DE1256610C2 - Verfahren zur Herstellung einer Steilschulter-Tiefbettfelge aus Leichtmetall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer asymmetrischen Leichtmetall-Steilschulter-Tiefbettfelge mit niedrigem Horn, zwei kegelförmigen Felgenflanken von etwa 15" für die Verspannung des Reifens und einer Spannfläche von bis 30° am Felgenfuß für die Verspannung der Felge auf den Radstern, einem Hohlraum zwischen Felgenfuß und Felgenflanke und einem Tiefbettboden von etwa 4° Kegelneigung, aus einem stranggepreliten, dem Felgenquerschnitt ähnlichen Ausgangsprolil aus vergütbarer Alu-Legicrung, das in unvergütetem Zustand durch Ablängen, Vorrunden ohne Hohlraumfüllung, zweites Ablängen, Stumpfschweißen der Stoßenden zur Felge und Fertigrunden geformt wird.

Es ist beim Herstellen von Felgen für Räder von Kraftfahrzeugen oder von Flugzeugen, die bei möglichst geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweisen sollen, bekannt, Aluminiumlegierungen als AusgangswerkstofT zu verwenden, die vergütbar sind (vgl. die USA.-Patentschrift 2 034 360). Bei der Herstellung derartiger Felgen wird von einem stranggepreßten symmetrischen Profil ausgegangen, das dem endgültigen Profil des Felgenquerschnitts ähnlich ist. Nach dem Vorrunden des geraden, stranggepreßten Ausgangsprofils wird dieses an den Stoßenden verschweißt und danach die Felge vergütet. Nach dem Vergüten wird durch einen Aufweitvorgang die genaue Endform erzeugt. Der letztgenannte Fertigl'orm-Viiruang kanu jedoch auch unterteilt weiden und zum I eil bereits vor dem Vergüten erfolgen.

/war ist das beschriebene Verfahren an Hand eines s\nimetrischen Ausgangsprofils erläutert, doch ist für ilen Fachmann /u unterstellen, daß diese Verfahrens-M/hritte insoweit in analoger Weise beim Herstellen einer Felge mit dem eingangs näher definierten asymmetrischen Profil anwendbar sind.

ίο Des weiteren ist es beim Herstellen von Leichtmclallfelgen bekannt (vgl. die britische Patentschrift (-80 355), von einem stranggepreßten Vorprofil auszugehen, das zwei symmetrisch zur Felgenmittelebene angeordnete, etwa kreisförmige Hohlräume aufweist.

Durch einen Ziehvorgang wird eine Zwischenform erzeugt, in der die Hohlräume etwas flachgedrückt und gleichzeitig die äußeren Wandbereiche als spätere I elgenschultern etwas hochgebogen werden. In diesem Zustand wird das Profil abgelängt und ohne Hohlraumfüllung vorgerundet. Anschließend erfolgt das Verschweißen der Stoßenden und das Fertig-1 tinden der gewünschten Felgenprofill'orm. Beim Vor- und Fertigrunden wird der Werkstoff im Bereich der Hohlräume zu den Felgenschultcrn hochgebogen und die ursprünglich in etwa runden Hohlräume zu verhältnismäßig schmalen Hohlquerschnittcn verformt, ohne daß dabei ein Einknicken der Wandungen im Bereich der Hohlräume erfolgt.

Bei beiden genannten Verfahren ist das herzustellende Felgenprofil zu seiner Mittelcbenc symmetrisch, d. h. beide Hälften weisen gleiches Trägheitsmoment auf, und es besteht daher beim Runden dieses Profils nicht die Gefahr einer ungleichen Aufweitung der beiden Hälften.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine asymmetrische Leichtmetallfelge, bei der nur eine Hälfte einen Hohlraum und einen Felgenfuß aufweist, also mit ungleichem Trägheitsmoment der beiden Hälften, ebenfalls ohne spanabhebende Nacharbeit auf die genaue Endform zu bringen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Felge ■— ausgehend von einem Profil, das gegenüber dem Querschnitt der Fcrtigfelge im Bereich des Hohlraumes eine konvexe Felgenschulter und eine schwach gewölbte Felgenfußkontur aufweist — beim Vorrunden eine Aufweitung der dem Hohlraum entgegengesetzten Seite der Felge, und zwar auf gleichen Durchmesser der beiden Hörner erfährt und daß beim Fertigrunden die Felgenschulter in Kegelform gebracht und die Wölbung am Felgenfuß vertieft wird.

Diese Art der Herstellung von asymmetrischen

Leichtmetallfelgen, die insbesondere bei schweren Fahrzeugen Anwendung finden, und die bisher im wesentlichen durch Schmieden, Fließpressen und Drücken eines Rohlings erzeugt wurden, hat den Vorteil, daß die bei dem bisher praktizierten Verfahren notwendigen Maschinen, die aufwendig und teuer waren, entfallen.

