DE202008009833U1

DE202008009833U1 - Oberflächenbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE202008009833U1
Application number: DE202008009833U
Authority: DE
Original assignee: Ats Stahlschmidt & Maiworm Tec; Ats Stahlschmidt & Maiworm Technics GmbH
Current assignee: Uniwheels Automotive (germany) De GmbH
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2018-04-10

Abstract

Vorrichtung (10) zum Bearbeiten der Oberfläche (30, 40) einer Felge (12) eines aus Leichtmetall hergestellten Rades (13) für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch eine Verdichtungseinrichtung (56), die durch Einwirkung von mechanischer Energie und/oder Strahlungsenergie an der Oberfläche (30, 40) eines Abschnitts (58) der Felge (12) Drücke erzeugt, die das Material der Oberfläche (30, 40) verdichten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Oberfläche einer Felge eines aus Leichtmetall hergestellten Rades für Kraftfahrzeuge.
Leichtmetallräder kommen aufgrund ihres geringen Gewichtes und ihrer stilistischen Gestaltungsmöglichkeiten heutzutage im großen Umfang zum Einsatz. Die Herstellung solcher Leichtmetallräder erfolgt gewöhnlich im Kokillenguss. Danach ist eine mechanische Bearbeitung erforderlich.
Diese mechanische Bearbeitung umfasst insbesondere, die Felge der Leichtmetallräder auf einer Drehmaschine zu bearbeiten. Insbesondere die Kontur des Felgenbetts wird außen- und innenseitig einer derartigen Bearbeitung unterzogen.
Aus Gründen der Energie- und Materialeinsparung ist es wünschenswert, dass Leichtmetallräder ein möglichst geringes Gewicht aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gewicht eines Leichtmetallrades unter Beibehaltung oder Erhöhung seiner Bauteilfestigkeit zu reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 vorgeschlagen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch eine Verdichtungseinrichtung an einer Oberfläche eines Abschnitts der Felge durch Einwirkung von mechanischer Energie und/oder von Strahlungsenergie Drücke erzeugt, die das Material der Oberfläche verdichten. Eine solche Verdichtung geht bei Metallen mit einer Veränderung der Oberflächenspannung einher. Einer Rissbildung wird dadurch vorgebeugt und das Metall wird belastbarer. Somit kann die Wandstärke des Felgenbettes reduziert werden, was mit einer Gewichtsreduzierung einhergeht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Verdichtungseinrichtung kann die Oberfläche des Metalls mit einer einfach verdampfbaren Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser, überziehen, in der mittels eines Energieeintrags eines Lasers Teile der Flüssigkeit verdampft werden, wodurch eine Stoßwelle entsteht, die die Oberfläche verdichtet.
Die Verdichtungseinrichtung kann die Oberfläche auch mit kleinen Partikeln, vorzugsweise aus Stahl, Aluminium oder Glas, bestrahlen, um eine Verdichtung der Oberfläche der Felge zu erzielen.
Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Verdichtungseinrichtung Walzrollen auf, die an einen Abschnitt der Felge gepresst werden, wobei das Rad um seine Achse gedreht wird und wobei die Walzrollen während der Drehung des Rades entlang des Abschnitts der Felge in Axialrichtung bewegt werden. Dadurch wird eine sehr gleichmäßige Bearbeitung der Oberfläche erreicht.
Vorteilhaft kann die Verdichtungseinrichtung zur Einwirkung auf den Abschnitt der Felge und zum Austausch des Rades in unterschiedliche Positionen bezüglich des Rades bewegbar ist, erlaubt es, auf einfache Weise die Verdichtung der Oberflächen durchzuführen und anschließend ein neues zu bearbeitendes Rad in die Vorrichtung einzuspannen.
Die Vorrichtung weist vorteilhaft zwei Walzrollen auf, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei die erste Walzrolle an den Außenumfang und die zweite Walzrolle an den Innenumfang der Felge anpressbar ist. Dadurch können die Oberflächen des Innen- und Außenumfangs der Felge verdichtet und geglättet werden. Hierdurch wird die Oberfläche verfestigt, so dass bei verringerter Wandstärke eine hohe Stabilität erzielt wird.
