DE2919340A1

DE2919340A1 - Radscheibe sowie verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2919340A1
Application number: DE19792919340
Authority: DE
Inventors: John H Golata; John R Kinstler
Original assignee: Motor Wheel Corp
Current assignee: Motor Wheel Corp
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1979-11-22
Also published as: CA1127210A; GB2021008A; DE2919340C2; FR2425900B1; GB2021008B; FR2425900A1; US4241597A

Description

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BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER. BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

MOTOR WHEEL CORPORATION
North Larch Street
Lansing, Michigan 48909 USA

Radscheibe sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Drücken verjüngte Radscheibe sowie das Verfahren und die Vorrichtung zu ihrer Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radscheibe mit verbesserten Betriebseigenschaften und längerer Lebensdauer zu schaffen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Radscheibe anzugeben, die in den Zustand von Restspannungen versetzt werden soll. Dabei sollen die Rest-Oberflächenspannungen der Radscheibe im Bereich von Durchgreiflöchern in bestimmter Weise dosiert verteilt werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe mit Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergibt sich aus den Ansprüchen.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Mit der Erfindung wird ein durch Drücken verjüngte Radscheibe erhalten, welche eine erhöhte Festigkeit und verbesserte Betriebseigenschaften aufweist.

Nähere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Einzelheit eines Rades bzw. einer Radfelge, deren durch Drücken verjüngte

Radscheibe gemäß Erfindung gestaltet ist; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 eine Ansicht einer Einzelheit gemäß 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungs-

gemäßen Radscheibe, im Schnitt; Fig. 5 eine vergrößerte Einzelheit gemäß Schnitt 5-5 in

Fig. 3 und
Fig. 6 bis 10 die Einzelheit entsprechend Fig. 5 in alternativen Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 bis 3 ist ein Schwerlastkraftwagenrad 10 dargestellt, welches einen im wesentlichen zylindrischen Felgenrand 12 und einstückig dazu einen Felgenflansch 14 zum Festhalten des Reifenbettes an einem axialen Ende aufweist. Ein ringförmiger demontierbarer Felgenflansch 16, ebenfalls zum Festhalten des Reifens, ist in einem ringförmigen Kanal 18 des Felgenrandes 12 gegenüber dem Flansch 14 gehalten. Eine

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Radscheibe 20 weist einen zentralen Teil 22 mit üblichen Festschraubbohrungen 24 und Nabenzentrierbohrung 26 undeinen äußeren Rand 28 auf, der an dem Felgengrund12 radial innerhalb des Kanals 18 angeschweißt ist. Die Radscheibe kann alternativ einstückige Flanschringe und eine Tiefbettfelge für die Bereifung aufweisen. Zwischen dem mittleren Teil 22 und dem Rand 28 liegt ein sich nach außen verjüngendes Zwischenstück 30, in welchem Durchgriffslöcher vorgesehen sind, tun die Montage des Rades auf einer Achsnabe oder dergleichen des Fahrzeuges zu erleichtern.

Das Verfahren des Drückens der Scheibe 20 ist an sich bekannt und wird durch die US-PS»en 3 143 015 und 3 143 377 belegt und besteht gewöhnlich darin, daß eine konkave Radscheibe aus einer runden Platine oder dergleichen Rohling durch Drücken geformt wird, wonach die Durchgriffslöcher 32 und die Schraubkopfbohrungen 24 in der gedrückten Radscheibe angebracht werden. Im Maße wie ein ringförmiges Werkzeug die Scheibe über einen sich drehenden Kern formt, nimmt die Dicke der Scheibe allmählich nach außen ab. Der Verformungsschritt läßt Rest-Druckspannungen auf der Scheibeinnen- und Außenseite zurück, die zusammen mit den Federeigenschaften günstige Charakteristiken hinsichtlich Zuverlässigkeit und Verhalten mit sich führen. -

Das Rad 10 ist zur Montage auf der Achsnabe ausgelegt, wobei die konkave Seite nach innen liegt und die entsprechende Rad-

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bremse umgibt· Aus diesem Grund wird die Herstellung der Durchgriffslöcher 32 von innen der Höhlung der Scheibe bevorzugt, damit an der Innenseite glatte Lochränder erzeugt werden können, um die Verletzungsgefahr der Hände herabzusetzen, während diese das Rad zur Montage halten. Durch das Ausstanzen wird Metall an dem Lochrand nahe der äußeren Scheibenoberfläche weggebrochen oder abgerissen, wenn die Stanze ihren Hub beendigt, wodurch unerwünschte Restzugspannungen auf der äußeren Oberfläche verbleiben. Gewöhnlich wird deshalb diese lokalisierte Zugspannung durch einen weiteren Verfahrensschritt aufgehoben oder umgekehrt, und zwar wird die äußere Scheibenoberfläche nahe der Durchgriffsöffnungen wieder unter Druck versetzt, beispielsweise durch abflachendes oder glättendes Prägen oder indem die gesamte Scheibe nochmals gewalzt oder gehämmert wird- (shot-peening). Es wurde jedoch festgestellt, daß es schwierig ist, die Qualität der glättenden Prägung zu steuern, währ end die V/alz- oder Hämmeroperation unverhältnismäßig teuer ist und nur schwankende Ergebnisse erzielt.

