DE1962227A1

DE1962227A1 - Fahrzeugrad und Verfahren und Geraet fuer den Zusammenbau desselben

Info

Publication number: DE1962227A1
Application number: DE19691962227
Authority: DE
Inventors: Baker Harold R
Original assignee: Norris Industries Pty Ltd
Current assignee: Norris Industries Pty Ltd
Priority date: 1969-04-28
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1970-11-12
Also published as: US3601450A; GB1256769A

Description

196222?

JNOBHIS INDUSTRIES, INC., Los Angeles, Calif. USA

Fahrzeugrad und Verfahren und Gerät für den Zusammenbau desselben

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenbau des Fahrzeugrades .

Fahrzeugräder werden im allgemeinen aus einer ringförmigen Felge hergestellt, die aus einem flachen Erzeugnis gerollt ist, und zwar mit einem gewünschten Querschnitt und mit angenähertem Durchmesser, und die Enden der Felge werden zusammengeschweißt, wodurch eine endlose ringförmige Felge entsteht. Der von der Felge umschlossene Bereich wird von einem Kreuzstück oder einer Scheibe ausgefüllt, die üblicherweise durch einen Stanzpreövorgang hergestellt 1st. Das Kreuzstück hat eine Form, in der die üblichen Öffnungen

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für Bolzen, Radkappenhalter und die Öffnung für die Mittelachse vorgehen sind.

Bisher wurde das Kreuzstück mit einem übergroßen Durchmesser hergestellt, der größer als der Durchmesser der Felge war, und zwar mindestens um 1.27 mm (0.050 inch), wodurch das Kreuzstück mit Preßsitz in die felge eingefügt wurde. Zur Anbringung des ivreuzstücks an der Felge war ein relativ breiter ringförmiger Flansch vorgesehen, der an der Innenseite der Felge an dieser anlag und mittels eines der folgenden Befestigungselemente des Standes der Technik daran befestigt war ι

Es sind bisher drei verschiedene Befestigungselemente verwendet worden. Das erste besteht aus einer Vielzahl der üblichen Niete, die sich an vier Punkten des Kreisumfangs durch Felge und Flansch erstrecken. Das zweite Befestigungselement wird durch Punktschweißen von Felge und Flansch an vier Bereichen des Kreisumfangs hergestellt. Das dritte Befestigungselement nach dem Stand der Technik wird durch eine Lichtbogenschweißung des Flanschendes an vier Punkten des Kreisumfangs der Felge hergestellt. Sämtliche oben beschriebenen Befestigungselemente haben den gleichen Nachteil, daß bei dauernder Drehung und Vibration des an einem Fahrzeug angebrachten Rades das Beitetigungselement gelockert wird und ein Bruch des Befestigungselements durch die Belastung vorkommt. Dies wird durch Brechen des Grundmetalls unter der Belastung an den geschweißten Stellen und - bei dem anderen Befestigungselement - durch Ermüdung der Niete verursacht. Bei einem solchen Bruch kann das Rad zerbrechen, oder es kann zumindest ein Reißen der Felge verursacht werden und Luft strömt aus dem Schlauch. Außerdem erfordern alle oben beschriebenen

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uefestigungselemente einen relativ breiten ringförmigen Flansch, so daß das Serät genügend Metall zur Bildung der !Schweißnaht erfassen Kann.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Befestigungselement gerichtet, das dazu dient, eine ringförmige Felge und ein -\reuzstJck aneinander zu befestigen, zur Schaffun« einen der üblichen Fahrzeugräder, wobei das Befestigungselement aus einer Heihe überlappender Schweißnähte bei reliie und kreuzstück besteht. Durch das neue Befestigungsejer.'Vit für Felge und Kreuzstück wird ein Fahrzeugrad gerc.afi'en, das _;;rc.;ere Festigkeit besitzt, um einem Bruch ?■'·: widerstehen als es durch 3 ie Vorrichtungen nach dem 'LK;i dt-! iechnik möglich ist. Bei Verwendung des erfin-Im- ::itrp''i:i,:eri ; -ofestit'un^selenients kann die Breite des ri.'i-üfcrird^en Flanscnes an der, .'.reuzstücK auch verkürzt werden.