Die Walzrollen können eine in Axialrichtung abgerundete Walzfläche aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass die Auflagefläche der Walzrollen an der Felge möglichst gering ist, so dass auf dieser geringen Fläche bei gleicher Kraftwirkung ein größerer Druck entsteht.
Die Oberfläche der Walzrollen ist vorteilhaft glatt, so dass die Oberfläche der Felge ebenfalls geglättet und geschlossen wird.
Die erste Walzrolle ist vorteilhaft an einem inneren Rollenhalter und die zweite Walzrolle an einem äußeren Rollenhalter gelagert. Dies erlaubt ein einfaches Positionieren der Walzrollen an der Felge des zu bearbeitenden Rades.
Die Rollenhalter sind vorteilhaft in einem Gehäuse gelagert, das eine Feder zur Vorspannung der Walzrollen aufweist. Hierbei kann eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Feder eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der innere Rollenhalter eine Stufe auf, um die Anordnung in einem Rad mit einer in das Innere einragenden Nabe zu erlauben.
Vorteilhaft sind die Walzrollen aus gehärtetem Stahl gefertigt.
Die Rollenhalter sind vorteilhaft in Axialrichtung verstellbar. Dadurch ist es möglich, einen Bereich der Felge mit vergleichsweise schmalen Walzrollen zu bearbeiten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen, die eine Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigen, näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:
1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem zu bearbeitenden Rad;
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 und
3 einen Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 und 2.
Die in 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 10 zur Bearbeitung der Oberflächen einer Felge 12 eines Rades 13 aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, weist einen inneren Rollenhalter 14 und einen äußeren Rollenhalter 16 auf.
Der innere Rollenhalter 14 ist in einem Innenbereich 18 der Felge 12 nahe einer Nabe 20 des Rades 13 angeordnet. Um eine Kollision des inneren Rollenhalters 14 mit der Nabe 20 zu vermeiden, weist der innere Rollenhalter 14 eine Stufe 22 auf.
Zu der Felge 12 hin weist der innere Rollenhalter 14 einen U-förmigen Abschnitt 24 auf, an dem sich eine erste Walzrolle 26, an einer Achse gelagert, die an dem U-förmigen Abschnitt 24 befestigt ist, drehen kann.
Der innere Rollenhalter 14 mit der ersten Walzrolle 26 kann so in dem Innenbereich 18 angeordnet werden, dass die erste Walzrolle 26 mit einer Walzfläche 28 an einen Innenumfang 30 der Felge 12 angepresst wird. Der innere Rollenhalter 14 ist an einem inneren Gehäuse 32 gelagert, das zur Bewegung in Axialrichtung des Rades 13 an einer Positionierungseinrichtung (nicht gezeigt) befestigt ist.
Der äußere Rollenhalter 16, der außerhalb der Felge 12 angeordnet ist, weist an einem felgenseitigen Ende einen U-förmigen Abschnitt 34 auf. In dem U-förmigen Abschnitt 34 ist eine zweite Walzrolle 26 an einer Achse gelagert. Die zweite Walzrolle 36 kann mit ihrer Walzfläche 38 mit einem Außenumfang 40 der Felge 12 in Kontakt gebracht werden.
Der äußere Rollenhalter 16 ist in einem äußeren Gehäuse 42 gelagert, das mit der Positionierungseinrichtung verbunden ist.
Wie in der Seitenansicht von 2 gezeigt, sind die Walzrollen 26, 36 bei Kontakt mit der Felge 12 so an dem Innenumfang 30 und dem Außenumfang 40 angeordnet, dass sie an unmittelbar gegenüberliegenden Punkten der Felge 12 anliegen.
Das äußere Gehäuse 42 und das innere Gehäuse 32 weisen einen ähnlichen Aufbau auf. In den in 1 gezeigten Gehäusen 32, 42 sind Befestigungsöffnungen 33, 43 vorgesehen, mit denen die Gehäuse 32, 42 an einer Positioniereinrichtung befestigt sind.
