesparing van ongeveer 20 % gerealiseerd t. o. v. een volle velg met een dikte van 3, 6 mm.

De globale gewichtsbesparing over de totale dwarsdoorsnede van de weergegeven velgring bedraagt ongeveer 22 % t. o. v. de bekende volle velgen met een dikte van 3, 6 mm.

Wegens de hierboven beschreven voorwaarden bevat het hol profiel 1 van de velgring volgens de uitvinding in dwarsdoorsnede meerdere holle kamers, in het bijzonder ten minste vier, bij voorkeur ten minste acht en meer bepaald twaalf tot twintig holle kamers.

In de weergegeven uitvoeringsvorm bevat het hol profiel 1 bijvoorbeeld zestien holle kamers doch het zal duidelijk zijn dat in de praktijk voor bredere velgringen, zoals bijvoorbeeld voor vrachtwagens of autobussen, een groter aantal kamers mogelijk is, zelfs een aantal dat groter is dan twintig.

Voor het vervaardigen van de velgring volgens de uitvinding wordt vooreerst het meerkamerig hol profiel 1 geëxtrudeerd. Dit profiel wordt vervolgens tot de gewenste kromming gebogen, dit bijvoorbeeld door dit profiel te walsen. Met een of meer van deze profielen kan aldus een open velgring gevormd worden waarna de uiteinden van het of de profielen samengelast worden ter vorming van de gesloten velgring.

Voor het samenlassen van deze uiteinden kan gebruik gemaakt worden van bijvoorbeeld een vonkstuiklasproces. Gevonden werd evenwel dat het toepassen van

een diffusiesoldeerproces belangrijke voordelen biedt t. o. v. eendergelijk vonkstuiklasproces, namelijk datde wanddikte van de kamers minder dan 1, 5 mm mag bedragen, dat verschillen in wanddikte over de dwarsdoorsnede van het profiel geen problemen opleveren en dat de lasnaad geen nabewerking dient te ondergaan.

Belangrijke voordelen van het diffusiesoldeerproces zijn verder dat de lasnaad niet alleen onzichtbaar is doch verder dat een lasnaad met dezelfde sterkte als het basismateriaal mogelijk is.

In het diffusiesoldeerproces worden de uiteinden van het meerkamerig hol profiel 1 eerst van de aanwezige oxydes ontdaan door deze bijvoorbeeld gedurende 5 minuten in een 50 g/l NaOH-oplossing op 700C te dompelen en vervolgens met gedeioniseerd water te spoelen. Het verwijderen van deze oxydes is belangrijk om een optimale sterkte ter hoogte van de lasnaad te kunnen verkrijgen. Vervolgens wordt op deze uiteinden een beschermlaag van een metaal aangebracht. Deze beschermlaag dient de volgende eigenschappen te bezitten : - lage stabiliteit van het oxyde, - hoge diffusiecoëfficiënt in het aluminium, - goede oplosbaarheid in aluminium, - klein verschil in uitzettingscoëfficiënt met alumi- nium, - eenvoudig aan te brengen.

Als metaal kan hiertoe bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van zilver, koper, zink of combinaties daarvan, waarbij zilver de voorkeur verdient. Deze metalen kunnen eenvoudig onder vorm van een zoutoplossing, bijvoorbeeld een O, lM nitraatoplossing op de uiteinden van het profiel aangebracht worden,. in het bijzonder door deze gedurende en 5-tal seconden in een dergelijke oplossing onder te dompelen.

Zoals weergegeven in figuur 4 wordt de open velgring vervolgens met de behandelde uiteinden in een stalen matrijs 12 geklemd en wordt er rond het geheel, of ten minste rond de matrijs 12, een gesloten omhulsel 13 aangebracht. In de door dit omhulsel 13 afgesloten ruimte wordt hetzij een vacuüm gecreëerd of wordt er een inerte of een reducerende atmosfeer aangebracht. Het uitvoeren van het diffusiesoldeerproces onder dergelijke omstandigheden biedt het voordeel dat oxydes, die eventueel met het beschermmetaal gevormd kunnen worden alvorens de uiteinden in een zuurstofarme atmosfeer gebracht worden, onder deze omstandigheden terug ontbonden worden. Hiertoe kan bijvoorbeeld via een uitlaat 14 gas uit het omhulsel 13 gepompt worden terwijl via een inlaat 15 een mengsel van 95 % Ni-gas en 5 % CO-gas in het omhulsel aangebracht wordt.

Om de uiteinden tegen elkaar te lassen wordt bij het diffusiesoldeerproces gebruik gemaakt van een combinatie van druk en warmte. De druk wordt gerealiseerd door de uiteinden in de matrijs 12 vast te klemmen en door deze matrijs 12 vervolgens d. m. v. verwarmingselementen 16, waarrond er zich in de weergegeven matrijs 12 telkens een isolatie 19 bevindt, op te warmen. Door de kleinere warmte-uitzettingscoëfficiënt van de stalen matrijs 12 t. o. v. deze van het lichtmetalen profiel 1 zullen de uiteinden van dit profiel aldus onder hoge druk tegen elkaar gedrukt worden.

De temperatuur wordt zodanig gekozen dat deze hoger is dan het eutekticum van de aluminiumlegering waarin het beschermmetaal, onder invloed van deze hoge temperatuur, gediffundeerd is doch lager dan het smeltpunt van de aluminiumlegering zelf. Deze aluminiumlegering heeft bijvoorbeeld een smeltpunt van ongeveer 6200C terwijl het eutekticum van deze legering met daarin
EMI8.1
gediffundeerd zilver bijvoorbeeld 5660C bedraagt. Door een opwarming tot bijvoorbeeld 5800C wordt in dit geval

een smelt bekomen die voor een goede bevochtiging zorgt. Hierbij wordt door de differentiële uitzetting van aluminiumlegering en staal een druk van ongeveer 150 MPa gerealiseerd, welke bijvoorbeeld gedurende 30 minuten aangehouden wordt.