Außerdem ist eine Felge, bei der von einem Strangpreßprofil ausgegangen ist, weil Strangpreßprofile von nahezu beliebiger Form herstellbar sind, hinsichtlich der Festigkeits- und Gewichtsanforderungen einer Felge überlegen, die durch Schmieden usw. hergestellt ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Expansion des Flankenkegels beim Vorrunden mit Hilfe einer Expansionsrolle, deren Kegelneigung etwa 25° beträgt.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Darstellung, und zwar

F i g. 1 das fertiggerundete Felgenprofil im Schnitt,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das entsprechende Strangpreßprofil,

Fig. 3 zwei verschiedene Profile einer inneren Walze in Ansicht; das ausgezogene Profil dient zum Vorrunden, während eine Walze nach dem strichpunktierten Profil zum Fertigrunden verwendet wird,

F i g. 4 zwei verschiedene Profile der äußeren Wal- u> zen; die ausgezogene Kontur dient zum Vorrunden, während eine Walze nach der strichpunktierten Kontur für das Fertigrunden verwendet wird,

F i g. 5 eine schematisierte Darstellung des Rundens der Felgengegenseite, mit zusätzlicher 10%iger Ausdehnung der Flanke der Gegenseite, entsprechend der durch den Hohlraum automatisch erhöhten Ausdehnung der Felgenschulterfußseite,

F i g. 6 einen Schweißkeil im Aufriß,

F i g. 7 denselben im Schnitt und

F i g. 8 die Schweißunterlage in perspektivischer Darstellung.

Zur Klarstellung gewisser Definitionen sollen an Hand des fertigen Felgenprofils nach Fig. 1 die Begriffe erläutert werden.

Es handelt sich um eine sogenannte Steilschulter-Tiefbettfelge, vorzugsweise für schlauchlose Bereifung. Diese besteht aus zwei niedrigen seitlichen Hörnern 1 und 2 mit daran anschließenden Felgenschultern 3 und 4 mit etwa 15° Neigung. Auf diesen Felgenschultern 3 und 4 kann der Reifenfuß eines schlauchlosen Reifens sehr straff verspannt werden. Zwischen den beiden Felgenschultern 3 und 4 befindet sich das Tiefbett 5, welches die Montage des Reifens erlaubt.

Die Felge wird mit Hilfe einer seitlich angeordneten kegelförmigen Spannfläche 6 von 2-28° Kegelwinkel auf den Speichenköpfen eines Radsternes satt verspannt und befestigt. Die 28°-Spannfläche 6 wird auch als sogenannter Felgenfuß bezeichnet. Zur Definition gewisser geometrischer Formen und metallurgischer Vorgänge werden alle Teile, welche sich auf der Fußseite des Tiefbettes 5 befinden, mit »Felgenfußseite« bezeichnet, während die Felgenteile auf der andern Seite des Tiefbettes 5 mit »Felgengegenseite« bezeichnet werden.

Das Tiefbett 5 besitzt im vorliegenden Fall eine Kegelneigung von 4°, wie durch Bezugslinien und Winkel 7 angegeben ist. Über dem Felgenfuß 6 und unterhalb der Felgenschulter 3 befindet sich ein Hohlraum 11, dessen Wandungen dieser Felge eine besonders hohe Gestaltfostigkeit verleihen. Da bei Speichenrädern sehr oft die Spannkräfte zur Erzeugung eines ausreichenden Reibschlusses zwischen Speichenrad und Felge auf der Spannfläche 6 sehr hoch sein können, ist es auch aus Festigkeitsgründen absolut am Platz, die Felgenfußseite mit einem versteifenden Hohlraum 11 zu versehen, während die Felgengegenseite mit einer einfachen Felgenschulter 4 ohne Hohlraum ausgebildet werden kann.

Die wichtigsten Maße des äußeren Felgenprofils, vor allem der Felgenschultern 3 und 4 und des Felgenfußes 6, sind genormt. Die Maßtoleranzen sind relativ eng. Für bearbeitete Felgen bestehen keine Schwierigkeiten, diese zu erreichen. Für unbearbeitete Felgen müssen diese Toleranzen als sehr eng bezeichnet werden. Die mechanische Bearbeitung von Felgen ergibt jedoch in jedem Fall sehr teure Operationen.

Es wäre als ganz wesentliche Erleichterung des Fabrikationsverfahrens zu betrachten, wenn die Felge nach F i g. 1 mit den teilweise normalisierten Formen und Dimensionen schon im Strangpreßprofil geometrisch genau erzeugt werden könnte und anschließend in wenigen Rundungsoperationen zu einer Felge gerundet würde. Leider ist dies jedoch nicht möglich.