;iie VrrTeile der vcrlieeendon hri inann^ehen aus ier fol.-:e.'vien Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor:

Fi;., 1 ist pine von oben gesehene schematische Darstellung dos? verbesserten Kehrfach-V.'iderstandsnahtschweii?~ iierats, auf dem ein Fahrzeugrad angebracht ist, das "iittelf: der neuer. :efe?ti».iunßstechnik zusammengebaut

i?t ein Querschnitt nach Linie 2-2 in **ig. ¹ mit einer liars te llung des .^₁ des und in gestrichelten I.-ir;i.~r. angedeutetem ^?^r xei

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Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht nach Linie 3-3 in Fig. 2 eines Fahrzeugrades und einer Reihe überlappender Schweißnähte zur Schaffung des neuen Befestigungselements«

Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Fahrzeugrades nach Linie 4-4 in Fig. 3; und

Fig. 5 ist ein Teilschnitt nach Linie 5-5 in Fig. 3 und zeigt eine überlappende Schweißnaht.

Die Erfindung ist auf ein im allgemeinen mit 10 bezeichnetes, aus einer überlappenden Sehweißnaht bestehendes Befestigungselement gerichtet, und zwar für die Teils eines mit 12 bezeichneten Fahrzeugrades, mit einer ringförmigen Felge 14 und einem Kreuzstück oder einer Scheibe 16. Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Zusammenbau des Fahrzeugrades 12 gerichtet, und zwar durch WideratandsnahtschweiSen mit einem allgemein mit 18 bezeichneten Gerät»

Bei der Herstellung eines Fahrzeugrades 12 ist es üblich* die ringförmige Felge 14 und das Kreuzstück oder die Scheibe 16 einzeln herzustellen und die zwei Teile aneinander zu befestigen und dadurch das Fahrzeugrad zu schaffen, das einen (nicht gezeigten) Reifen aufzunehmen vermag.

Die Herstellung der Felge 14 wird in folgender Weise bewerkstelligt. Ein flaches Erzeugnis wird einer Reihe der üblichen Rollvorgänge unterworfen, die das Erzeugnis sowohl zu einem angenäherten Durchmesser formen als auch zu der gewünschten Querschnittsform, die in den Fig. 2 und

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4 am besten zu sehen ist· In dieser Querschnittsform der Felge 14 befindet sich ein ringförmiger, im Querschnitt im allgemeinen flacher mittlerer Basisbereich 24 mit einer äußeren und einer inneren Fläche 26 und 28. Von beiden Seiten des Basisbereichs 24 erstreckt sich die Felge querschnittsgemäß nach außen und oben und endet in ringförmigen Wandbereichen 30 zur Aufnahme des Reifens.

Nachdem die Felge 14 geformt worden ist, werden ihre (nicht mit Nummern versehenen) Enden bei 32 durch Stumpfschweißen zusammengefügt. Die Schweißnaht wird dann an der inneren und äußeren Fläche und an den Kanten abgegratet. Dann kann ein Loch 34 in die Felge gebohrt werden, zur Aufnahme eines Reifens oder einer Schlauchventilstange (nicht gezeigt).

Das Kreuzstück oder die Scheibe 16 wird vorzugsweise aus einem flachen Erzeugnis hergestellt und durch einen Stanzpreßvorgang in die gewünschte Form gebracht.

Es gibt im allgemeinen zwei Arten von Kreuzstücken, die zur Herstellung eines Fahrzeugrades verwendet werden. Die erste Art ist ein um seinen gesamten Kreisumfang kreisförmiges Vollkreuzstück, das ohne Unterbrechung am Inneren der Felge 14 anliegt. Die andere (dargestellte) Art ist bekannt als Kreuzstück mit "gewölbten Öffnungen oder kettenförmigen Schlitzen" (arch opening or chain slot). Bei einer solchen Konstruktion ist das Kreuzstück von kreisförmigem Umfang, es befinden sich jedoch an diesem eine Vielzahl von angewinkelten Biegungen 36, die sich im rechten Winkel zum Kreisumfang erstrecken, so daß bei Zusammenbau mit der Felge 12 die Öffnungen 38 dazwischen entstehen.