Vervolgens wordt de temperatuur tot bijvoorbeeld 5000C verlaagd, welke gedurende een 5-tal minuten aangehouden wordt. Via inlaten 17 en uitlaten 18 wordt een koelvloeistof doorheen de matrijs 12 gecirculeerd om het geheel opnieuw af te koelen.

Nadat de gesloten velgring uit de matrijs genomen is, wordt deze op een niet weergegeven expandeermatrijs, dit op zieh reeds bekend is, nagericht.

Vervolgens wordt de velgring aan een verouderingsproces onderworpen op een temperatuur van bijvoorbeeld 1600C gedurende bijvoorbeeld 8 uur.

Uit de hierboven gegeven beschrijving zal het duidelijk zijn dat aan de weergegeven uitvoeringsvormen allerhande wijzigingen kunnen aangebracht worden zonder buiten het kader van deze uitvinding te treden.

Zo zal het duidelijk zijn dat de weergegeven dwarsdoorsnedes slechts voorbeelden zijn, meer bepaald van autovelgen, en dat een vakman deze eenvoudig kan aanpassen aan de eisen die bijvoorbeeld aan wielen van bromfietsen of vrachtwagens gesteld worden, in het bijzonder qua sterkte en dus qua wanddikte van het profiel.

Claims

CONCLUSIES 1. Lichtmetalen velgring uit een aluminiumlegering voor voertuigwielen, daardoor gekenmerkt dat hij in hoofdzaak samengesteld is uit ten minste een meerkamerig hol profiel (1) dat aan zijn uiteinden samengelast is en dat een vol gedeelte (2) bevat ter bevestiging van een wielschijf (3) of van spaken.
2. Lichtmetalen velgring volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat genoemd meerkamerig hol profiel EMI10.1 (1) een wanddikte (D1, D2) heeft die over een dwarsdoorsnede van het profiel (1) grotendeels kleiner is dan 1, en in het bijzonder een wanddikte (D1, D2) van 5 mm,0, 8 tot 1, 4 mm.
3. Lichtmetalen velgring volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat genoemd meerkamerig hol profiel (l) kamers heeft met een verhouding van de inwendige hoogte (H) van de kamer t. o. v. de breedte (B) daarvan kleiner dan 0, 4.
4. Lichtmetalen velgring volgens een van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat genoemd meerkamerig profiel (l) in dwarsdoorsnede ten minste vier, bij voorkeur ten minste acht, en in het bijzonder twaalf tot twintig holle kamers bevat.
5. Werkwijze voor het vervaardigen van een lichtmetalen velgring volgens een van de conclusies 1 tot 4, daardoor gekenmerkt dat men ten minste een meerkamerig hol profiel (1) met een vol gedeelte (2) ter bevestiging van een wielschijf (3) of van spaken extrudeert, men de velgring uit genoemd profiel (1) vormt en men de uiteinden van dit profiel (1) vervolgens samenlast.
6. Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat men de uiteinden van genoemd lichtmetalen profiel (1) door toepassing van een diffusiesoldeerproces samenlast. <Desc/Clms Page number 11>
7. Werkwijze volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat men voor het samenlassen van de uiteinden van genoemd profiel (1) deze uiteinden van oxyde ontdoet, men op de van oxyde ontdane uiteinden een beschermlaag aanbrengt van een metaal dat in de aluminiumlegering kan diffunderen, men genoemde uiteinden in een matrijs (12) met een kleinere uitzettingscoëfficiënt dan de aluminiumlegering vastklemt en men deze matrijs (12) en de daarin vastgeklemde uiteinden verwarmt tot een temperatuur hoger dan het eutekticum van de aluminiumlegering waarin genoemd metaal gediffundeerd is doch lager dan het smeltpunt van de aluminiumlegering zelf.
8. Werkwijze volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat men op de van oxyde ontdane uiteinden een beschermlaag aanbrengt van een metaal uit de groep bestaande uit zilver, koper en zink of combinaties daarvan.
9. Werkwijze volgens conclusie 8, daardoor gekenmerkt dat men op de van oxyde ontdane uiteinden een beschermlaag van zilver aanbrengt.
10. Werkwijze volgens een van de conclusies 7 tot 9, daardoor gekenmerkt dat men genoemde beschermlaag onder vorm van een zoutoplossing, in het bijzonder een nitraatoplossing, van genoemd metaal op de van oxyde ontdane uiteinden van genoemd profiel aanbrengt en men het diffusiesoldeerproces onder vacuüm of onder een inerte of reducerende atmosfeer uitvoert.
11. Werkwijze volgens een van de conclusies 5 tot 10, daardoor gekenmerkt dat men genoemd profiel extrudeert onder de vorm van een meerkamerig hol profiel EMI11.1 (1) met een wanddikte (D1, D2) die over een dwarsdoorsnede van het profiel (1) grotendeels kleiner is dan 1, 5 mm, in het bijzonder een wanddikte van 0, 8 tot 1, 4 mm.
12. Werkwijze volgens een van de conclusies 5 tot 11, daardoor gekenmerkt dat men genoemd profiel <Desc/Clms Page number 12> (1) extrudeert onder vorm van een meerkamerig hol profiel met kamers met een verhouding van de inwendige hoogte (H) van de kamer t. o. v. de breedte (B) daarvan kleiner dan 0, 4.