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Fahrzeugrad und Verfahren zum Herstellen
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eines Fahrzeugrads Die Erfindung betrifft ein für insbesondere schlauchlose
Buftbereifung vorgesehenes Fahrzeugrad, das Sitzflächen für die Wülste eines Reifens
aufweist, die sich am inneren Umfang der Felge neben einem sich radial nach innen
erstrekkenden Felgenhorn befinden, wobei eine einzige im wesentlichen zylindrische,
als Notlauffläche geeignete Stützfläche
der Felge im Inneren des
montierten Reifens liegt, die sich radial weiter nach außen erstreckt als die Sitzflächen,
wobei ferner die Felge eine sich radial innerhalb an sie anschließende, durch eine
einzige Scheibe gebildete Radschüssel oder Radscheibe aufweist, und wobei die Felgenhörner
und die Radschüssel oder Radscheibe einstiickig hergestellt sind.
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Ein derartiges, offenbar als Leichtmetallgußstück hergestelltes Fahrzeugrad
der Firma Continental ist aus der ADAC Motorwelt 1/84, Seite 35, bekannt. Die Felgenhörner
haben eine erhebliche Dicke, die erheblich größer ist als die Dicke der Radscheibe
in ihrem der Felge benachbarten Bereich. Ähnliche Räder mit einer im Prinzip gleich
ausgebildeten Notlauffläche sind durch die DE-OS 30 OO 428 und 31 45 252 bekannt.
Bei den aus diesen beiden Druckschriten bekannten Rädern sind die Felgen und die
Schüsseln separat hergestellt und miteinander verschweißt.
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Bei Fahrzeugrädern ist die Schweißstelle zwischen der Radschüssel
oder Radscheibe und der Felge eine Schwachstelle, die zu Ausfällen neigt und daher
möglichst vermieden werden soll. Das eingangs beschriebene bekannte Rad weist eine
derartige Schweißverbindung nicht auf. Es ist jedoch relativ materialaufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rad der eingangs geschilderten
Art anzugeben, bei dem der Materialaufwand verringert ist. Diese Aufgabe wird gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß die Summe der Dicken der Felgenhörner in der Nähe
des Übergangs zur Radschüssel bzw. Radscheibe höchstens gleich der Dicke der Radschüssel
bzw. Radscheibe
in der Nähe dieses Übergangs ist. Wenn die Radschüssel
in ihrer Materialstärke so bemessen wird, wie für die Belastungsfähigkeit des Rads
erforderlich ist, so reicht es für die vom Rad aufzunehmende Kräfte im allgemeinen
aus, wenn die Felgenhörner insgesamt nicht dicker sind als die Radschüssel. Es wird
daher gegenüber dem eingangs beschriebenen bekannten Rad am Material eingespart.
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Das erfindungsgemäße Rad kann wie das bekannte Rad als Gußstück hergestellt
sein. Bei einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung ist jedoch das Rad aus
einem einzigen Stahlblech hergestellt. Hier liegt der große Vorteil darin, daß von
einem Stahlblech gleichmäßiger Dicke ausgegangen werden kann, das in seinem Randbereich
lediglich aufgespalten werden muß, um das erfindungsgemäße Rad herzustellen. Wird
zum Aufspalten ein Verfahren verwendet, das Material abträgt, beispielsweise ein
spanendes Verfahren wie Sägen, so ist die Gesamtdicke der Felgenhörner unmittelbar
nach dem Aufspalten geringer als die Ausgangsdicke der Stahlscheibe, die Festigkeit
reicht jedoch für viele Anwendungsfälle aus. Dies gilt insbesondere dann, wenn diejenige
Stelle, an der die Radscheibe sich in die beiden Felgenhörner aufteilt, durch Kaltverformung
verfestigt ist. Eine derartige Kaltverformung könnte durch Hämmern bewirkt werden,
bevorzugt ist jedoch eine Kaltverformung durch Rollieren, wobei eine Rolle unter
starkem Druck entlang der Übergangsstelle abrollt.
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Wie später noch erläutert wird, reicht es für ein Fahrzeugrad für
Personenkraftwagen aus, wenn zur Herstellung des oben beschriebenen Rads von einer
Stahlscheibe mit etwa 4 mm Dicke ausgegangen wird.