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Das Kreuzstück oder die Scheibe 16 werden mit einem sich im rechten Winkel zur Scheibenebene erstreckenden ringförmigen Flansch 40 hergestellt. Außerdem ist das Kreuzstück oder die Scheibe 16 mit einer Vielzahl von Öffnungen 42 für Bolzen und weiterhin mit einem mittleren Loch 44 versehen, das die (nicht gezeigte) Achse einer Bremstrommel und eines Fahrzeugs aufnimmt.

Die am besten in Fig. 2 gezeigte Querschnittsform des Kreuzstücks oder der Scheibe 16 kann sich je nach Art des Fahrzeugrades, für das es verwendet werden soll, ändern.

Wichtig ist zu beachten, daß es in der Industrie allgemein üblich ist, bei der Herstellung von Kreuzstücken oder Scheiben den Außendurchmesser des Flansches an Kreuzstück oder Scheibe um ungefähr 1.27 mra (0.050 inch) größer als den Innendurchmesser der Felgenbasis 24 herzustellen, so daß ein fester Freßsitz zwischen beiden das Rad bildenden Teilen sichergestellt ist. Dieses Übermaß war nötig, um einen festen Preßsitz sicherzustellen für den Fall, daß das Befestigungselement brach. In einigen Fällen ist es nötig, das Übermaß auf 2.54 mm (0.1000 inch) zu erhöhen, je nach Form des Kreuzstücks.

Bei einem solchen Übermaß war es üblich, daß die Felge bei Einpressen des Kreuzstücks unrund geschlagen wurde. Durch; eine "solche Verzerrung kann die Sicherheit des Rades vermindert werden, wenn dieses mit übergroßer an einem Fahrzeug läuft.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auf grund der geprüften Stabilität von Fahrzeugrädern, bei

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denen die neuen Befestigungselemente \erwendet wurden, nicht nötig, die Übergröße des Durchmessers des Kreuzstückflansches auf mehr als 6.35 mm (0.025 inch) zu erhöhen, d.h. gerade so viel, um die Teile während des Befestigungsvorganges zusammenzuhalten. Von größerer Wichtigkeit ist die Tatsache, daß bei einer geringeren Übergröße das Anbringen von Kreuzstück oder Scheibe im Preßsitz in der Felge den runden Kreisumfang der Felge nichtverzerrt und auf diese Weise eine größere Sicherheit geschaffen ist*

Nachdem Kreuzstück oder Scheibe 16 durch Preßsitz in der Felge 14 angebracht sind, wird das dauerhafte Befestigungselement, d.h. die überlappende Schweißnaht 10 vorzugsweise in Abständen von 90° um den Kreisumfang des Kades 12 angebracht. Die Befestigung findet mittels einer Keine überlappender Schweißnähte 10 zwischen der Innenfläche 28 der Felge 14 und dem Flansch 40 statt*

Um die Naht herzustellen, können verschiedene Verfahren angewendet werden, ein Mehrfach-Wideretandsnahtschweißgerät 18 ist jedoch vorzugsweise zu verwenden. Im allgemeinen gehört zu dem Gerät ein Aufsteckdorn 50, der auf die Öffnung 44 des Rades 12 gesteckt wird. Der Auf- ä steckdorn 50 ist weiterhin mit Führungsstiften 51 versehen, die dazu d-ienen, in die Bolzenöffnungen 42 des Rades 12 einzugreifen. Die Stifte 51 tragen zur Umdrehung des Rades 12 bei.

Der l'iehrfachschweißapparat enthält feststehende Elemente S2, an denen allgemein mit 53 bezeichnete Sätze verschiebbarer Zylinder angebracht sind. Zu den Zylindersätzen 53 gehören Zylinderglieder 54, die hydraulisch oder

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pneumatisch betrieben werden und Kolben 56. Weiterhin gehören zu dem Satz- verschiebbare Querhäupter 58.

