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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugräder und insbesondere gegossene
Fahrzeugräder mit
einem Führungsloch,
das mit einer gefrästen
Ablaufnut in Verbindung steht.
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In
der Vergangenheit sind Fahrzeugräder
typischerweise vollständig
aus Stahl hergestellt worden. Jedoch sind aus leichtgewichtigen
Metallen wie Aluminium, Magnesium und Titan oder deren Legierungen
hergestellte Räder
zunehmend beliebter geworden. Nicht nur wiegen sie weniger als herkömmliche
komplett aus Stahl bestehende Räder,
solche Leichtgewichtsräder
können
auch mit einer ansprechenden ästhetischen
Gestalt hergestellt werden. Gewichtseinsparungen können ferner
durch Anbringen einer aus einer Leichtgewichtsmetalllegierung hergestellten
Radscheibe an einer stählernen
Radfelge erzielt werden.
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Bezugnehmend
nunmehr auf die Figuren illustriert 1 ein
typisches einstückiges
Fahrzeugrad 10. Das Fahrzeugrad 10 kann aus einer
Aluminiumlegierung gegossen oder geschmiedet sein, um einen Radformling
oder ein Radschmiedestück
mit physischen Abmessungen zu ergeben, die nahe den endgültig gewünschten
Radabmessungen sind. Der Formling wird dann maschinell auf die gewünschten endgültigen Abmessungen
bearbeitet. Das Fahrzeugrad 10 weist eine ringförmige Radfelge 12 und
eine kreisförmige
Radscheibe 14 auf. Die Radscheibe 14 kann quer über das
außenseitige
Ende der Radfelge 12 geformt sein, wie in 1 gezeigt, oder kann innerhalb der Radfelge
vertieft angeordnet sein.
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Die
Radfelge 12 vermag einen pneumatisch aufgeblähten Reifen
zu tragen und hat einen außenseitigen
bzw. innenseitigen Reifenhalteflansch 16 bzw. 18,
welche an den Enden der Felge ausgebildet sind, die sich in einer
Richtung radial auswärts
erstrecken, um den Reifen auf dem Rad zu halten. Außenseitige
und innenseitige Reifenwulstsitze 20 bzw. 22 sind
an der äußeren Oberfläche der
Radfelge 12 benachbart den entsprechenden Reifenhalteflanschen ausgebildet,
um die Reifenwandwülste
(nicht gezeigt) abzustützen
und mit ihnen eine luftdichte Abdichtung zu bilden. Die Radfelge 12 weist
ferner ein Tiefbett 24 mit verringertem Durchmesser zwischen den
Reifenwulstsitzen 20 und 22 auf, um das Anbringen
des Reifens auf dem Rad zu erleichtern.
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Die
Radscheibe 14 umfasst eine zentrale Radnabe 30 zum
Befestigen des Rades 10 an einem Fahrzeug. Die innenseitige
Fläche 32 der
Radscheibennabe ist typischerweise maschinell zur Bildung einer
ebenen Fläche
bearbeitet, um einen guten Kontakt zwischen der Radscheibe und einer
Fahrzeugachsennabe sicherzustellen. Ein Führungsloch 34 und
mehrere Radbolzenlöcher 36 erstrecken
sich durch die Radnabe 30. Das Führungsloch 34 ist
auf der Nabe 30 zentriert, wohingegen die Radbolzenlöcher 36 gleichmäßig beabstandet
um einen Bolzenlochkreis angeordnet sind, der konzentrisch zum Führungsloch 34 ist.
Das Führungsloch 34 kann
das Ende einer Achse aufnehmen, wohingegen die Radbolzenlöcher 36 Radbolzen
(nicht dargestellt) zum Befestigen des Rades 10 am Fahrzeug
aufnehmen. Wie in 1 gezeigt,
erstrecken sich mehrere Erleichterungstaschen 38 axial
in die innenseitige Fläche 32 der
Radnabe 30. Die Erleichterungstaschen 38 verringern
das Gewicht des Rades weiter und sind zwischen den Radbolzenlöchern 36 beabstandet
angeordnet. Die Radscheibe 14 weist darüber hinaus typischerweise mehrere
Radspeichen 40 auf, die sich radial von der Radnabe 30 zur
Radfelge 40 erstrecken und die Nabe in der Felge abstützen.