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Dabei erweist sich als besonders günstig die Eigenschaft des eingangs
beschriebenen Rads, daß die auf die Felgenhörner einwirkenden Belastungen, die einerseits
vom Reifen durch den in ihm herrschenden Luftüberdurck bewirkt werden, und die andererseits
durch Stöße beim Fahrbetrieb bewirkt werden, einander entgegengerichtet sind. Der
Luftdruck des Reifens ist bestrebt, die Felgenhörner im Bereich ihrer Enden radial
nach außen zu bewegen. Stöße beim Fahrbetrieb dagegen bewirken, daß beim gegenwärtig
üblichen gürtelähnlichen Aufbau der Reifenkarkasse die Felgenhörner im Bereich der
Stoßstelle radial nach innen bewegt werden. Aus diesen Gründen weist das beschriebene
Rad günstigere Belastungsverhältnisse auf als Räder herkömmlicher Art, bei denen
die Felgenhörner radial nach außen gerichtet sind, und bei denen sowohl der Luftdruck
als auch Fahrstöße Kräfte erzeugen, die bestrebt sind, die Felgenhörner radial nach
innen und dabei gleichzeitig voneinander weg zu bewegen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrads,
bei dem eine außen kreisförmig begrenzte Blechscheibe von ihrem Umfang her in Richtung
auf die Scheibenmitte zu bis zu einer Tiefe, die kleiner ist als der Radius der
Scheibe, aufgespalten wird und die durch das Aufspalten voneinander getrennten Bereiche
der Scheibe auseinandergedrückt und spanlos zum Felgenfertigprofil verformt werden,
wobei Maßnahmen zum Erhöhen der Festigkeit in der Nähe des Spaltendes vorgesehen
sind. Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-OS 27 45 508 bekannt. Bei dem bekannten
Verfahren zum Herstellen von Leichtmetallscheibenrädern für Kraftfahrzeuge aus einer
kreisförmigen Scheibe gleichmäßiger Dicke wird nach dem Herstellen des Fertigprofils
die Festigkeit im Bereich des Spaltendes durch Einbringen einer Schweißnaht oder
durch Niete vergrößert. Da es
sich um Leichtmetallräder handelt,
ist die Materialstärke erheblich, und daher bereitet das Einbringen einer Schweißnaht
keine besonderen Schwierigkeiten. Das Anbringen einer derartigen Schweißnaht ist
jedoch ebenfalls aufwendig und die Qualitat der Schweißnaht muß genau übeprüft werden.
Das Anbringen von Nieten ist aufwendig und vergrößert das Gewicht des Rads.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren dieser Art
so auszugestalten, daß es sich auch insbesondere zur Herstellung eines Rads gemäß
der oben mit ihren Ausführungsformen beschriebenen Erfindung eignet, wobei das Verfahren
einfach durchführbar sein soll und das Fahrzeugrad aus Stahlblech hergestellt werden
soll. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Ausgangsmaterial
eine Stahlblechscheibe verwendet wird, und daß die Festigkeit der Scheibe im Bereich
des Grunds des Spalts durch Kaltverformung erhöht wird.
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Auch hier wird vorausgesetzt, daß die Stahlblechscheibe im wesentlichen
eine gleichmäßige Dicke hat. Da ein aus Stahlblech hergestelltes Rad zur Gewährleistung
der gleichen Belastungsfähigkeit wie ein Leichtmetallrad ein erheblich geringere
Wandstärke erfordert, und da ein allgemeines Bestreben der Fahrzeugindustrie dahin
geht, möglichst leichte Räder herzustellen, führt dies beispielsweise bei einem
gewichtsoptimierten Rad für Personenkraftwagen dazu, daß ein Stahlblech von etwa
3 mm bis 5 mm Dicke verwendet wird. Bei einer derartigen geringen Dicke, bei der
die Felgenhörner eine Dicke von 1,5 mm bis 2,5 mm haben, wenn für beide Felgenhörner
die gleiche Dicke vorausgesetzt wird, wäre das Anbringen einer Schweißnaht wegen
dieser geringen Materialstärke schwierig. Eine Kaltverformung im Bereich des Spaltendes
läßt
sich jedoch einfach ausführen, insbesondere wenn gemäß einer Ausführungsform dies
durch Rollieren erfolgt.
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Hier können die für die Radherstellung, insbesondere Felgenherstellung,
im Einsatz befindlichen Maschinen verwendet werden.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es bei
leichter Ausführbarkeit zu einem Rad führt, das hoch belastbar ist, und insbesondere
keinerlei Schweißverbindungen enthält, so daß diese bekannte Schwachstelle bei Fahrzeugrädern
entfällt. Da zur Verfestigung des Spaltendes keinerlei zusätzliches Material benötigt
wird, im Gegensatz zu dem soeben beschriebenen bekannten Verfahren, sind die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rader leicht und kommen daher dem
Ideal eines gewichtsoptimierten Rads sehr nahe. Weiter ist von Vorteil, daß deswegen,
weil nicht nachträglich Material am Rad angebracht wird, das Rad eine sehr gleichmäßige
Gewichtsverteilung aufweist und daher beim Auswuchten keine Probleme bietet.