Auf dem Kolben 56 sind die äußeren Elektrodenrollen 60 drehbar angebracht, unddie inneren Elektrodenrollen 62 sind auf den Querhäuptern 58 angewinkelt angebracht und ebenfalls drehbar gelagert. Mit den äußeren Elektrodenrollen 60 können die Außenflächen 26 des mittleren Basisbereichs der Felge 1^ berührt werden. Die inneren Elektro- h denrollen 62 können den Flansch *K) des Kreuzstücks an seiner Innenseite berühren.

Zur Durchführung des Vorganges, wenn das Rad 12 eingelegt ist, v/erden die Zylinder durch geeignete Steuerelemente in Bewegung gesetzt und die Kolben 56 bewegen die Elektroden OQ gegen die Felge 1^» Nach Berührung der Felge 14 ziehen sich die Zylindersätze 53 zurück, bewegen sich fort von Rad 12 und verursachen, daß die Querhäupter 58 und die inneren Elektrodenrollen 62 sich nach außen bewegen unddie Flansche 40 berühren. Mit anderen V/orten: Die Zylindersätze sind selbstschaltend.

W Weiterhin kann eine Wasserquelle 63 vorgesehen sein,

durch welche Wasser durch den Schlauch 6U- gepumpt wird, das die Felge während des Schweißvorgangs überspült und die Wärme der Felge verringert.

Vorzugsweise sollten die ringförmigen Kontaktflächen der Elektroden 60 und 62 im Querschnitt nach außen gebogen sein, um einen konzentrierten ftontaktpunkt mit Felge und Flansch zu erzielen. Durch eine solche Konstruktion wird auch eine Ableitung der Wärme vom Kontaktpunkt erreicht, wodurch weiterhin eine verringerte Reißmöglichkeit des

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zu verschweißenden Metalls sichergestellt ist. Wenn eine Schweißung vorgenommen werden soll, werden die Kolbensätze 53 unter beträchtlich hohem Druck in Gang gesetzt, und die Elektroden 6o und 62 werden gegen die Fläche 26 gedrückt, wobei Plansch kO und Basis 2k aneinandergepreßt werden. In diesem Augenblick werden die Elektrodenrollen 60 und durch geeignete Mittel unter Strom gesetzt und der Widerstand dazwischen läßt das Metall von Felge 12 und Flansch ^O zusammenschmelzen, wodurch eine einzelne kreisförmige Schweißnaht 68 von annähernd 12.7 mm (1/2 inch) Durchmesser entsteht.

Die Elektroden werden abgeschaltet, und der Aufsteckdorn 50 dreht das Rad 12 ungefähr 6.35 mm (1A inch), woraufhin der Schweißvorgang wiederholt und eine zweite die erste Schweißnaht 68 teilweise überlappende Schweißnaht 68 hergestellt wird. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die gewünschte Länge überlappender Schweißnähte 68 hergestellt ist, die den fertigen Überlappsaum 10 bilden. In der Praxis selbst wurde festgestellt, daß eine Naht von ungefähr 63.5 mm (2.5 inch) mit 90° Zwischenraum ein ausreichendes Befestigungselement bildet.

Bei Anwendung einer Nahtschweißung mit der oben beschriebenen Vorrichtung ist festgestellt worden, daß für jede Schweißnaht 68 nur zwei Wärmeimpulse notwendig sind, um eine ausreichende Fusion des Metalls zu bewerkstelligen, im Gegensatz zu sieben Impulsen, die bei der üblichen Einzelpunktschweißtechnik nötig sind.

Die Verwendung von nur zwei Wärmeimpulsen erklärt sich daraus, daß bei der Überlappsaumschweißung eine geringere Fläche als beim Punktschweißen auf einmal zu

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verschweißen ist. Es kann daher die Wärmekonzentration verringert werden· Wenn sich auch mehr einzelne Schweißnähte in der überlappenden Schweißnahtlänge befinden, so ist doch jede Schweißung geringer an Breite und Länge als eine Punktschweißung bei Fahrzeugrädern, weshalb weniger Wärme nötig ist. Es wird daher bei geringerer Wärme und jeweils kleinerer Naht die Molekularstruktur des zu verschweißenden Metalls in Nähe der Schweißnaht nicht ver- ^ ändert und Ermüdung des Metalls vermieden. Dieses Ender- ^ gebnis ist weiterhin dadurch möglich, daß die tatsächliche Berührungsstelle der gebogenen Elektroden relativ klein ist, wodurch weiterhin sichergestellt ist, daß die Wärme in die Atmosphäre abgeleitet wird und nicht das Metall der Umgebung irritiert.

