DE2615100A1

DE2615100A1 - Verfahren zum herstellen von einteiligen raedern durch gesenkschmieden

Info

Publication number: DE2615100A1
Application number: DE19762615100
Authority: DE
Inventors: Jacques Auberger; Roger Lucas
Original assignee: FORGEAL
Current assignee: FORGEAL
Priority date: 1975-04-09
Filing date: 1976-04-07
Publication date: 1976-10-21
Also published as: CH595152A5; IL49351A; CA1051645A; IE43463B1; ES446809A1; AR209354A1; AU1265976A; ATA254176A; NL7603676A; US4055068A; AT345637B; JPS51123768A; OA05262A; SE7602378L; IT1058729B; BR7602068A; DD123863A5; HU174572B; IE43463L; IN148701B

Description

zum Herstellen von einteiligen Rädern durch Gesenkschmieden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen durch Gesenkschmieden von einteiligen Rädern für Schwerfahrzeuge für Bereifung mit Luftreifen mit Schlauch oder, vorzugsweise, mit schlauchlosen Luftreifen.

Ein Rad für die Aufnahme einer Luftreifendecke weist grundsätzlich eine Scheibe und eine Felge auf. Die Scheibe ist mit der Felge einstückig ausgebildet und dient zur Befestigung an der Radnabe des Fahrzeuges. Sie hat gewöhnlich die Gestalt einer Schüssel, deren konkave Seite zur Radnabe weist, d.h. in Achsenrichtung, bezogen auf die Drehachse, zum Fahrzeuginnern, um eine Aufnahme für die Bremsvorrichtungen zu schaffen. Die Scheibe hat mehrere Löcher zur Aufnahme der Bolzen für die Befestigung des Rades an der Radnabe und eine zentrale Nabenbohrung.

Die Felge kann eine Flachbett- oder eine Tiefbettfelge sein. Das Rad mit Tiefbettfelge ist einteilig ausgeführt, hat kein ausbaubares Bauteil und eignet sich besonders gut für

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eine Bereifung mit schlauchlosen Luftreifen, da es sich gegen die unter Druck stehende Luft leicht abdichten läßt. Jede Wand des Felgenbettes ist durch einen Reifensitzfläche oder Schulter genannten konischen Abschnitt, dessen Kegelwinkel gegenüber der Radachse im allgemeinen 15° beträgt, verlängert, der dazu bestimmt ist, einen der Reifenwülste oder -fuße aufzunehmen. Ein kurzer hakenförmiger Rand bildet das Endstück jeder Felgenschulter. Im allgemeinen wird als kleiner Flansch der Felge derjenige Felgenteil bezeichnet, der in Aehsenrichtung an der Fahrzeugaußenseite liegt, und als großer Flansch der in Aehsenrichtung ins Fahrzeuginnere weisende Felgenteil. Die Maßdifferenz ergibt sich aus der unsymmetrischen Lage der Verbindungsstelle zwischen der Scheibe und der Felge.

Die Räder für Schwerfahrzeuge sind gewöhnlich aus gezogenem und geschweißtem Stahlblech hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren eignet sich gut für die Serienfertigung und ist verhältnismäßig wenig teuer. Dagegen ist der Zusammenbau durch Schweißen für exaktes Auswuchten und Zentrieren des Rades und vor allem für eine bei Bereifung mit schlauchlosen Luftreifen unerläßliche dichte Ausbildung schlecht geeignet. Er bildet auch eine Schwachstelle, welche die Lebensdauer begrenzt. Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, Räder in einteiliger Ausführung und, insbesondere, aus Leichtmetallegierungen auf Aluminium-Basis herzustellen. Ein Fahrzeugzug hat häufig 12 bis 16 Räder und zusätzlich ein oder zwei Reserveräder, deren Gesamtgewicht, allein für die Räder, 700 bis 900 kg erreichen kann. Die Verwendung von einteiligen Rädern aus hochfesten Legierungen und, mehr noch, aus Leichtmetallegierungen, würde eine merkliche Gewichtsverminderung bringen, das Auswuchten und Zentrieren erleichtern und die bei Bereifung mit schlauchlosen Luftreifen unerläßliche Abdichtung sicherstellen.

Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, Räder aus Leichtmetallegierungen oder Verbundräder aus Stahl und

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Leichtmetallegierung entweder durch Gießen, maschinelles Bearbeiten, Gesenkschmieden und/oder Fließdrehen herzustellen. Verfahren sind insbesondere in den US-PS 2 075 294 und 2 170 617, in den GB-PS 507 801, 971 258 und 259, in der .DT-PS 1 297 570, in der DT-OS 1 908 465,

und in den FR-PS 1 186 248, 1 491 895 und 1 570 620 beschrieben. Bis heute hat es jedoch kein Verfahren erlaubt, einteilige Räder unter zufriedenstellenden technischen und/oder wirtschaftlichen Bedingungen herzustellen, sei es, daß sie sich für eine Großserienfertigung bei günstigen Gestehungskosten nicht eignen, sei es, daß die erzeugten Räder die von den Benutzern geforderten Merkmale nicht aufweisen, nämlich mechanische Festigkeit, Schlagfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, insbesondere für die Gebiete, in denen zur Schneeräumung Streusalz verwendet wird, Wartungsfreundlichkeit (kein Mattwerden, langfristige Bewahrung des Aussehens im Neuzustand), bequemes Auswuchten und Zentrieren, Dichtheit für Bereifung mit schlauchlosen Luftreifen, Maßgenauigkeit für völlig sichere Bereifung mit Luftreifen aller Typen, ohne Gefahr des Sichlösens von der Felge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von einteiligen Rädern für Schwerfahrzeuge zu schaffen, das sich besonders gut für die Großserienfertigung eignet und Räder liefert, die die vorstehend genannten Forderungen der Benutzer erfüllen.

gekennzeichnet Das Verfahren ist erfindungsgemäß/durch eine Folge von Gesenkschmiede-Arbeitsgängen, die an einem Rohling mit im wesentlichen der Gestalt einer zylindrischen Scheibe ausgeführt werden, und durch eine nachfolgende maschinelle Fertigbearbeitung.

Das auf diese Weise erzielte Rad erfordert für die Fertigstellung nur noch einige an sich bekannte Arbeitsgänge.

Die Anzahl der Gesenkschmiede-Arbeitsgänge kann je nach dem verwendeten Metall oder der verwendeten Metallegierung

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verschieden sein. Im speziellen Fall eines Rohlings aus einer Leichtmetallegierung auf Aluminium-Basis handelt es sich vorzugsweise um drei Gesenkschmiede-Arbeitsgänge, die nachfolgend mit M1, M2 und M3 "bezeichnet sind.

Durch den Arbeitsgang M1 entsteht am Umfang des Rohlings ein verdickter Wulst, der, wie weiter oben definiert, in einer zur Radachse im wesentlichen parallelen Richtung zum Radinnern hin ausgerichtet ist.

Der Arbeitsgang M2 führt zur Längung und Reduzierung des Wulstes in derselben Richtung wie im Arbeitsgang M1 und zur Vorformung des kleinen Flansches der Felge.

Durch den Arbeitsgang M3 wird der kleine Flansch in eine seiner endgültigen Gestalt sehr nahekommende Gestalt gebracht und der im Arbeitsgang M2 geSigte untere Teil erneut so gelängt, daß seine Länge im wesentlichen gleich ist der abgewickelten Länge des großen Flansches.

Sodann wird der im Arbeitsgang M3 gelängte Teil auf der Presse aufgeweitet, um das Felgenbett auszubilden.

In einem letzten Arbeitsgang erfolgt eine maschinelle Bearbeitung des gesamten Außenabschnittes der Felge (Hörner, Schultern, Bett), an dem sich der Luftreifen und eventuell der Schlauch abstützen, sowie des zur Radachse weisenden Innenabsehnittes des großen Flansches.