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Eine
Führungslochabdeckung 42 erstreckt sich über das
außenseitige
Ende der Radnabe 30. Wie in 2 dargestellt,
erstrecken sich mehrere Lappen 44 (von denen zwei gezeigt
sind) in das Führungsloch 34.
Ein Fortsatz 46, der auf dem Ende jedes Lappens 44 ausgebildet
ist, wirkt mit einem Flansch 47, der auf der Führungslochwand
ausgebildet ist, zusammen, um die Abdeckung 42 reibschlüssig an
der Radna be 30 zu befestigen. Solche Abdeckungen 42 sind
typischerweise aus Kunststoff geformt und stellen ein ästhetisch
ansprechendes Aussehen für
das Radnabenzentrum bereit. Obwohl die in den Figuren wiedergegebene
Abdeckung 42 in dem außenseitigen
Ende des Führungslochs 34 vertieft
angeordnet ist, können
Abdeckungen auch an der außenseitigen
Fläche
der Radnabe 30 anliegen (nicht dargestellt). Obwohl beide
Abdeckungstypen dicht mit der Radnabe und dem Führungsloch 34 zusammenzupassen
scheinen, bilden die Abdeckungen tatsächlich keine Abdichtung mit
der Radnabenoberfläche.
Demgemäss
ist bekannt, dass Wasser zwischen der Abdeckung 42 und
der Radnabenoberfläche
durchsickert und in das Führungsloch 34 eindringt,
wenn das Fahrzeug durch eine Autowaschanlage oder Pfützen gefahren
wird. Wenn das Wasser in Berührung
mit einer stählernen
Schmierkappe gerät,
die sich von der Achsennabe in das Führungsloch erstreckt, kann
ein galvanischer Vorgang entstehen. Wenn der galvanische Vorgang über eine
Zeitdauer auftritt, kann die entstehende Korrosion das Abnehmen
des Rades vom Fahrzeug schwierig machen. Darüber hinaus kann bei Kurvenfahrten
des Fahrzeugs rostiges Wasser aus dem Führungsloch herausgedrängt werden
und die außenseitige
Radfläche
verschmutzen.
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Wie
am besten in 2 zu sehen,
ist es bekannt, eine radial verlaufende Ablaufnut 48 in
der innenseitigen Fläche 32 der
Radnabe 30 vorzusehen. Wie in 2 dargestellt weist die Ablaufnut 48 eine innere
Ablaufnut 50, die typischerweise ungefähr 16 mm tief ist und sich
von dem Führungsloch 34 zur
Erleichterungstasche 38 erstreckt, und eine äußere Ablaufnut 52 auf,
die sich von der Erleichterungstasche 38 zum Rand der Radnabe 30 erstreckt.
Wenn das Fahrzeug gefahren wird, drängen Zentrifugalkräfte jegliches
in dem Führungsloch 34 vorhandenes
Wasser durch die Ablaufnut 48 und aus dem Zentrum der Radnabe 30 heraus.
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Es
ist bekannt, Führungslochablaufnuten 48 durch
Gießen
oder durch maschinelle Bearbeitung auszubilden. Mit der Gießmethode
wird die Radform so modifiziert, dass sie ein paar Ablaufnutenkerne aufweist,
um die innere Ablaufnut 50 bzw. die äußere Ablaufnut 52 zu
bilden. Jedoch erfordert das Vorsehen eines Ablaufnutkerns zur Bildung
der inneren Ablaufnut 50 eine Verringerung des Durchmessers
des Formschüsselsteigrohrs,
was wiederum die Menge an geschmolzenem Metall verringert, die zum
Ausgleich für
eine Schrumpfung zur Verfügung
steht, wenn der Radformling abkühlt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Radausschussrate auf ein
nicht akzeptierbares Niveau steigt, wenn die innere Ablaufnut 50 in
die Radscheibennabe gegossen wird. Alternativ kann die innere Ablaufnut 50 in
die innenseitige Fläche
der Radnabe gefräst
werden. Jedoch erfordert Fräsen
eine erhebliche maschinelle Bearbeitungszeit, insbesondere wenn
mehrere Ablaufnuten vorgesehen werden. Die zusätzliche maschinelle Bearbeitungszeit
und die damit verbundene Abnutzung der Fräser erhöht die Herstellungskosten.