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Das Aufspalten kann erfolgen, wenn das Ausgangsmaterial noch als ebene
Kreisscheibe vorliegt oder auch, nachdem die Scheibe in ihrem radial innerhalb des
herzustellenden Spalts liegenden Bereich zur Herstellung der Radscheibe spanlos
verformt worden ist. Dabei können während oder im Anschluß an diesen Verformungsvorgang
in die Radscheibe Löcher eingestanzt worden sein, die die Belüftung des Rads und
gegebenenfalls einer in nächster Nähe des Rads montierten Bremse beim fertigen Fahrzeug
in bekannter Weise verbessern sollen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigt, und aus den Anspriichen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln
für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der
Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen: Fig. 1 a - c: Arbeitsgänge zur Herstellung
einer Radschssel durch Fließdrücken, Fig. 2 a - c: Die Weiterverarbeitung zur Herstellung
unterschiedlicher Felgenprofile, Fig. 3 a - c: Mehrere Arbeitsvorgänge zur Herstellung
einer Radschüssel durch Ziehen, Fig. 4 a - c: Die Weiterverarbeitung zur Herstellung
unterschiedlicher Felgenprofile, Fig. 5 a - c: Ausgehend von Fig. 3 die Herstellung
wiederum anderer Felgenprofile.
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In Fig. 1a ist eine runde Blechscheibe 1 im Querschnitt gezeigt. Die
Blechscheibe 1 weist bereits eine zentrische Bohrung 2 auf. Zur Zeichnungsvereinfachung
ist die Scheibe 1 nicht vollständig dargestellt, sondern nur ungefähr zur Hälfte,
da der Querschnitt selbstverständlich spiegelsymmetrisch ist.
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In Fig. 1b ist die Scheibe 1 durch Fließdrücken so verformt worden,
daß sich eine relativ tiefe Radschüssel 4 gebildet hat. In dem durch Flließdrücken
verformten Bereich 7 besteht eine gegenüber der Ausgangsdicke der Scheibe 1 verringerte
Materialdicke. Durch die Kaltverformung ist im Bereich 7 jedoch die Materialfestigkeit
vergrößert. Fig. 1c zeigt, daß im Anschluß an das Fließdrücken Entlüftungslöcher
5 und Bolzenlöcher 7, die der späteren Befestigung des Rads dienen, geschnitten
worden sind. Außerdem wurde die urspriingliche zentrische Aussparung 2, die zum
zentrischen Spannen auf der Bearbeitungsmaschine diente, nun zu der beim fertigen
Rad vorhandenen zentrischen Aussparung 10 vergrößert. In der Fertigungsstufe der
Fig. 1c ist der Rand der Scheibe noch unbearbeitet und weist seine ursprüngliche
Dicke auf, wie sie auch in Fig. 1a vorhanden ist.
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Fig. 2a zeigt, wie der Randbereich 12 der Scheibe in zwei gleich dicke
Bereiche 14 aufgespalten worden ist. Das Aufspalten erfolgte ohne Materialverlust.
Die Bereiche 14 werden gleichzeitig oder im Anschluß an das Aufspalten auseinanderbewegt
und nun je nach der gewiinschten Felgenform weiter umgeformt.
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So zeigt Fig. 2b zwei verschiedene Ausführungsformen einer herkömmlichen
Tiefbettfelge, nämlich einerseits mit ausgezogenen Linien eine symmetrische Tiefbettfelge,
und mit gestrichelten Linien eine Abwandlung der Querschnittsform zur Bildung einer
unsymmetrischen Tiefbettfelge. Die Felgenhörner tragen die Bezugszeichen 15 bzw.
16.
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Fig. 2c zeigt ein Felgenprofil für das eingangs geschilderte Rad,
bei dem die Reifenwülste an einer radial innen liegenden Fläche 20 der Felge 22
anliegen, deren Felgenhörner das Bezugszeichen 24 tragen.
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Derartige tiefe Radschüsseln, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt wurden,
eignen sich in bekannter Weise besonders für Lastkraftwagenräder, bei denen es erwünscht
ist, Zwillingsreifen vorzusehen und/oder besonders große Bremstrommeln im Bereich
eines Rades unterzubringen.
