DE2735930A1

DE2735930A1 - Leichtes motorrad-laufrad und verfahren zum herstellen desselben

Info

Publication number: DE2735930A1
Application number: DE19772735930
Authority: DE
Inventors: Thomas J Lester; Charles T Ptacek
Original assignee: Lester Tire Co
Current assignee: Lester Tire Co
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-08-10
Publication date: 1978-07-06
Also published as: FR2375057A1; GB1560131A; IT1082272B; JPS5383205A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein leichtes Motorrad-Laufrad sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Es sind Autoräder mit durch Walzen geformten Stahlfelgen und mit Naben-Speichen-Stahlgußteilen bekannt, die durch Preßsitz und Verschweißen miteinander verbunden werden. Oder es werden solche Stahlfelgen und Aluminiumgußteile durch Preßsitz verbunden und gegenseitig blockiert, wie durch Eindrücken der Felgen in Umfangsvertiefungen in den Gußteilen oder durch Vorsehen von Stahlstopfen in radialen Löchern in den Gußteilen, wobei ein Verschweißen mit den Innendurchmesserbereichen der Felgen erfolgt. Beispiele für Autoräder dieser Art finden sich in den US-Patenten 3 484 137, 3 635 529 und 3 8o7 8o5.

Bei der Herstellung von Kraftfahrzeug- bzw. Autoradfelgen der angegebenen Art wird Stahlbandgut in die Querschnittsform der Felge gewalzt und in eine Kreisform gebracht, wonach die Enden verschweißt und die Felge durch Preßsitz auf den bearbeiteten Außendurchmesserbereich des Gußteils aufgebracht wird. Dementsprechend ist es bei einer walzgeformten Stahlfelge nicht möglich, eine optimale Metallverteilung zu erzielen, wie es erforderlich ist, um die bei einem Betrieb des fertigen Rades bzw. Laufrades auftretenden Belastungen und Beanspruchungen optimal aushalten zu können. Darüberhinaus ist eine walzgeformte Stahlfelge in gewissen Richtungen schwächer als in anderen Richtungen. Ferner hat das Halzformen des Stahlbandes zu dem erwünschten Felgenquerschnitt relativ scharfwinklige Biegevorgänge des Bandes zur Folge, so daß starke Zugspannungen an der Außenseite der Winkel und starke Druckbelastungen an der Innenseite der Winkel auftreten. Abgesehen von den vorstehenden Ausführungen sind bei einigen bekannten Autorädern mit walzgeformten Stahlfelgen und aus Aluminium gegossenen Naben-Speichen-Gliedern die letzteren mit Stahleinsätzen versehen, die Nasen bzw. VorSprünge zum Verschweißen mit den Stahlfelgen haben.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines sehr zweckmäßigen leichten Motorrad-Laufrades und eines Verfahrens zum Herstellen desselben.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein leichtes Motorrad-Laufrad geschaffen, das eine aus Aluminiumlegierung stranggepreßte Tiefbettfelge und ein aus Aluminiumlegierung durch Spritz- bzw. Druckguß hergestelltes Naben-Speichen-Glied aufweist, wobei die Felge und das Glied durch Schrumpfsitz und Verschweißen miteinander verbunden sind. Im einzelnen zeichnet, sich das erfindungsgemäße Laufrad durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aus.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner ein neues Verfahren zum Herstellen eines leichten Motorrad-Laufrades vorgeschlagen. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die im Kennzeichen von Anspruch 6 aufgeführten Merkmale aus. Die Reifenwulst-Halteoberflächen der stranggepreßten Felge sind in bezug auf die Lagerbohrung des spritzgegossenen Naben-Speichen-Gliedes koaxial kreisförmig.

Um dem leichten Motorrad-Laufrad verbesserte Ermüdungseigenschaften zu geben, werden die durch Schrumpfsitz miteinander verbundenen Glieder, nämlich die stranggepreßte Felge und das durch Spritzguß hergestellte Naben-Speichen-Glied, mittels einer Aluminiumlegierung-Lochschweißung nicht nvtpr an den äußeren Enden der Speichen entsprechenden Stellen, sondern auch an Stellen auf halbem Wege zwischen den Speichen miteinander verschweißt.