In bestimmten Fällen wurde festgestellt, daß es während des Gesenkschmiede-Arbeitsganges M3 zu einer gewissen Stauchung des Überschußmetalls aus der zentralen Scheibe in Richtung der Anschlußzone zwischen der Scheibe und dem die Flansche der Felge stützenden gekrümmten Abschnitt kommen konnte. Es hat sich herausgestellt, - und dies ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung -, daß dieser Nachteil ausgeschaltet werden konnte, indem man das Überschußmetall zum zentralen Abschnitt der Scheibe hin, in der der Anschlußzone zwischen der Scheibe

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und den Felgenflanschen entgegengesetzten Riclitung zurückfließen ließ. Es wird dann während der maschinellen Fertigbearbeitung entfernt.

Aus diesem Grunde ist es möglich,

- entweder gleich nach dem Gesenkschmiede-Arbeitsgang M2 die zentrale Nabenbohrung zu lochen,

- oder in dem für den Gesenkschmiede-Arbeitsgang M3 verwendeten Gesenk wenigstens eine Ausnehmung für die Aufnahme des Überschußmetalls auszubilden.

Im einen wie im anderen Fall wird das Überschußmetall während der abschließenden maschinellen Bearbeitung entfernt.

Zur Fertigbearbeitung gehören eine Reihe an sich bekannter Arbeitsgänge, die keine Besonderheit des beschriebenen Verfahrens darstellen. Es handelt sich im wesentlichen um

- das Lochen der zentralen Nabenbohrung, falls nicht schon im Anschluß an den Gesenkschmiede-Arbeitsgang M2 geschehen,

- das Überarbeiten der beiden Stirnseiten der Scheibe,

- das Bohren der Löcher für die Befetigung des Rades an der Fahrzeugachse,

- und das Bohren des Ventilloches und des Handloches, durch das das Ventil des Zwillingsrades zugänglich ist.

Außerdem können die an sich bekannten Wärmebehandlungen, durch die das Metall seine optimalen Eigenschaften (mechanische Eigenschaften, Korrosionsfestigkeit) erhalten soll, entweder in Zwischenphasen oder im Endstadium vorgenommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbäspiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 die aufeinanderfolgenden Gesenkschmiede-Arbeitsgänge,

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Fig. 3 eine Ausführungsvariante, bei der die Nabenbohrung gleich nach dem Gesenkschmiede-Arbeitsgang M2 und vor dem Gesenkschmiede-Arbeitsgang M3 gelocht wird,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante, bei der für den Gesenkschmiede-Arbeitsgang M3 ein Gesenk mit zwei Ausnehmungen verwendet wird,

Fig. 5 die nach dem Gesenkschmiede-Arbeitsgang M3 erhaltene Gestalt bei Verwendung eines Gesenkes ohne Ausnehmung,

Fig. 6 den Arbeitsgang Aufweitung auf der Presse, und

Fig. 7 die Bearbeitungsstellen für die maschinelle Fertigbearbeitung und die Endbearbeitungen.

In Fig. 1 ist mit der gestrichelt gezeichneten Linie abc der Rohling in Gestalt einer zylindrischen Scheibe angedeutet. Durch den Gesenkschmiede-Arbeitsgang M1 entsteht die Radscheibe und, an deren Umfang, ein in Richtung des Radinneren ausgerichteter Wulst 1, dessen Hauptachse AB im wesentlichen senkrecht zur Scheibenebene CD und folglich parallel zur Radachse xy verläuft. Das Gesenkschmieden erfolgt im warmen Zustand. Für die Aluminiumlegierungen der Al-Si-Mg-Familie, wie z.B. die Sorte 6061 mit einer mittleren Zusammensetzung von: Basis Aluminium, Silicium 0,60$, Magnesium 1 $, Kupfer 0,30$, Chrom 0,25$, Eisen < 0,50$, Zink <■ 0,25$,

Nickel< 0,05$, eignet sich eine Temperatur von ungefähr 475 ⁰C. Das Schmiedegesenk hat eine Temperatur von etwa 400 ⁰C.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis des Gesenkschmiede-Arbeitsganges M2: der Wulst 1 hat sich gelängt und die Form 2 angenommen, während sich die Vorform 4 für den kleinen Felgenflansch ausgebildet hat.