Gemäß der Erfindung werden lokalisierte Restzugspannungen, welche die Durchgriffsöffnung auf der äußeren oder konvexen Scheibenoberfläche umgeben und von der Herstellung und/oder dem Durchstanzen stammen, umgekehrt, das heißt,der Oberflächenbereich wird unter Druckspannung versetzt, indem der Scheibe vom Scheibeninneren her ein Randbereich 34 aufge-

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prägt wird, welcher das jeweilige Durchgriffsloch 32 umgibt. Der Randsaum 34 setzt sich außen von der Scheibenwölbung ab, so daß die äußere und innere Oberfläche gegenüber den entsprechenden Oberflächen des Zwischenstückes 30 versetzt sind und eben den Randsaum 34 ausmachen. Das Aufprägen aus der Richtung von dem Scheibeninneren her verleiht dem Randsaum 34 restliche Oberflächenspannungen, die erneut als Druckspannungen vorliegen und im wesentlichen auf dem gleichen Pegel wie vor dem Stanzen der Durchgriffslöcher liegen, so daß sichergestellt wird, daß die inneren und äußeren Oberflächen der fertiggestellten Scheibe über das gesamte gedrückte sich verjüngende Zwischenstück 30 einschließlich der Bereiche der Durchgriffslöcher restliche Druckspannungen beherbergen.'Das Prägen nach außen wird aus diesem Grund und deswegen bevorzugt, weil der nach außen geprägte Randsaum 34 den Freiraum zwischen der Scheibe und der nicht gezeigten Bremstrommel vergrößert, wenn das Rad auf das Fahrzeug montiert ist. Obzwar das Stanzen von Durchgriffslöcher vom Inneren des Scheibenhohlraums nicht kritisch ist, wird es aus den erwähnten Gründen bevorzugt.

Es wurde festgestellt, daß die Qualität und die Festigkeit der Ausprägung sowie die Höhe und Bestimmtheit der Restdruckspannung mit großer Sicherheit dadurch gesteuert werden können, daß die Höhe bzw. der Versetzungsbetrag 40 (Fig. 2) des Randsaumes 34 von der äußeren Oberfläche des durchgehenden Ver-

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bindungsstückes 30 gemessen wird. Die bevorzugte Versetzungshöhe oder -Betrag 40 (Fig. 2 und 5) liegt im Bereich von 0,12 bis 2 mm. Ferner wurde festgestellt, daß die Breite 42 (Fig. 2) des aufgeprägten Randsaumes 34 nicht über 12,7 mm vom Rand des Durchgriffsloches 32 liegen sollte.

Fig. 4 zeigt schematisch die Vorrichtung zur Herstellung der Ausprägung an der Radscheibe, und zwar ist ein Stanzeinsatz 50 mittels einer Schraube 52 an einen bewegbaren oberen Schuh 54 und ein Matrizeneinsatz 56 mittels einer Schraube 60 in der Aussparung eines unteren, feststehenden Schuhs 62 befestigt, wobei noch eine Unterlegscheibe 64 zwischen dem Einsatz 56 und dem Boden der Aussparung eingefügt ist. Die auftreffende Seite 66 des Stanzeinsatzes 50 folgt im wesentlichen der gewünschten Kontur des Scheibenzwischenstückes 30, während der Matrizeneinsatz 56 außerdem noch einen angeschrägten Bereich 68 um die äußere Peripherie herum aufweist, um die Außenkante 70 des abgesetzten Randsaumes 34 leicht konisch zu verformen und dabei Ausbrechgrate zu entfernen, die sonst zu Verletzungen der Hand des Benutzers führen könnten. Wie zuvor erwähnt, liegt die Scheibenhöhlung normalerweise innen, wenn die Scheibe und das Rad an einem Fahrzeug befestigt werden, damit Freiraum für die Bremstrommel verbleibt. Die Ausdrücke "innen" und "außen" werden mit Bezug auf die Scheibenhöhlung gebraucht und nicht mit Bezug auf die Orientierung der Scheibe und des Rades am Fahrzeug.