Ein anderes charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die stranggepreßte Felge nach dem Abbrennschweißen bzw. dem Verschweißen der Enden bis zu einer wahren Kreisform gedehnt bzw. gereckt wird. Danach erfolgt ein genaues Bearbeiten des Innendurchmessers der Felge bis zu einem Durchmesser, der etwas kleiner als der bearbeitete Außendurchmesser des gegossenen Naben-Speichen-Gliedes ist, um die erwünschte Schrumpfsitzgröße der Felge an der Außenseite des Naben-Speichen-Gliedes

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zu erhalten. Weitere Merkmale ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die Erfindung sowie andere Ziele und Vorteile derselben werden nachfolgend unter Hinweis auf die zeichnerischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer Seitenansicht ein Motorrad-Vorderrad nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - einen Querschnitt längs der Linie 2-2 aus Figur 1,

Figur 3 - einen vergrößerten, fragmentarischen, radialen Querschnitt zum Aufzeigen der Felge sowie des Naben-Speichen-Gliedes vor dem Schweißen,

Figur 4 - eine noch weiter vergrößerte Ansicht, die Figur 3 ähnelt und jedoch nur die Felge sowie das Naben-Speichen-Glied im gegenseitigen Verschweißungsbereich zeigt,

Figur 5 - in einer Seitenansicht ein Motorrad-Hinterrad nach der vorliegenden Erfindung und

Figur 6 - einen Querschnitt längs der Linie 6-6 aus Figur 5.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein gewichtsleichtes Vorderrad 1 für ein Motorrad, wobei das Rad 1 ein Naben- und Speichenglied 2 aus Spritzguß-Aluminiumlegierung aufweist. Es werden folgende Teile gebildet: Ein durchgehender äußerer Ringteil 3 mit einem sich radial einwärts erstreckenden Verstärkungsflansch bzw. -rand 4; ein zentraler Nabenteil 5, der aus einer gewichtsleichten hohlen Konstruktion besteht, die durch Arme bzw. Stege 6 sowie 7 verstärkt ist und an entgegengesetzten Seiten Schraubenlöcher 8 für Bremsscheiben-Befestigungsschrauben hat. Wenn das Rad 1 nur eine Bremsscheibe aufweist, ist die andere Seite des Rades 1 durch eine geeignete Abdeckplatte (nicht dargestellt) verdeckt, die beispielsweise durch Schrauben befestigt ist, welche sich in Schraubeingriff mit den Schraubenlöchern 9 befinden. Der Nabenteil 5 hat eine zentrale Lagerbohrung Io zum Anbringen bzw. Festlegen der Vorderachse, und zwar in bekannter Weise in geeigneten Antifriktionslagern, die in der Lagerbohrung 1o gehalten werden.Der Nabenteil 5 und der äußere Ringteil 3 sind durch sieben angeformte

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Speichen 11 verbunden, die von dem Nabenteil 5 zu dem Ringteil 3 einen abnehmenden I Querschnitt haben. Die Speichen 11 sind durch allgemein abgerundete Eckenteile oder Fortsetzungen 12 des Flansches bzw. Rands 4 mit dem äußeren Ringteil 3 verbunden.

Auf dem Naben- und Speichenglied 2 ist eine Luftreifen-Tiefbettfelge 14 aus extrudierter bzw. stranggepreßter Aluminiumlegierung aufgeschrumpft. In der Tiefbettfelge sind die Wandungsdicken und Formen verschiedener Teile ausgebildet, um optimale Eigenschaften der Felge 14 zu erzielen. Die Felge 14 hat Reifenwulst-Halteflansche 15 und einen Tiefbetteil 16 herkömmlicher Form zum Erleichtern der Montage und Demontage eines Luftreifens in bezug auf die Felge 14.

Der Außendurchmesser des äußeren Ringteils 3 des spritzgegossenen Naben- und Speichengliedes 2 ist wie der Innendurchmesser des Teils 16 genau bearbeitet, so daß die Felge 14 und das Naben- sowie Speichenglied 2 einen diametralen Schrumpfsitz von etwa o, 152 - o,229 mm (0,006 - o,oo9 Zoll) haben.