Es ist zwar ein Mehrfach-Widerstandsschweißgerät 18 beschrieben worden und dieses wird auch bevorzugt, es kann jedoch auch ein Einfachschweißgerät, das nur einen Bereich des Rades 12 auf einmal bearbeitet, verwendet werden, um die Befestigung zu bewerkstelligen.

fc Zur Feststellung von Festigkeit und Sicherheit eines

Fahrzeugrades 12 bei Befestigung von Felge 14 und Kreuzstück 16 durch einen eine überlappende Naht erzeugenden Schweißvorgang wurde eine Prüfung auf einem Felgentestgerät durchgeführt.

Zu dieser Prüfung gehört eine willkürliche Auswahl eines fertiggestellten Rades 12 und Anbringung eines Reifens auf demselben. Rad und Reifen werden dann auf einer Rolle angebracht, um gedreht zu werden, und eine angetrie-

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bene Rolle oder ein Hauptrad berühren den Reifen und rollen Reifen und Rad bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 83.70 km in der Stunde (52 miles) oder ungefähr 600 U/fo.

Bei Prüfungen des neuen, willkürlich ausgewählten Hades 12 wurde das Rad b 000 000 Umdrehungen unterworfen, ohne daß es bei dem Rad zu einem Bruch im Bereich der Befestigungselemente, die Felge und Kreuzstück-susaismenha 1-ten, gekommen wäre. Wenn andererseits nach dem Stand der Technik punktgeschweißte oder vernietete Fahrzeugradar auf demselben Teetgerät geprüft wurden, entstanden bei 2 000 oder weniger Umdrehungen Brüche aufgrund von Rissen im Material in der Umgebung der Befestigungselemente.

Es ist daher zu erkennen, daß unter praktischen Früfbedingungen das neue Fahrzeugrad 12 den Bruchpunkt- dsr Räder nach dem Stand der Technik um die doppelte Umdrehungszahl übertraf und auch bei diesem Punkt <äer Prüfung noch nicht brach.

Die Schweißung mit überlappendem Saum schafft daher ein sicheres und leistungsfähigeres Fahrzeugrad als bisher möglich. Weiterhin ist das Verfahren und Gerät zur Herstellung einer solchen Befestigung neu und neuartig, wobei nicht nur durch geringere Irritierung des zu schweißenden I>:etalls beim Schweißen eine größere Sicherheit des Rades gewährleistet, sondern auch die Möglichkeit gegeben ist, die gewünschten vier Befestigungselemente gleichzeitig herzustellen.

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Claims

- 12 Patentansprüche

1« ) Fahrzeugrad mit Felge und Kreuzstück, dessen Felge Vine als Basisbereich dienende ringförmige Wand und dessen Kreuzstück eine mittlere Platte mit peripherischem, in den Basisbereich passenden Rand enthält, dadurch g e kennzeichnet, daß der Basisbereich (24) und der Flansch (kO) durch mit Impulsen von geringer Wärme herfe gestellten Längen überlappender Schweißnähte (10) dauerhaft miteinander verbunden sind, wobei das zu schweißende Material an Ba3isbereich und Flansch in der Nähe der Längen der Schweißnähte im wesentlichen molekular stabil verbleibt,

2« Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch g e -

kenn zeichnet, daß die mit Impulsen von geringer Wärme hergestellten Längen überlappender Schweißnähte (10) aus einer Reihe einzelner, durch elektrischen Widerstand erzeugter überlappender Schweißnähte (68) bestehen.

3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -

ψ kennzeichnet, daß die Maße der Längen der

mit Impulsen von geringer Wärme hergestellten überlappenden Schweißnähte (10) zwischen 5·08 cm und 7.62 cm (2 bis 3 inches) liegen.

^. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, daß der Flansch (40) relativ schmal ist.