Es wäre deshalb
eine andersartige Ablaufnut wünschenswert, die
Ausschussraten und/oder Herstellungskosten verringert.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft gegossene Fahrzeugräder mit einem Führungsloch,
welches mit einer gefrästen
Ablaufnut in Verbindung steht.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein Fahrzeugrad mit einer ringförmigen
Felge vor, wobei eine Radscheibe quer über das außenseitige Ende der Felge geformt
ist. Die Radscheibe weist eine zentrale Radnabe auf, die innerhalb
der Felge mittels mehrerer radial verlaufender Speichen abgestützt ist.
Die Radnabe hat eine innenseitige Oberfläche und ein sich durch deren
Zentrum erstreckendes Führungsloch.
Das Rad weist auch wenigstens eine flache, nicht mehr als 5 mm tiefe
Ablaufnut auf, die in der innenseitigen Radnabenoberfläche radial
von dem Führungsloch
zu einem Rand der Radnabe verlaufend ausgebildet ist. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
ist die Ablaufnut ungefähr
1 mm tief und zwischen 11 und 13 mm breit und erstreckt sich axial
in das Führungsloch.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
auch ein Verfahren zum Ausbilden einer Ablaufnut in der Oberfläche einer
Fahrzeugradnabe vor. Das Verfahren umfasst das Gießen eines
Fahrzeugrades. Der Radformling wird maschinell auf die endgültige Gestalt
bearbeitet. Während
der maschinellen Bearbeitung wird eine flache Ablaufnut in die innenseitige Oberfläche der
Radnabe gefräst,
die sich von dem Führungsloch
der Nabe zum Nabenrand erstreckt.
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Verschiedene
Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet
aus der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
ersichtlich werden, wenn diese im Lichte der beigefügten Figuren
gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Schnittansicht eines typischen bekannten einstückigen Fahrzeugrades.
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2 ist
eine vergrößerte unvollständige Schnittansicht
eines Teils der in 1 gezeigten Fahrzeugradnabe.
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3 ist
eine vergrößerte unvollständige Schnittansicht
eines Teils einer Fahrzeugradnabe, die eine erfindungsgemäße Ablaufnut
aufweist.
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4 ist
eine unvollständige
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der in 3 gezeigten
Ablaufnut.
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5 ist
eine unvollständige
Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der in 3 gezeigten
Ablaufnut.
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6 ist
eine unvollständige
Schnittansicht einer noch weiteren Ausführungsform der in 3 gezeigten
Ablaufnut.
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7 ist
ein Fliessbild für
ein Verfahren zum Ausbilden einer erfindungsgemäßen Ablaufnut in einer Fahrzeugradnabenfläche.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend
wieder auf die Zeichnungen ist in 3 eine verbesserte
Ablaufnut 60 gemäß der Erfindung
dargestellt. In 3 gezeigte Bauteile, die in 2 gezeigten
Bauteilen ähnlich
sind, haben dieselben Bezugsziffern. Die vorliegende Erfindung schlägt vor,
eine flache innere Ablaufnut 62 in die innenseitige Fläche 32 der
Radnabe 30 zu fräsen.
Die innere Ablaufnut 62 umfasst einen ersten Abschnitt 64 unterschiedlicher
Tiefe, der sich axial in das Führungsloch 34 erstreckt.