Obwohl der Schrumpfsitz der Felge 14 auf dem Naben- und Speichenglied 2 zu einem passenden Reibungswiderstand führt, der eine relative Drehung und axiale Bewegung der Felge 14 sowie des Naben- und Speichengliedes 2 verhindert, werden diese Teile gemäß Figur 4 durch Aluminiumlegierung-Lochschweißungen 17 an einer relativen Bewegung positiv blockiert. Zum Durchführen solcher Lochschweissungen 17 werden Löcher 18 mit einem Durchmesser von beispielsweise 6,35 mm (1/4 Zoll) durch den Boden des Tiefbetteils 16 gebohrt, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Die Bohrung erfolgt so, daß sie an der Stelle einer jeden Speiche 11 in den äußeren Ringteil 3 eintritt. Die Löcher 18 und konischen Vertiefungen werden dann mit Lochschweißungsmetall gefüllt, wie durch ein MIG SchweißverfÄhren (m.i.g. welding), und dieses Metall verschweißt gemäß Figur 4 die Felge 14 mit dem äußeren Ringteil 3. Um den Aufbau der Felge 14 und des Naben- sowie Speichengliedes 2 mit verbesserten Bruch- bzw. Ermüdungseigenschaften zu versehen, wer den solche Lochschweißungen 17 auch an Stellen auf halbem Wege zwischen den Speichen 11 durchgeführt. - 7 -

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Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Naben- und Speichenglied 2 mit einer Felge 14 durch Schrumpfsitz verbunden oder verschweißt sein kann und daß die Felge 14 irgendeine erwünschte Breite zwischen den Reifenwulst-Halteflanschen 15 haben kann. Natürlich kann die Formteilung auf dem Kreis 19 (siehe Figur 1) liegen, so daß irgendeine ausgewählte Konfiguration des Nabenteils 5 vorgesehen werden kann, und zwar in Anpassung an die bestimmte Ausbildung des Motorrades, bei dem das Rad 1 zu verwenden ist. Der äußere Ringteil 3 des Gliedes 2 ist mit einem inneren Anguß bzw. Ansatz 2o für ein radial gebohrtes Loch 21 versehen, das zum Aufnehmen des Reifenventils dient.

Die Figuren 5 und 6 zeigen ein gewichtsleichtes Hinterrad 21' für ein Motorrad, wobei dieses Hinterrad 21' ein Naben- und Speichenglied 22 aus einer Spritzguß-Aluminiumlegierung aufweist. Am äusseren Ringteil 23 des Gliedes 22 ist eine aus Aluminiumlegierung extrudierte bzw. stranggepreßte Felge 24 aufgeschrumpt und angeschweißt, wie es unter Bezug auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben wurde. Gemäß den Figuren 5 und 6 ist eine zentrale Lagerbohrung 25 vorgesehen, um die in konzentrischer Weise das Naben- und Speichenglied 22 einen Bremstrommelstahleinsatz 26 hat. In dem Naben- und Speichenglied 22 können öffnungen 27 vorgesehen sein, durch die die Bremseinlagen bezüglich ihrer Abnutzung inspiziert werden können, wobei die öffnungen 27 durch Bremstrommel-Lokalisierungsstifte in der Gußform gebildet sind. Speichen 28 verbinden die Nabe 29 und den äußeren Ringteil 23, um eine feste Abstützung bzw. Halterung für den Ringteil 23 in bezug auf den Bremstrommeleinsatz 26 und die Lagerbohrung 25 zu bilden. Das Hinterrad 21' wird in bekannter Weise mit einem geeigneten Antriebsmittel ausgestattet, wie einer Antriebsnutung. Zur Gewichts Einsparung sind Taschen 3o vorgesehen, die von einer Lagerhaltetappe (nicht dargestellt) abgedeckt werden.

Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Tiefbettfelge 24 hat zusätzlich zu den Reifenwulst-Halteflanschen 32 sowie dem Tiefbettfelgen-Mittenteil 33 Sicherheitswülste 31. Es ist darauf hinzu-

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weisen, daß die Felge 24 aus den Figuren 1 und 2 ähnliche Sicherheitswülste 31 haben kann. Die durch Spritzguß herstellbaren Naben- und Speichenglieder 2, 22 bestehen vorzugsweise aus einer Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung, wie einer modifizierten 36o-Legierung, die eine gute Kombination der Gießbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit ergibt. Die Spritzgußteile 2 und 22 haben glatte Oberflächen und ein hohes Maß an Genauigkeit, um die Menge der Metallabnahme an den bearbeiteten Oberflächen zu Verringern, beispielsweise im Bereich der zentralen Lagerbohrungen 1o und 25 sowie des Außendurchmessers der äußeren Ringteile 3 und 23 für Aufschrumpfzwecke in bezug auf die entsprechenden Felgen 14 und 24.

Die gespritzte .bzw. stranggepreßte Aluminiumlegierung-Felge 14 oder 24 besteht vorzugsweise aus einer Magnesium-Silizium-Aluminium-Legierung Nr. 606I-T6 oder"-T651. Die Spritzgußform ist so gestaltet, daß für eine optimale Verteilung des Metalls gesorgt ist. Nach dem Spritzguß- bzw. Strangpreßvorgang wird der stranggepreßte Stab auf die erwünschte Länge geschnitten und über seine Streckgrenze hinaus gedehnt, um ihn gerade zu machen. Das gerichtete Stab- bzw. Stangenglied kann dann für eine passende Wärmebehandlung in einem Ofen angeordnet werden, wonach das Glied zu einer Felge gewalzt wird. Anschließend werden die Enden abgerichtet und durch Abbrennschweißung verbunden. Der Schweißnahtstoß wird dann einer Fertigbearbeitung unterworfen. Die Felge 14 oder 24 wird um 2 - 3 % gedehnt und an ihrem Innendurchmesser fertigbearbeitet, um einen Schrumpfsitz in bezug auf den Außendurchmesser des Naben- und Speichengliedes 2 oder 22 zu erzielen.

Im Rahmen eines abschließenden BearbeitungsVorgangs werden Löcher 18 durch das Tiefbettfelgen-Mittenteil 16 oder 33 der Felge 14 oder 24 gebohrt, wobei nur die Spitze des Bohrers in den äußeren Ringteil 3 oder 23 eindringt. Dann wird unter Verwendung einer 4IG "Schweißung (m.i.g. welding) eine Lochschweißung 17 aus Alumiliumlegierungsdraht gebildet, wobei diese Schweißung mit der Oberfläche des Mittenteils der Tiefbettfelge fluchtet. Gemäß Figur 4 führt der Lochschweißungsvorgang zu einem relativ tiefen Einbrand

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um jedes gebohrte Loch 18 und um jede konische Vertiefung. Die Lochschweißungen 17 sind in bezug auf die Speichen zentriert, und vorzugsweise sind ähnliche Lochschweißungen 17 auf halbem Wege zwischen den Speichen vorgesehen, um die Ermüdungseigenschaften des zusammengesetzten Radaufbaues zu verbessern.

Da die Felge 14 oder 24 aus stranggepreßter Aluminiumlegierung hergestellt wird, hat sie in allen Richtungen eine große Festigkeit und die erwünschte Duktilität sowie Dehnung. Alle Oberflächen der Felge 14 oder 24 sind ausreichend glatt, so daß keinerlei Fertigbearbeitungsvorgänge erforderlich sind, mit Ausnahme der Bearbeitung des Innendurchmessers des Felgenmittenteils 16 oder 33 zum Erzielen des erforderlichen Schrumpfsitzes. Durch Vorsehen des Schrumpfsitzes werden ein Festfressen oder reibungsbedingtes Abnutzen vermieden, wie es im Falle eines Preßsitzes einer Aluminiumlegierung-Felge auf einem Aluminiumlegierung-Gußteil auftreten würde.

Bei der MIG Lochschweißung der Felge 14 oder 24 am Gußteil 2 oder 22 ist der Aluminiumdraht Nr. 4o43 bevorzugt; dieser hat hervorragende Schweißeigenschaften bezüglich der zuvor erörterten Legierungen der Felge sowie des Naben- und Speichengliedes.