In 3 ist das äußere Gehäuse 42 gezeigt, das zwei Gehäusehälften 42a, 42b aufweist. Durch die Form der Gehäusehälften 42a, 42b wird ein Aufnahmeabschnitt 44 gebildet, der den äußeren Rollenhalter 16 aufnimmt und führt.
An dem gehäuseseitigen Ende 46 des äußeren Rollenhalters 16 liegt eine Feder 48 an. Zur präzisen Ausrichtung der Feder 48 ist in den Gehäusehälften 42a, 42b eine Federausnehmung 50 vorgesehen, in die die Feder 48 eingesetzt ist. Die Feder 48 presst die zweite Walzrolle 36 mit Vorspannung an die Felge 12, so dass eine sichere Anlage gewährleistet ist. Für die erste Walzrolle 26 ist in dem Gehäuse 32 eine entsprechende Feder vorgesehen.
Die an dem U-förmigen Abschnitt 34 angeordnete zweite Walzrolle 36 ist an dem U-förmigen Abschnitt 34 an einer Achse 52 gelagert, der mit den Schenkeln des U-förmigen Abschnitts 34 verbunden ist. Die zweite Walzrolle 36 ist über ein Drehlager 54 an der Achse 52 gelagert.
Am Außenumfang weist die zweite Walzrolle 36 eine Walzfläche 28 auf. Die Walzrolle 36 ist aus gehärtetem Stahl gefertigt.
Die Walzfläche 28 ist gekrümmt ausgebildet, so dass bei Kontakt mit der Felge 12 eine möglichst geringe Auflagefläche zur Erzielung eines hohen Anpressdrucks erreicht wird.
Die Walzrollen 26, 36 bilden eine Verdichtungseinrichtung 56, die zur Bearbeitung der Felge 12 zunächst einem Startpunkt an einer Seite eines zu bearbeitenden Abschnittes 58 zugestellt wird, ohne dass die Walzrollen 26, 36 die Felge 12 berühren. Sind die Walzrollen 26, 36 an der Startposition angelangt, so werden sie durch Bewegung der Rollenhalter 14, 16 an den Innenumfang 30 beziehungsweise den Außenumfang 40 der Felge 12 angepresst. Hierbei liegt die Anpresskraft der Walzrollen 26, 36 bei etwa 300 N.
Die Nabe 20 des Rades 13 ist an einer nicht gezeigten Dreheinrichtung befestigt, die das Rad 13 in Drehung versetzt. Die an die Oberflächen der Felge 12 angepressten Walzrollen 26, 36 werden durch das Rad 13 in Drehung versetzt.
Um den gesamten Abschnitt 58 zu bearbeiten, werden die Gehäuse 32, 42 und somit über die Rollenhalter 14, 16 auch die Walzrollen 26, 36 in axialer Richtung langsam bewegt. Dadurch werden die Walzrollen 26, 36 über den gesamten Abschnitt 58 geführt.
Durch die Anpresskraft der Walzrollen 26, 36 wird das Material der Oberfläche der Felge 12 eingeebnet und verdichtet. Dadurch bilden sich in dem Material nahe der Oberfläche Druckspannungen aus, was dazu führt, dass das Material tragfähiger wird, wodurch die Felge 12 dünner gefertigt werden kann. Die Materialersparnis kann über 10% betragen, wodurch eine signifikante Gewichtsreduzierung erzielt wird.
Sobald die Walzrollen 26, 36 den gesamten Abschnitt 58 bearbeitet haben, werden sie von den Oberflächen des Innenumfangs 30 beziehungsweise des Außenumfangs 40 abgehoben. Das Rad 13 kann dann entfernt und durch ein neu zu bearbeitendes Rad 13 ersetzt werden.
Um eine möglichst gleichmäßige Bearbeitung des Abschnitts 58 zu erreichen, beträgt der Vorschub der Walzrollen 26, 36 nur wenige Millimeter pro Radumdrehung.
Es ist alternativ möglich, mehrere Walzrollen 26, 36 in Umfangsrichtung versetzt vorzusehen. Dadurch kann die Bearbeitungszeit der einzelnen Räder 13 verringert werden.