Die Bodenfläche
des ersten Abschnitts 64 verläuft diagonal über das
innenseitige Ende der Führungslochwand.
Das radial äußere Ende
des ersten Abschnitts 64 endet am inneren Ende eines zweiten
Abschnitts 66, der radial quer über die innenseitige Nabenfläche 32 zur
Erleichterungstasche 38 verläuft. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Ablaufnut 62 zwischen 11 und 13 mm breit, jedoch
lässt die
Erfindung auch andere Breiten zu. Die Erfindung schlägt vor,
dass die Tiefe sowohl des ersten Abschnitts 64 als auch
des zweiten Abschnitts 66 der Ablaufnut 62 nicht
tiefer als 5 mm sind. Wünschenswerter
sind die Abschnitte nicht tiefer als 3 mm und bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt nicht tiefer als
1 mm. In allen Fällen
hat der zweite Abschnitt 66 der Ablaufnut eine konstante
Tiefe. Jedoch lässt
die Erfindung andere Tiefen als die zuvor wiedergegebenen zu, vorausgesetzt
die Nut ist flach. Somit hat die verbesserte Ablaufnut 60 verglichen
mit der Ablaufnut 50 aus dem Stand der Technik einen inneren
Abschnitt, der bedeutend flacher ist. Folglich sind maschinelle
Bearbeitungszeit und Fräserabnutzung
deutlich verringert. Da die innere Nut 62 durch maschinelle
Bearbeitung erzeugt wird, ist es nicht erforderlich, die Radform
abzuändern.
Deshalb wird der Durchmesser des Formschüsselsteigrohrs nicht verändert, woraus
eine Reduzierung der Radausschussrate resultiert. Ferner wird, da
die innere Nut 62 flach ist, ein übermäßiger Fräserverschleiß vermieden.
Dementsprechend haben die Erfinder festgestellt, dass die verbesserte
gefräste
Ablaufnut zu beträchtlichen
Einsparungen der Herstellungskosten geführt hat.
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Die
Erfindung schlägt
auch vor, dass die verbesserte Ablaufnut 60 eine äußere Ablaufnut 68 umfasst,
die sich von der Erleichterungstasche 38 zum Rand der Radnabe 30 erstreckt.
Da die äußere Ablaufnut 68 jenseits
des Formschüsselsteigrohrs
ausgebildet ist, schlägt
die Erfindung vor, einen Kern an der Gussform vorzusehen, um die äußere Ablaufnut 68 auszubilden,
wenn das Rad gegossen wird, wie in 3 dargestellt.
Alternativ kann, wie in 4 gezeigt, eine äußere Ablaufnut 69 gefräst werden,
wenn die innere Ablaufnut 62 ausgebildet wird. Wenn die äußere Ablaufnut 69 gefräst ist,
würde sie
dieselbe konstante Tiefe wie der zweite Abschnitt 66 der
inneren Ablaufnut 62 haben, so dass eine maschinelle Bearbeitungszeit
minimiert wäre.
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Obwohl
in 3 nur eine Ablaufnut 60 wiedergegeben
ist, schlägt
die Erfindung auch die Bildung mehrerer gleichmäßig um den Umfang der innenseitigen
Radnabenoberfläche 32 beabstandeter Ablaufnuten
vor. Somit wären,
wenn zwei Ablaufnuten ausgebildet werden, diese 180° voneinander
beabstandet. Ähnlich
wären drei
Ablaufnuten 120° voneinander
beabstandet, während
vier Ablaufnuten 90° voneinander
beabstandet wären.