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*0 .

Le e rs e ι te

Claims

Firma The Lester Tire Company, 26881 Cannon Road, Bedford Heights, Ohio 44146 (USA)

Leichten Motorrad-Laufrad und Verfahren zum Herstellen desselben

Patentansprüche

. Leichtes Motorrad-Laufrad, gekennzeichnet durch ein Naben-Speichen-Glied (2, 22.) aus einer Spritzguß-Aluminiumlegierung mit einem zentralen Nabenteil (5, 29) und einem äußeren kreisförmigen Ringteil (3, 23), wobei diese Teile in koaxialer Beziehung durch sich radial erstreckende Speichen (11, 28) miteinander verbunden sind, und durch eine aus einer stranggepreßten Aluminiumlegierung bestehende Tiefbettfelge (14, 24), deren Innendurchmesser mittels eines Schrumpfsitzes um den Außendurchmesser des Ringteils (3, 23) greift, um die Felge (14, 24) und den Nabenteil (5, 29) in koaxialer Beziehung zu halten und eine relative axiale sowie rotationsmäßige Bewegung der Felge (14, 24) sowie des Gliedes (2, 22) durch auf das Rad (1, 21'·) einwirkende axiale Belastungen und Drehmomentbelastungen zu vermeiden, wobei der Schrumpfsitz den Ringteil (3, 23), die Speichen.(11, 28) sowie den Nabenteil (5, 29) zusammendrückend vorbelastet und der Felge (14, 24) eine Ringspannungsvorbelastung erteilt.
2. Laufrad nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (3, 23) und die Felge (14, 24) miteinander an Stellen verschweißt sind, die den radial äußeren Enden der Speichen (11, 28) entsprechen,
3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring teil (3, 23) und die Felge (14, 24) ferner miteinander an Stellen auf halbem Wege zwischen den radial äußeren Enden der Speichen (11, 28) verschweißt sind.

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4. Laufrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzelehnet, daß der Ringteil (3_r 23) und die Felge (14, 24) durch Aluroinium- legierung-Lochschweißungen (17) miteinander verschweißt sind, wobei durch den Boden des Felgenmittenteils verlaufende ra diale Löcher (18) und hierzu koaxiale konische Vertiefungen in dem Ringteil (3, 23) gefüllt werden.
5. Laufrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochschweißungen (17) mit dem Außendurchmesser der Bodenwandurig des Felgenmittenteils fluchten, um weitere Fertigbearbeitungü-vorgänge zu vermeiden.
6. Verfahren zum Herstellen eines leichten Motorrad-Laufrades nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Spritz- bzw. Druckguß aus einer Aluminiumlegierung ein Naben-Speichen-Glied mit koaxialen Naben- und äußeren Ringteilen gebildet wird, die durch sich radial erstreckende Speichen miteinander verbunden sind, daß eine Länge aus stranggepreßter Aluminiumlegierung mit einem einer Tiefbettfelge entsprechenden Querschnitt in eine kreisrunde Felge mit stumpfgeschweißten Enden geformt wird, daß die Felge durch radiales Expandieren entsprechend dimensioniert und eingepaßt wird, um einen Luftreifen vorbestimmter Größe aufzunehmen, dnß die dimensionierte Felge durch Schrumpfsitz auf dem Hingteil aufgebracht wird, um die fertig bearbeiteten Außen- und Innendurchmesserbereiche des Ringteils und der Felge in gegenseitigen Reibungseingriff zu bringen, und daß die Felge sowie das Naben-Speichen-Glied durch Aluminiumlegierung-Lochschweißungen in durch die Bodenwandung des Felgenmittenteils geführten ra dialen Löchern und in koaxialen konischen Vertiefungen im Aussendurchmesserbereich des Ringteils an den äußeren Enden der Speichen entsprechenden Stellen miteinander blockiert bzw. gegenseitig festgelegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge und das Naben-Speichen-Glied zusätzlich an Stellen auf halbem Wege zwischen den Speichen lochgeschweißt werden.

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