5· Fahrzeugrad nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch

gekennze ichnet , daß vier mit Impulsen

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von geringer wärme hergestellte überlappende Schweißnähte (10) auf der Peripherie des
voneinander abgesetzt sind.

(10) auf der Peripherie des Rades (12) ungefähr um 90°.

6, Verfahren zum Zusammenbau eines Fahrzeugrades mit ringförmiger Felge und aus einem Flansch und einem von der Felge begrenzten Bereich bestehendem Kreuzstück, g e kennze ichnet durch die folgenden Arbeitsschritte: Einpassen des Kreuzstücks in die Felge, wobei der Flansch des Kreuzstücks sich am Inneren der Felge anlegt; Ansetzen einer ersten Schweißelektrode mit einem Impuls von geringer Wärme am Flansch des Kreuzstücks; Ansetzen einer zweiten Schweißelektrode mit einem Impuls von geringer Wärme an der Felge gegenüber der ersten Schweißelektrode mit Impuls geringer Wärme; Betätigen der Elektroden und Verschmelzen von Felge und Flansch mit einer ersten im allgemeinen kreisförmigen Schweißnaht; Drehen des Fahrzeugrades in einem Abstand, der geringer ist als der Durchmesser der ersten im allgemeinen kreisförmigen Schweißnaht; Betätigen der Elektroden und Verschmelzen von Felge und Flansch in einer die erste kreisförmige Schweißnaht überlappenden im allgemeinen kreisförmigen Schweißnaht; Wiederholen der Arbeitsschritte des Drehens des Fahrzeugrades und Betätigens der Elektroden, wodurch aus weiteren überlappenden Schweißmähten mit Impulsen von geringer wärme eine Gesamtschweißnaht von vorbestimmter länge entsteht.

7. Verfahren zum Zusammenbau eines Fahrzeugrades nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichnet , daß die Arbeitsschritte des Ansetzens der Elektroden, Betätigen derselben und Drehen des Fahrzeugrades, an vier verschiedenen Bereichen des Fahrzeugrades angewendet werden, wodurch vier Längen überlappender Schweißnähte mit Impulsen von geringer Wärme gleichzeitig erzeugt werden.

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3« Gerät zum Zusammenbau eines Fahrzeugrades mit kreisflrmiger Felge und den von der Felge begrenzten Bereich überspannendem Kreuzstück, weiterhin mit einem Aufsteckdorn zum Aufnehmen und Drehen des Fahrzeugrades und einem von einem Strömungsmittel betätigten Zylindersatz, g e kennze lehnet , durch eine erste kreisförmige, auf dem Satz befestigte, in und außer Berührung mit einem Bereich der Felge (1¹O zu bringende Schweißelektrode (60) und eine zweite kreisförmige, an dem Satz angelenkte, mit | einem Bereich des Kreuzstücks (16) in und außer Berührung zu bringende Schweißelektrode (62), die einander gegenüber angeordnet sind, Steuerelemente zum Betätigen der Elektroden, die aus Material von Felge und Kreuzstück mittels elektrischem Widerstand eine Schweißnaht (68) formen, mit dem Aufsteckdorn (50) verbundene Elemente zum Drehen des Aufsteckdorns und des Rades (12) zwischen den Elektroden zur Erzeugung weiterer übeiappender Schweißnähte (68) und einer Länge überlappender Schweißnähte (10),

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Anzahl erster kreisförmiger Schweißelektroden (60) und entsprechender zweiter kreisförmiger

W Schweißelektroden (62), die zur Erzeugung von Schweißnähten (68) durch elektrisches Widerstandsschweißen gleichzeitig betätigbar sind.

10. Gerät' nach Anspruch 8 oder 9» ge k e η η zeichnet durch ein Wasserkühlelement zum Kühlen des Fahrzeugrades (12) und Herabsetzung der Temperatur des Rades während des Schweißvorgangs.

11t Gerät nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch g e kennze lehnet , daß der Aufsteckdorn (50) eine Vielzahl von Führungsstiften (51) enthält, die in die Öffnungen (*f2) für Bolzen des Kreuzstücks (16) eingreifen und zur Drehung des Rades (12) beitragen. 009846/0982

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