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In Fig. 5 "bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen von Einprägungen bzw. Ausprägungen im Schnitt dargestellt. Dabei entspricht Fig. 5 einer vergrößerten Ansicht des Schnittes 5-5 in Fig. 3 und stellt einen Standart-oder regelmäßigen Ausprägungsrandsaum dar, wobei die inneren und äußeren Prägeecken 72, 74 scharf und axial zueinander ausgerichtet sind. In Fig. 7 ist eine zueinander versetzte Ein- und Ausprägung dargestellt, wobei die innere Ecke 72 radial außerhalb der Ecke 74 liegt. In Fig. 7 ist die Versetzung umgedreht, d.h. die Ecke 72 ist radial innen zur Ecke 74. Fig. 8 stellt eine regelmäßige Ausprägung dar, deren abgerundete Ecken axial zueinander ausgerichtet sind. In Fig. 9 ist die abgerundete innere Ecke 72a radial auswärts versetzt zur äußeren abgerundeten Ecke 74a, während in Fig. 10 die abgerundete innere Ecke 72a nach innen mit Bezug auf die Ecke 74a versetzt ist. Die abgerundete und nach außen versetzte Konfiguration nach Fig. 9 wird deshalb bevorzugt, weil bei abgerundeten Ecken unnötige Spannungsspitzen vermieden werden, während die zueinander versetzten Ecken dazu beitragen, die Abscherung während der Herstellung zu vermeiden.

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Claims

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PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeclcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Petentconsult

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Lansing, Michigan 48909 USA

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Patentansprüche :

Radscheibe mit einem zentralen Teil, welcher Naben-und Schraubenbohrungen enthält, mit einem peripheren Rand, der zur Befestigung an einer Felge dient, und mit einem Zwischenstück, welches den zentralen Teil mit dem peripheren Rand verbindet, in radialer Richtung sich verjüngt und Durchgriffsaussparungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsstück (30) je ein Randsaum (34) jede Durchtrittsaussparung (32) umgibt und gegenüber dem Rest dieses Verbindungsstückes (30) in Richtung weg von der Scheibenhöhlung abgesetzt ist, und daß die konkave und die konvexe Oberfläche des Zwischenstückes (30) einschließlich der Oberflächen des Saumbereiches (34) Rest-Druckspannungen enthalten.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. nat. Wiesbaden: P.3. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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2. Radscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Scheibenhöhlung liegende Ecke (72, 72a) des Randsaumbereiches (34) mit Bezug auf die äußere Ecke (74, 74a) radial nach außen versetzt ist (Fig. 6 und 9).
3. Radscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und äußere Ecke Cf2a, 74a) abgerundet sind.
4. Radscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Radscheibe (20) auch entlang der Durchgriff saussparung (32) radial verjüngt und daß dieser Bereich um einen im wesentlichen gleichförmigen Betrag in der Größenordnung von 0,12 bis 2 mm versetzt ist.
5. Radscheibe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des abgesetzten Bereichs, gemessen radial zu der Durchgriffsaussparung (32) im wesentlichen gleichförmig und kleiner oder gleich 12,7 mm beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung einer Radscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit folgenden Schritten:

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Auf der Drehbank wird eine sich nach außen verjüngende konkave Scheibe aus einer Rohplatine gedrückt, deren innere und äußere, zur Scheibenhöhlung liegende Oberfläche noch Rest-Druckspannungen enthält; in die sich verjüngende Scheibe werden Durchgriffsaussparungen geschnitten bzw. gestanzt, wobei die Scheibenoberfläche um die Durchgriffsaussparungen herum in eine Rest-Zugspannung versetzt wird;
gekennzeichnet durch: der Oberflächenbereich um jede Durchgriffsaussparung wird nachfolgend kaltbearbeitet, indem die Scheibe aus einer Richtung vom Inneren der Scheibenhöhlung her zur Bildung eines Randsaumbereiches geprägt wird, welcher jede Durchgriffsaussparung umgibt, nach außen relativ zur Scheibenhöhlung um einen solchen Betrag versetzt ist, daß eine genügende Rest-Druckspannung in dem Bereich erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgriffsaussparungen aus einer Richtung vom Inneren der Scheibenhöhlung gestanzt sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ecke des Randsaumbereiches innerhalb der Scheiben-

höhlung mit Bezug auf die äußere Randecke radial versetzt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die innereaund äußeren Ecken abgejirundet sind.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe sich entlang der Durchgriffsaussparung radial nach außen verjüngt und daß der Randsaumbereich um einen im wesentlichen gleichförmigen Betrag in der Größenordnung von 0,12 bis 2 mm versetzt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des versetzten Randbereichs radial zu der Durchgriffsaussparung im wesentlichen gleichförmig ist und gleich oder kleiner als 12, 7 mm beträgt.

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