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In Fig. 3a wird wiederum von einer ebenen kreisförmigen Stahlblechscheibe
31 ausgegangen, die zunächst in einem Tiefziehvorgang die in Fig. 3b gezeigte Form
erhält. Anschließend werden Belüftungslöcher 35 und Bolzenlöcher 37 sowie ein zentrisches
Loch 39 geschnitten, wie Fig. 7c zeigt.
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Bei dem in Fig. 3c gezeigten Teil hat der Randbereich der Scheibe
noch nahezu die Dicke der Scheibe 31 der Fig. 3a.
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Diese Dicke kann allenfalls durch den Tiefziehvorgang, auch wenn dieser
nur radial weiter innen liegende Bereiche verformen soll, verringert sein.
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Gemäß Fig. 4a wird in ähnlicher Weise, wie anhand der Fig. 2a erläutert,
der Randbereich 42 (Fig. 3c) in gleich dicke Bereiche 44 aufgespalten, die anschließend
voneinander weggespreizt werden und wiederum gemäß Fig. 4b zu einer herkömmlichen
Tiefbettfelge mit Felgenhörnern 46 oder gemäß Fig. 4c zu einem Felgenprofil mit
Felgenhörnern 48 wie in Fig. 2c verformt. Diese Felge ist einstückig mit der sich
an aiese anschließenden Radscheibe 49.
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Fig. 5a zeigt, wie ausgehend von dem in Fig. 3c gezeigten Zwischenprodukt
der Randbereich 42 zunächst durch einseitiges Fließdrücken aus der ursprünglichen
Ebene herausgebracht und abgewinkelt wird und außerdem seine Dicke auf die Hslfte
verringert wird. Dadurch wird der derartig verformte Bereich nahezu auf die doppelte
Länge gestreckt.
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Gemäß Fig. 5b wird nun der Randbereich der Scheibe dort, wo der durch
Fließdrücken verjüngte Bereich 50 beginnt, wiederum gespalten, und zwar so, daß
die beiden gespaltenen Teile die gleiche Dicke haben. Es entstehen somit ein kürzerer
Abschnitt 52 und ein längerer Abschnitt 54, dessen Endbereich der Bereich 50 der
Fig. 5a ist, und die Bereiche 52 und 54 (einschließlich 50) haben die gleiche Dicke.
Gemäß Fig. 5c sind die Bereiche 52 und 54 nun zu einer unsymmetrischen Tiefbettfelge
mit Felgenhörnern 56 und 58 umgeformt worden.
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In allen Ausführungsbeispielen wurde als Ausgangsmaterial eine runde
Stahlblechscheibe gleichmäßiger Dicke verwendet.
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Wegen der relativ geringen Dicke dieser Scheibe, die beispielsweise
bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Fertigungsgang zur Herstellung von Rädern fiir
Personenkraftwagen eine Dicke von 4 mm hat, wurde dann, wenn anschließend an das
Aufspalten mittels eines Spaltwerkzeugs keine Verfestigung im Bereich des Spaltendes
vorgenommen würde, eine Materialschwächung durch Kerbwirkung vorhanden sein, denn
bei dieser relativ geringen Materialstarke der Scheibe 31 sind die Kerbwerkzeuge
relativ scharfkantig. Es lassen sich daher nicht, wie dies bei dem Herstellen von
Fahrzeugrädern aus erheblich dickeren Leichtmetallteilen möglich ist, gut abgerundete
Werkzeuge verwenden, die keinerlei Kerbwirkung zur Folge haben.
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Bei allen Ausführungsbeispielen wurde bei der Ausformung des endgültigen
Felgenprofils im Bereich des urspriinglichen Spaltendes beim Fließdrücken eine Verfestigung
des Materials erreicht.
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Zur Herstellung des Rads mit symmetrischer Felge nach Fig. 2b für
Nutzfahrzeuge kann die Stahlblechscheibe 1 gemäß Fig. la eine Dicke von etwa 6 bis
14 mm aufweisen. Ausgehend von der gleichen Stahlblechscheibe 1 kann das Rad gemäß
Fig. 2c mit der Felgenabmessung vom 3 bis 7 mm hergestellt werden.
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Maschinen, die das Aufspalten des Randes und das Ausformen des Felgenprofils
durch Fließdrücken ermöglichen, werden z.B. von der Firma Teilfeld u. Co., D-4730
Ahlen, Bundesrepublik Deutschland, hergestellt.