Beim Runden eines solchen asymmetrischen und rohrförmigen Profiles stellen sich zwei Hauptschwierigkeiten ein:

1. Einknicken der Wandungen 3, 6 und 8 des Hohlraumes;

2. kleinere Ausdehnung der Schulter 4 (Gegenseite) gegenüber der Schulter 3 (Fußseite). Letztere wird als äußere Wand eines Hohlraumes stärker gedehnt, weil das Fußprofil sich einer Kompression stärker widersetzt.

In der Technologie der Leichtmetallrohre und der Leichtmetallstrangpreßprofile mit Hohlraum sind Rundungsoperationen bisher immer mit einer Füllung, beispielsweise aus Sand, Kolophonium, Wood's Metall oder Eis, durchgeführt worden, um das Einknicken der Wandungen zu vermeiden. Dieses Abfüllen mit Füllstoff ist sehr umständlich und kompliziert, besonders dann, wenn die Rundungsoperationen gewisse Genauigkeitsansprüche erfordern.

Um das Einknicken der Wandungen auch ohne Füllung des Hohlraumes zu vermeiden, ist es erforderlich, das Preßprofil am geraden Stab nach F i g. 2 auszuführen. Dieses besitzt auf der Fußseite, zwischen Felgenfuß 26 und Horn 21 eine größere Profilhöhe 22. Die Felgenschulter 23 auf der Fußseite ist konvex ausgebildet, während die Felgenschulter 24 eben mit einem Winkel von 16° gestaltet ist. Der Felgenfuß 26 ist weniger stark konkav ausgebildet als am fertigen Profil nach Fig. 1, d. h., dessen Radius ist größer und schmiegt sich an die Kontur der Tiefbettwandung 25 an. Dasselbe gilt auch für die seitliche Stützwand 28 des Hohlraumes.

Ein Felgenstabprofil gemäß F i g. 2 wird aus einer vergütbaren und korrosionsbeständigen Aluminiumlegierung der Gattung Al mit 1,5% Si und l%Mg stranggepreßt. Es ist als Preßprofil stark asymmetrisch. Wenn nötig, muß das Profil nach dem Pressen noch weichgekühlt werden; in den meisten Fällen wird dies jedoch nicht erforderlich sein. Anschließend wird der Preßstab auf Felgenumfangslänge + 5 % zerschnitten. Dank der Verwendung eines Stabprofils nach F i g. 2 kann die Felge ohne jegliche Füllung des Hohlraumes folgenderweise in zwei Operationen gerundet werden:

Die erste Operation bzw. das Vorrunden erfolgt mit zwei äußeren Rollen 42 nach F i g. 4 (ausgezogene Kontur43) und einer inneren Walze31 nach Fig. 3, ebenfalls nach der ausgezogenen Kontur 33. Die der in Fig. 1 dargestellten Felgenschulter23 (Fußseite) entsprechende Partie 43 ist konkav ausgebildet. Aus diesem Grund deformiert sich die Felge auf der Fußseite nur wenig und vermeidet jegliches Einknicken der äußeren und inneren Wandungen des Hohlraumes. Die konvexe Felgenschulter 23 wird bis auf weiteres noch beibehalten.

Beim Vorrunden wird ferner mit Hilfe der inneren Rolle 31 nach Fig. 3 (ausgezogene Kontur 33), welche einen Felgenschulterwinkel 34 von etwa 25° aufweist, die notwendige zusätzliche Expansion der Felgenschultergcgenseite 24 (s. Fig. 2) erzielt. Die entsprechende Kontur 44 der äußeren Rolle 42 (s. auch

F i g. 4) behält die 15 -Schulterneigung auf tier (icgenseite bei. Diese Expansion der Felgenschultergegenseite 24 ist in der F i g. 5 in Ansicht schematisch dargestellt. Diese zusätzliche Expansion der Felgengegenseite 24 (F i g. 2) ist nötig, um die starke Ausdehnung beim Runden der Feigenfußseite zu kompensieren. Das Fußprofil 26 widersetzt sich einer Stauchung beim Runden, so daß die Felgenschulter 23 wesentlich stärker gedehnt würde als die Felgenschulter 24 der Gegenseite.

Anschließend wird die vorgerundete Felge auf die Umfangslänge zugeschnitten. In der nächsten Operation wird die Felge fertig gerundet, mit Walzen nach F i g. 3 und 4 (strichpunktierte Kontur 35 bzw. 45). Dabei wird die Felgenschulter 3 (Fig. 1) abgeflacht und gleichzeitig der Felgenfuß 6 am Hohlprofil zum fertig konkav gewölbten und genormten Felgenprofil 9 nach F i g. 1 verformt.