Eine ähnliche Verdichtung der Oberfläche der Felge 12 ist mit Hilfe einer Bestrahlung der Oberflächen von Innenumfang 30 und Außenumfang 40 mit kleinen Partikeln aus Metall, Glas oder auch Keramik erreichbar, wobei die Partikel vorzugsweise eine Kugelform aufweisen.
Auch ist es möglich, in der Nähe der zu bearbeitenden Oberfläche in einem Medium abrupte Phasenübergänge zu erzeugen, die eine Schockwelle in die Oberfläche einbringen und so das Material verdichten. Als Medium kann Wasser verwendet werden, das auf die Oberfläche gespritzt wird. Mit einem Laser wird das Wasser punktuell bestrahlt, so dass sich kleine Dampfblasen bilden, die sich explosionsartig ausdehnen. Die daraus resultierende Schockwelle verdichtet das Material der Oberfläche.
Durch die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen kann das Gewicht eines Leichtmetallrades unter Beibehaltung oder Erhöhung der Bauteilfestigkeit reduziert werden.

10: Vorrichtung
12: Felge
13: Rad
14: Innerer Rollenhalter
16: Äußerer Rollenhalter
18: Innenbereich
20: Nabe
22: Stufe
24: U-förmiger Abschnitt
26: erste Walzrolle
28: Walzfläche
30: Innenumfang
32: Inneres Gehäuse
33: Befestigungsöffnung
34: U-förmiger Abschnitt
36: Zweite Walzrolle
38: Walzfläche
40: Außenumfang
42: Äußeres Gehäuse
42a: Gehäusehälfte
42b: Gehäusehälfte
43: Befestigungsöffnung
44: Aufnahmeabschnitt
46: Gehäuseseitiges Ende
48: Feder
50: Federausnehmung
52: Achse
54: Drehlager
56: Verdichtungseinrichtung
58: Abschnitt

Claims

Vorrichtung (10) zum Bearbeiten der Oberfläche (30, 40) einer Felge (12) eines aus Leichtmetall hergestellten Rades (13) für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch eine Verdichtungseinrichtung (56), die durch Einwirkung von mechanischer Energie und/oder Strahlungsenergie an der Oberfläche (30, 40) eines Abschnitts (58) der Felge (12) Drücke erzeugt, die das Material der Oberfläche (30, 40) verdichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) die Oberfläche (30, 40) zur Erzeugung der Drücke mit einer einfach verdampfbaren Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, überzieht, in der mittels eines Energieeintrags eines Lasers Teile der Flüssigkeit in kurzer Zeit verdampft werden, wodurch eine Stoßwelle entsteht, die die Oberfläche (30, 40) verdichtet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) die Oberfläche (30, 40) mit Partikeln, vorzugsweise aus Stahl, Aluminium oder Glas, bestrahlt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Walzrollen (26, 36) aufweist, die an einen Abschnitt (58) der Felge (12) gepresst werden, wobei das Rad (13) um seine Achse gedreht wird und wobei die Walzrollen (26, 36) während der Drehung des Rades (13) entlang des Abschnitts (58) der Felge (12) in Axialrichtung bewegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungseinrichtung (56) zur Einwirkung auf den Abschnitt (58) der Felge (12) und zum Austausch des Rades (13) in unterschiedliche Positionen bezüglich des Rades (13) bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zwei Walzrollen (26, 36) aufweist, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei die erste Walzrolle (26) an einen Innenumfang (30) und die zweite Walzrolle (36) an einen Außenumfang (40) der Felge (12) anpressbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrollen (26, 36) eine in Axialrichtung abgerundete Walzfläche (28, 38) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzfläche (28, 38) der Walzrollen (26, 36) glatt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walzrolle (26) an einem inneren Rollenhalter (14) und die zweite Walzrolle (36) an einem äußeren Rollenhalter (16) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenhalter (14, 16) in einem Gehäuse (32, 34) gelagert sind, das eine Feder (48) zur Einstellung einer Andruckkraft der Walzrollen (26, 36) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Rollenhalter (14) eine Stufe (22) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenhalter (14, 16) in Axialrichtung verstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrollen (26, 36) aus gehärtetem Stahl gefertigt sind.