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Eine
alternative Ausführungsform 70 der
verbesserten Ablaufnut ist in 5 gezeigt,
in der Bauteile, die Bauteilen ähnlich
sind, welche in den vorhergehenden Figuren gezeigt wurden, dieselben
Bezugsziffern haben. Wie in 5 gezeigt,
umfasst die Ablaufnut 70 eine innere Ablaufnut 72,
die der Form der Führungslochwand
folgt. Die innere Ablaufnut hat einen sich radial entlang der Führungslochwandung erstreckenden
ersten Abschnitt 74 mit einer Bodenfläche, die unter einem Winkel
bezüglich
der Radachse von der Führungslochwandoberfläche zur
Ablaufnuttiefe verläuft,
die nicht mehr als 5 mm tief ist. Wünschenswerter beträgt die Tiefe
nicht mehr als 3 mm und bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Tiefe
nicht mehr als 1 mm. Alternativ hat der erste Abschnitt 74 eine
konstante Tiefe mit einer Bodenfläche, die der Kontur der Führungslochwand
folgt (nicht dargestellt). Es versteht sich, dass andere Tiefen
ebenfalls verwendet werden können,
solange die Tiefe der Nut flach gehalten wird. Die innere Nut 72 umfasst
ferner einen mittleren Abschnitt 76, der eine wie oben
angegeben konstante Tiefe hat und sich zwischen dem Ende des ersten
Abschnitts 74 und einem dritten Abschnitt 78 mit
der oben angegebenen Tiefe erstreckt. Der dritte Abschnitt 78 hat
ebenfalls eine konstante Tiefe wie zuvor angegeben und verläuft radial
quer über
die innenseitige Nabenfläche 32 zur
Erleichterungstasche 38. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Ablaufnut 72 zwischen 11 und 13 mm breit, jedoch
lässt die
Erfindung auch andere Breiten zu.
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Wie
ebenfalls in 5 gezeigt ist, umfasst die Ablaufnut 70 ferner
eine äußere Ablaufnut 79,
die sich über
die innenseitige Fläche 32 der
Radnabe 30 von der Erleichterungstasche 38 zum
Rand der Radnabe 30 erstreckt. Wie in 5 gezeigt
wird die äußere Ablaufnut 79 zum
selben Zeitpunkt wie die innere Ablaufnut 72 und auf dieselben
Abmessungen gefräst.
Alternativ kann die äußere Ablaufnut
in die innenseitige Oberfläche 32 der
Radnabe 30 (nicht dargestellt) wie oben beschrieben gegossen
werden. Wie ebenfalls zuvor beschrieben schlägt die Erfindung das Bilden
einer oder mehrerer der Ablaufnuten 70 in der Radnabe vor.
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Eine
andere alternative Ausführungsform 80 der
verbesserten Ablaufnut für
ein Rad, das keine Erleichterungstaschen aufweist, ist in 6 gezeigt,
in der Bauteile, die in den vorhergehenden Figuren gezeigten Bauteilen ähnlich sind,
gleiche Bezugsziffern haben. Wie in 6 dargestellt,
folgt die Ablaufnut 80 der Kontur der Führungslochwand wie für die in 5 gezeigte
Ausführungsform
beschrieben und verläuft über die
innenseitige Oberfläche 32 der
Radnabe 30 von dem Führungsloch 34 zum
Rand der Radnabe 30. Die Ablaufnut 80 weist einen
ersten sich axial entlang der Führungslochwand
erstreckenden Abschnitt 82 mit einer Bodenfläche auf,
die unter einem Winkel bezüglich
der Radachse von der Führungslochwandoberfläche zur
Ablaufnuttiefe verläuft, die
nicht tiefer als 5 mm ist. Wünschenswerter
ist die Tiefe nicht tiefer als 3 mm und bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Tiefe nicht tiefer als 1 mm. Alternativ hat der erste Abschnitt 74 eine
konstante Tiefe mit einer Bodenfläche, die der Kontur der Führungslochwand
folgt (nicht dargestellt). Es versteht sich, dass andere Tiefen
ebenfalls verwendet werden können,
solange die Tiefe der Nut flach gehalten wird. Die Ablaufnut 80 weist
ferner einen mittleren Abschnitt 84 mit einer konstanten
Tiefe wie zuvor beschrieben auf, der sich zwischen dem Ende des
ersten Abschnitts 82 und einem dritten Abschnitt 86 erstreckt.