Die nächste Operation ist das Zuschneiden der Umfangslänge nach Lehre abzüglich der Schweißnahtbreite. Alsdann werden zwei Entlüftungslöcher am Steg 8 des Hohlraumes 11 gebohrt und das Ventilloch im Tiefbettboden 5 auf der Gegenseite der Felgenschweißstelle angebracht (s. F i g. 1). Die Entlüftungsbohrungen dienen dazu, allfällige Schäden beim Schweißen (Wegblasen des Argonstromes) bei Warmbehandlungsprozessen und durch Expandieren von Gasen zu vermeiden. Sie werden zum Schluß wieder verschlossen.

Gemäß den F i g. 6 und 7 wird vor dem Schweißen ein beidseitig kegelförmiger Schweißkeil 61 in die Stoßfläche des Hohlraumes 11 (F i g. 1) eingelegt. Ein allfälliger Aufguß 62 des Zentrierkeiles 61 wird als Halter zum Einstellen verwendet und später abgebrochen. Das Querschweißen der Stoßnaht wird mit Hilfe des sogenannten Sigma-Schweißverfahrens, d.h. mit elektrischer Lichtbogenschweißung unter Schutzgas mit abschmelzender Elektrode durchgeführt. Die Schweißdrahtqualität muß zur Verfeinerung des Gefüges aus einer vergütbaren Legierung mit etwa 4% Silicium und 1% Magnesium hergestellt sein. Die Härte dieser Gußlegierung in vergütbarem Zustande ist mit derjenigen der Felgenlegierung vergleichbar. Die Schweißung erfolgt ohne Wurzelschweißung dank Verwendung eines profilierten Cu-Blockes 81 nach Fig. 8 als Schweißunterlage, welcher unter der Schweißnaht eine Nut 82 aufweist. Die Spaltbreite 83 und die Breite der Schweißnut 82 werden durch die Breite 71 des eingelegten und federnd verspannten Schweißkeiles bzw. Zentrierkeiles 61 nach Fig. 7 bestimmt.

Der Schweißkeil hat neben seiner Zentrierfunktion noch die Aufgabe, Kerbstellen im Innern des Hohlraumes, d.h. an der Wurzel der Schweißnaht zu vermeiden. Ohne Verwendung eines Schweißkeiles besteht die Gefahr, daß die Tiefe der Schweißnaht ungleichmäßig wird und daß sich zwischen der zylindrischen, parallelen Wand des Schweißspaltes und der V-förmigen Schweißzone eine sehr spitze Kerbe ausbilden kann.

Der Schweißkeil 61 erlaubt ferner das Schweißen mit hoher Stromstärke ohne gefährliches Einschmelzen der Hohlraumwandungen. Anschließend werden noch die sogenannten Felgenanschläge angeschweißt.

Die tertiggerundete und geschweißte Felge wird vergütet. Jedes ringförmige Werkstück aus Stahl- oder LM-Legierungcn mit relativ kompliziertem Profil, wie z. B. eine Felge, muß infolge Verformung beim Schweißen oder Vergütungsglühen und ebenso auch um alle kleinen Rundungsfehler zu eliminieren, kalibriert werden. Bei LM-Legierungen erfolgt dies am vorteilhaftesten sofort nach der Glühung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer asymmetrischen Lcichtmetall-Steilschulter-Tiefbettfelge mit niedrigem Horn, zwei kegelförmigen Felgenflanken von etwa 15° für die Verspannung des Reifens und einer Spannfläche von 15 bis 30 ' am Felgenfuß für die Verspannung der Felge auf den Radstern, einem Hohlraum zwischen Felgenfuß und Felgcnflankc und einem Ticfbcttboden von etwa 4° Kegelneigung, aus einem stranggepreßten, dem Felgenquerschnitt ähnlichen Ausgangsprofil aus vergütbarer Alu-Legierung, das in unvergütetem Zustand durch Ablängen, Vorrunden ohne Hohlraumfüllung, zweites Ablängen, Stumpfschweißen der Stoßenden zur Felge und Fertigrunden geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge — ausgehend von einem Profil, das gegenüber dem Querschnitt der Fertigfelge im Bereich des Hohlraumes eine konvexe Felgenschulter (23) und eine schwach gewölbte Felgenfußkontur (26) aufweist — beim Vorrunden eine Aufweitung der dem Hohlraum entgegengesetzten Seite der Felge, und zwar auf gleichen Durchmesser der beiden Hörner (1 und 2) erfährt und daß beim Fertigrunden die Felgenschulter in Kegelform gebracht und die Wölbung am Felgenfuß vertieft wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorrunden die Expansion des Flankenkegels (33) mit Hilfe einer Expansionsrolle (31) erfolgt, deren Kegelneigung etwa 25° beträgt.