Während des Gesenkschmiede-Arbeitsganges M3 besteht in bestimmten Fällen die Gefahr, daß ein Teil des Metalls der Scheibe 5 zur Zone 3 hin zurückfließt, wo es Falten bilden

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— Y —

kann. Wenn die Lochung der zentralen Nabenbohrung 6 gleich, nach dem Arbeitsgang M2 und vor dem Gesenkschraiede-Arbeitsgang M3 vorgenommen wird, kann das Überschußmetall in Richtung des Innenrandes Y der Nabenbohrung 6 wandern, von wo es während der abschließenden maschinellen Bearbeitung entfernt wird.

In einer anderen Ausführungsvariante kann man auf das Lochen der zentralen Scheibe verzichten und im Gesenk für den Gesenkschmiede-Arbeitsgang M3 wenigstens eine Ausnehmung 8 ausbilden, in die der Metallüberschuß eindringt, der auch in diesem FaIl während der abschließenden maschinellen Bearbeitung entfernt wird.

Der Gesenkschmiede-Arbeitsgang M3, gleichgültig ob unter Verwendung eines Gesenkes mit (Pig. 4) oder ohne Ausnehmung (Fig. 5) ausgeführt, ruft eine erneute Längung der Form 2 auf eine Länge hervor, die im wesentlichen derjenigen gleich ist, die der große Flansch haben soll, und bringt den kleinen Flansch 9 in eine seiner endgültigen Gestalt nahekommende Form.

Fig. 6 zeigt die auf der Presse durchgeführte Phase der Aufweitung, in der der gelängte Abschnitt oder Form 2 die Gestalt 10 erhalten hat, die in der darauffolgenden Phase die maschinelle Bearbeitung des großen Flansches erlaubt.

In Fig. Y sind mit stark ausgezogenen Linien die Bearbeitungsstellen für das abschließende maschinelle Bearbeiten des großen Flansches 11 und des kleinen Flansches 12 sowie für die verschiedenen Endbearbeitungen angegeben, zu denen gehören:

- das Lochen der zentralen Nabenbohrung 6, falls nicht schon nach dem Gesenkschmiede-Arbeitsgang M2 geschehen,

- das Bohren des Ventilloches 13,

- das Bohren des Handloches 14, durch das das Ventil bei einem Zwillingsrad zuganglich ist,

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- das Einarbeiten der Löcher 15 für die Bolzen zum Befestigen des Rades an der Fahrzeugachse,

- das Überarbeiten der beiden Stirnseiten 16 und 17 der Scheibe und des Innenrandes 7 der Nabenbohrung 6,

- eventuell das Ausbilden des als Hump (von engl. "hump") bezeichneten Ansatzes 18 im Rahmen dieser maschinellen Bearbeitung. Der Ansatz 18 hat die Aufgabe, ein plötzliches Sichlösen des Luftreifens von der Felge zu verhindern, wenn der Reifeninnendruck zu niedrig ist, infolge einer Reifenpanne Druckverlust eingetreten ist oder unter ungünstigen Bedingungen gefahren wird.

BEISPIEL

Eine ebene Scheibe aus A-S&/6O61-Legierung, mit der Zusammensetzung: Basis Aluminium, Si 0,60$, Mg 1,0$, Fe *0,50$, Zn <■ 0,25$, Gu 0,30$, Cr 0,25$, Ni < 0,05$, von 300 mm Durchmesser und 260 mm Dicke wurde nach der der ersten Ausführungsvariante entsprechenden Arbeitsfolge umgeformt:

- Gesenkschmieden, Arbeitsgang M1, auf einer Presse mit maximaler Leistung von 20 000 Tonnen, gemäß Fig. 1, bei etwa 475 ⁰C,

- Gesenkschmieden, Arbeitsgang M2, unter denselben Bedingungen, gemäß Fig. 2,

- Gesenkschmieden, Arbeitsgang M3, unter denselben Bedingungen, gemäß Fig. 5,

- Aufweiten auf der Presse, gemäß Fig. 6.