Der dritte Abschnitt hat ebenfalls eine konstante Tiefe wie zuvor
beschrieben und verläuft
radial quer über
die innenseitige Nabenfläche 32 zum
Rand der Radnabe 30. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Ablaufnut 72 zwischen 11 und 13 mm breit, jedoch
sieht die Erfindung auch andere Breiten vor.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Bilden einer
Ablaufnut in einer Fahrzeugradnabe vor. Das Verfahren ist durch
das in 7 gezeigte Fließbild veranschaulicht. In einem
Funktionsblock 90 wird ein einstückiges Fahrzeugrad in einer
Radform durch ein herkömmliches
Verfahren gegossen, wie z.B. Schwerkraft- oder Niederdruckgießen. Sobald der Radformling
sich verfestigt hat und genügend
abgekühlt
ist, wird der Formling aus der Radform entnommen und in einem Funktionsblock 92 maschinell
auf eine endgültige
Form bearbeitet. Nach dem maschinellen Bearbeiten wird das Rad im Funktionsblock 94 in
eine Fräsmaschine
gespannt, wobei die innenseitige Oberfläche der Radnabe dem Fräser zugewandt
ist. Dann wird im Funktionsblock 96 eine Ablaufnut in einer
radialen Richtung quer über
die innenseitige Radnabenoberfläche
vom Führungsloch
zum Rand der Radnabe gefräst.
Wie zuvor beschrieben würde
bei einer bevorzugten Ausführungsform
die Ablaufnut ungefähr
1 mm tief und 11 bis 13 mm breit sein, jedoch kann die Nut auch
andere Abmessungen haben. Das Fräsen
würde computergesteuert
sein und die Nut würde
sich in einer axialen Richtung in das Führungsloch erstrecken. Nach Abschluss
des Fräsens
der Ablaufnut würde
das Rad im Funktionsblock 98 aus der Fräsmaschine entnommen werden.
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Es
versteht sich, dass das in 7 gezeigte Fließbild exemplarisch
für das
Verfahren ist und dass die Erfindung auch mit Abwandlungen der in 7 dargestellten
Schritte praktiziert werden kann. Beispielsweise kann, wenn die
innenseitige Radnabe gefräst
würde anstatt
zugewandt zu sein, das Fräsen der
Ablaufnut auch mit einem Fräsen
der innenseitigen Nabenfläche
im Funktionsblock 92 kombiniert werden, in welchem Falle
die Funktionsblöcke 94 bis 98 entfallen
würden.
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Alternativ
kann die Ablaufnut auch gefräst werden,
während
das Rad auf der Bearbeitungsstation aufgespannt ist, die die Bolzenlöcher durch
die Nabe und ein Ventilschaftloch durch das außenseitige Ende der Radfelge
bohrt (nicht gezeigt).
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Obwohl
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung vorstehend anhand eines einstückigen Rades veranschaulicht
und beschrieben worden ist, versteht es sich, dass das Verfahren
auch für
andere Arten von Rädern
ausgeführt
werden kann. Beispielsweise kann die Erfindung ebenfalls auf ein
zweiteiliges Rad mit einer gegossenen Vollflächenradscheibe angewandt werden,
die einen am außenseitigen Ende
einer Teilradfelge angebrachten außenseitigen Reifenwulstsitz
hat. Für
solch ein Rad würde
die Ablaufnut in die innenseitige Oberfläche der Radscheibennabe gefräst werden,
bevor die Radscheibe an der Teilradfelge befestigt wird. Die Erfindung
sieht auch vor, dass die Ablaufnut in die innenseitige Fläche einer
Radspinne gefräst
werden kann, die anschließend
in einer Vollradfelge befestigt wird.
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In Übereinstimmung
mit den Vorschriften des Patentgesetzes sind das Prinzip und die
Arbeitsweise dieser Erfindung erklärt und in ihrer bevorzugten Ausführungsform
veranschaulicht worden. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung
anders als speziell erklärt
und veranschaulicht ausgeübt
werden kann, ohne ihren Schutzbereich zu verlassen.