DE3443226C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von Fahrzeugraedern aus aushaertbaren Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von Fahrzeugraedern aus aushaertbaren AluminiumlegierungenInfo
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/34—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tyres; for rims
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von
Fahrzeugrädern aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aluminiumräder für Fahrzeuge haben eine Anzahl von positiven Eigenschaften gegenüber herkömmlichen
Stahlrädern. So haben sie ein niedrigeres Gewicht, leiten die Wärme besser ab, welche beim Bremsen entsteht,
sind besser ausgewuchtet und haben ein ansprechendes Äußeres. Deshalb steigt die Verbreitung von
Aluminiumrädern ständig, sowohl für Personen- als auch für Nutzkraftwagen, bei letzteren insbesondere in
den Vereinigten Staaten von Amerika.
Das Ausmaß, bis zu welchem das Gewicht eines Rades vermindert werden kann, beispielsweise durch Verwendung
von dünnerem Aluminiumwerkstoff, ist begrenzt durch die dynamische Festigkeit von Aluminium,
welche erheblich niedriger sein kann, als die unter statischen Bedingungen gemessene Festigkeit. Es gibt daher
deutliche Grenzen für die Stärke des für die Räder verwendeten Werkstoffes. Dies gilt insbesondere für die
Radscheibe, welche Gegenstand von unter Umständen recht erheblichen rotierenden Ablenkkräften ist. Die
Dauerfestigkeit von Aluminium bestimmt daher im großen Ausmaß die Abmessungen und damit das Gewicht
des Rades. Bis zu einem gewissen Ausmaß kann die Dauerfestigkeit durch die Verwendung passender Legierungen
erhöht werden; der Gewinn ist jedoch häufig nur gering.
Zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften verschiedener Legierungen, u. a. Aluminiumlegierungen, ist
Lösungsglühen bekannt, wie es beispielsweise in »Robert B. Ross: Handbook of Metal Treatments and Testing,
London«, Seiten 206 bis 208 beschrieben ist.
Auch die Anwendung des Lösungsglühens an Radfelgen wurde bereits in US-PS 31 72 787 beschrieben. Dort
werden Radfelgen aus stranggegossenem Aluminiumprofil durch entsprechendes Rundbiegen und Schweißen
hergestellt. Nach Fertigstellung der Schweißnaht werden die Felgen lösungsgeglüht und danach wiederum
auf einem Formgeber ausgerichtet. Dieses bekannte Verfahren beinhaltet jedoch keinen Hinweis auf die Behandlung
von Radscheiben bezüglich ihrer Dauerfestigkeit.
Auf der Grundlage der Belastungen, denen ein Rad ausgesetzt ist, wird die Radscheibe aus einem Werkstoff
hergestellt, welcher etwa doppelt so stark wie der der Felge ist. Für die gebräuchlichsten Autoräder liegt die
ίο Stärke der Radscheibe innerhalb eines Bereiches von
7—14 mm. Während des Kühlens beziehungsweise Abschreckens nach dem Lösungsglühen wird die Felge wegen
der geringen Wandstärke schneller abgekühlt als die Scheibe. Die Abkühlung nach dem Lösungsglühen
von etwa 550° C zu Raumtemperatur bewirkt einen relativ großen Wärmeschwund während der Abkühlung.
Wenn diese Abkühlung in einer unkontrollierten Weise durchgeführt wird, können erhebliche Spannungen als
Ergebnis einer ungleichförmigen Abkühlungsgeschwindigkeit auftreten. Diese Spannungen addieren sich zu
den dynamischen Belastungen, welchen das Rad normalerweise ausgesetzt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Wandstärke von Radscheiben für Fahrzeuge aus aushärtbaren
Aluminiumlegierungen und damit deren Gewicht zu verringern, ohne eine Verringerung der dynamischen
Festigkeit in Kauf zu nehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Radscheibe nach dem Lösungsglühen
in einem mittleren Bereich schneller abgekühlt wird als in den Randbereichen. Dadurch wird erreicht,
daß sich ein Temperaturgradient zwischen dem mittleren Bereich und dem Rand ergibt, so daß statische
Druckspannungen in dem Teil des Rades entstehen, in welchem die obenerwähnten Ermüdungsbeanspruchungen
auftreten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im
Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Im folgendem wird an Hand der Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. In der Figur ist
mit 1 ein Rad bezeichnet, welches in kontrollierter Art und Weise gekühlt werden soll. Dazu wird das Rad 1
nach dem Formen und nach dem Lösungsglühen mit Hilfe der Düsen 2, 3 und 4, aus welchen Kühlwasser
versprüht wird, von ungefähr 550°C auf Raumtemperatur abgekühlt. Weitere Einrichtungen wie beispielsweise
Vorrichtungen zur Halterung des Rades und der Düse sowie zur Kühlwasserzuführung sind nicht dargestellt.
Das aus der Düse 2 austretende Kühlwasser wird derart geführt, daß es zunächst auf den mittleren Bereich
des Rades auftrifft. In der Folge wird dann nach und nach ein größerer Teil des Rades vom Kühlwasser erfaßt,
bis schließlich auch die Felge mit Hilfe der Düsen 3 und 4 besprüht wird.
In der Praxis hat sich folgendes Vorgehen bewährt: Ein Rad der Größe 5V2 »J X 15« wird nach dem Lösungsglühen
bei einer Temperatur von 550° C mit kaltem Wasser abgeschreckt.
Sofort nach dem Einlegen des heißen Rades in die nicht dargestellte Vorrichtung zur Halterung des Rades
wird aus der Düse 2 der innere Bereich des Rades besprüht. Nach fünf Sekunden wird ein weiterer Bereich
des Rades von der Abschreckung erfaßt. Nach weiteren fünf Sekunden wird schließlich auch die Felge aus den
Düsen 3 und 4 besprüht.
Nach etwa 20 Sekunden ist das gesamte Rad auf
Nach etwa 20 Sekunden ist das gesamte Rad auf
Raumtemperatur gekühlt, also fertig abgeschreckt, und kann der Vorrichtung entnommen werden.
Das besondere Merkmal einer zufriedenstellenden Kühlung ist, daß während des Kühlungsprozesses ein
Temperaturgradient zwischen dem mittleren Teil der Scheibe und der Felge, welche die höchste Temperatur
aufweist, besteht. Auf diese Art und Weise entstehen Druckspannungen in der Scheibe sowohl in tangentialer
als auch radialer Richtung. In besonderen Fällen kann dieses Verfahren Druckspannungen in einer Größe,
welche der Formfestigkeit entspricht, hervorrufen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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- Leerseite
Claims (3)
1. Verfahren zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von Fahrzeugrädern aus
aushärtbaren Aluminiumlegierungen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Räder nach dem Lösungsglühen in einem mittleren Bereich schneller als
in den Randbereichen abgekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radscheibe mit einem Kühlmittel
besprüht wird, welches zunächst einen mittleren Bereich des Rades besprüht und danach auch auf die
äußeren Bereiche derart auftrifft, daß sich innerhalb des Rades ein Temperaturgradient in radialer Richtung
bildet.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Achse des Rades (1) eine Sprühvorrichtung (2) angeordnet ist, welche zur Kühlung des inneren Bereiches
des Rades (1) vorgesehen ist, und daß weitere Sprühvorrichtungen (3,4) zur Kühlung des äußeren
Bereiches des Rades (1) am Umfang des Rades (1) angeordnet sind.
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