Die abschließende maschinelle Bearbeitung entsprach der in Fig. 7 angegebenen. Das erhaltene Rad, mit den hier üblicherweise in engl. Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) angegebenen Abmessungen 22,5-7,5, entsprechend 57-19 cm, war für die Bereifung mit Luftreifen der genormten Abmessung 11-225 vorgesehen. Sein Gewicht betrug 23 kg, das ist ungefähr die Hälfte des Gewichtes eines Stahl-Rades des herkömmlichen Typs (tiefgezogen und geschweißt).

Bei einem mit diesem Rad-Typ ausgerüsteten Fahrzeugzug kann auf diese Weise eine Gewichtseinsparung von insgesamt 300 bis

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400 kg erreicht werden. Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums und seiner Legierungen erleichtert in beträchtlichem Maße die Abführung und Verteilung der von der Bremsanlage kommenden Wärme, wodurch für die Lebensdauer der Reifendecken und Luftschläuche sehr nachteilige örtliche Überhitzungen vermieden werden. Daneben verbessert die Gewichtsverminderung bei den Hadern etwas den Fahrkomfort aufgrund des geringeren ungefederten Gewichts und erhöht die Bremswirkung durch Verminderung der beim Bremsen in Wärme umgesetzten kinetischen Energie der sich drehenden Massen.

Die Durchführung der Erfindung ist nicht auf die als Beispiel genommene Legierung 6061 beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen alle Metallegierungen, die durch Gesenkschmieden umformbar sind und die zur Ausbildung von Rädern für Schwerfahrzeuge ausreichenden mechanischen Eigenschaften aufweisen.

/Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Ife'stellen von einteiligen Rädern aus !etall, insbesondere aus einer Leichtmetallegierung auf Aluminium-Basis, für Fahrzeuge, insbesondere Schwerfahrzeuge, für Bereifung mit Luftreifen, insbesondere mit schlauchlosen Luftreifen, bei dem ein Rohling in Gestalt einer zylindrischen Scheibe durch Umformen bearbeitet und durch maschinelles Bearbeiten fertiggestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen durch eine Kombination von Gesenkschmiede- und Aufweitungs-Arbeitsgängen auf der Presse erfolgt, wobei

- in einem ersten Gesenkschmiede-Arbeitsgang (M1) die Radscheibe und an deren Umfang ein verdickter Wulst (1) entstehen, der in einer zur Radachse (xy) im wesentlichen parallelen Richtung und zum Radinnern hin ausgerichtet ist,

- in einem zweiten Gesenkschmiede-Arbeitsgang (M2) der Wulst (1) in derselben Richtung wie im Arbeitsgang (M1) gelängt und der kleine Flansch (4) der Felge vorgeformt werden,

- in einem dritten Gesenk schmiede-Arbeitsgang (M3) der kleine Flansch (4) in eine seiner endgültigen Gestalt sehr nahekommende Gestalt (9) gebracht wird und der Wulst (Form 2) erneut in derselben Richtung wie in den Arbeitsgängen (M1) und (M2) gelängt wird, so daß er eine Länge erhält, die der endgültigen Länge des großen Flansches (11) der Felge ungefähr gleich ist, und

- in einem Aufweite-Arbeitsgang auf der Presse der gelängte Wulst (Form 2) so weitergeformt wird, daß der große Flansch (11) maschinell bearbeitet werden kann.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zentrale Nabenbohrung (6) gleich nach dem Geserikschmiede-Arbeitsgang (M2) und vor dem
Gesenkschmiede-Arbeitsgang (M3) gelocht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gesenk für den Gesenkschmiede-Arbeitsgang (M3) wenigstens eine Ausnehmung (8) ausgebildet ist, in die eventueller.Metallüberschuß aus der zentralen Scheibe hineinwandert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch
gekennzeichnet , daß bei der !Fertigstellung durch maschinelles Bearbeiten der als Hump bezeichnete
Ansatz (18) geformt wird.

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