DE4313989A1 - Fahrzeugrad und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugräder und insbesondere ein zweiteiliges Fahrzeugrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Da in den letzten Jahren die Leistungseigenschaften von Kraftfahrzeu­ gen verbessert worden sind, sind auch die Räder für die Kraftfahrzeuge in bezug auf ihre Leistungseigenschaften verbessert worden. Im Er­ gebnis werden in großem Umfang Leichtmetallräder verwendet, die ein geringes Gewicht, eine hohe mechanische Festigkeit und Starrheit so­ wie eine ausgezeichnete Abmessungsgenauigkeit besitzen. Das Leicht­ metallrad wird durch Gießen und/oder Schmieden hergestellt, wobei für die Radscheibe verschiedene Gestaltungen und Formen möglich sind, um eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit und ein ausge­ zeichnetes Erscheinungsbild zu erlauben.

Leichtmetallräder dieses Typs sind in drei Gruppen unterteilt: einteilige Räder, zweiteilige Räder und dreiteilige Räder, die entsprechend ihrem Aufbau voneinander unterschieden werden.

Beim einteiligen Rad sind die Felge und die Scheibe durch Gießen und Schmieden als eine Einheit gebildet. Beim zweiteiligen Rad werden die Felge und die Scheibe, die als getrennte Bauteile vorgesehen sind, durch Schweißen und/oder mittels Schrauben zusammengefügt. Beim dreiteiligen Rad ist die Felge in zwei Teile, eine äußere Felge und eine innere Felge, unterteilt, die mit der Scheibe zusammengefügt werden.

Von diesen Rädern ist am häufigsten das zweiteilige Rad in Gebrauch, weil es eine hohe Steifigkeit und verhältnismäßig geringe Herstellungs­ kosten besitzt. In Fig. 3 ist die Struktur des zweiteiligen Rades gezeigt.

Das Rad 21 ist durch Verschweißen einer Scheibe 23 mit einer zylin­ drischen Felge 22 gebildet.

Die Felge 22 wird folgendermaßen gebildet: zunächst wird durch Bie­ gen einer expandierten Platte aus einer Aluminiumlegierung ein Zylin­ der gebildet. Genauer wird die expandierte Platte aus der Aluminium­ legierung gebogen, um eine zylindrische Struktur zu schaffen, wobei die beiden Enden der so gebildeten zylindrischen Struktur miteinander verschweißt werden, um den fertigen Zylinder zu bilden. Der so gebil­ dete Zylinder wird einem Drück- oder Walzvorgang unterworfen, um Wulstsitze 29 für die Aufnahme der Reifenwülste 7 und einen Felgen­ boden 24 zu bilden. Die Scheibe 23 wird durch Pressen, Schmieden oder Gießen gebildet und besitzt ein Radnabenloch 28 und Schraubbol­ zenlöcher 27, die auf einer numerisch gesteuerten Maschine (NC-Ma­ schine) oder dergleichen gebildet worden sind. Die Scheibe 23 wird folgendermaßen an der Felge 22 fest angebracht: Der äußere Umfangs­ bereich 25 der Scheibe 23 wird in den Felgenboden 24 eingepaßt, fer­ ner wird das Nabenbefestigungsende des äußeren Umfangsbereichs 25 mit der Zylinderinnenfläche des Felgenbodens verschweißt.

Andererseits sind durch die Verbesserung der Leistungseigenschaften der Kraftfahrzeuge in großem Umfang Niederquerschnittsreifen mit ei­ nem Höhen-/Breitenverhältnis von 60% oder weniger, die sowohl ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild wie auch eine gute Hochgeschwind­ scharakteristik besitzen, in Gebrauch gekommen. Dadurch ist die For­ derung nach einer Verbesserung der Starrheit des Rades entstanden, weil der Niederquerschnittsreifen, der eine starke Fahrbahnhaftung hervorbringt, das Rad stark beansprucht. Um darüber hinaus die Schwingungen des Rades während der Fahrt zu verringern, um die Si­ cherheit des mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeugs zu erhö­ hen, sollte die Starrheit des Rades verbessert werden. Insbesondere ist es wesentlich, die mechanische Festigkeit der Verbindung Felge-Schei­ be zu erhöhen.

Bei dem obenbeschriebenen, herkömmlichen zweiteiligen Rad wird die Felge durch Ziehen einer expandierten Aluminiumplatte durch Drücken oder Walzen gebildet. Wenn daher zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit eine Felge mit großer Wanddicke und großem Durchmesser mit dem obenbeschriebenen Verfahren gebildet wird, besteht bei der sich ergebenden Felge die Neigung zu einer geringen Genauigkeit.

Es ist nämlich schwierig, den Felgenboden 24 herzustellen; genauer neigt der Felgenboden 24 zu einer Krümmung in Richtung der Mittel­ achse. Wenn der äußere Umfangsbereich 25 der Platte 23 mit der Zy­ linderinnenfläche 24a des so gekrümmten Felgenbodens 24 verschweißt wird, wird zwischen der Zylinderinnenfläche 24a der Felge 24 und der Außenfläche des äußeren Umfangsbereichs 25 ein keilförmiger Spalt mit einem Winkel R gebildet, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das bedeutet, daß die Zylinderinnenfläche 24a in Umfangsrichtung mit der äußeren Zylinderfläche 25a nur in einem schmalen, linienförmigen Bereich in Kontakt ist.

Ferner kann beispielsweise während des Drückvorgangs die Oberfläche der Felge 22 durch die Walze eine wellige Form erhalten. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist es in diesem Fall schwierig, die Zylinderinnenfläche 24a der Felge 24 in einem ebenen, flächigen Kontakt mit der Zylinderau­ ßenfläche 25a des äußeren Umfangsbereichs 25 der Scheibe 23 zu hal­ ten; d. h., daß die Zylinderinnenfläche 24a mit der Zylinderaußenfläche 25a lediglich in einen punktförmigen oder höchstens linienförmigen Kontakt gebracht werden kann.

Andererseits nimmt bei zunehmenden Felgendurchmesser die Genauig­ keit der Kreisform der Felge 22 ab. Wenn daher die Scheibe in die Felge eingepaßt wird, ist es schwierig, daß die Zylinderinnenfläche 24a mit der Zylinderaußenfläche 25a in gleichmäßigen Kontakt gelangt.

Wenn der Kontaktbereich zwischen der Felge 22 und der Scheibe 23 im Verbindungsbereich gering ist, wird die auf diesen Verbindungsbereich ausgeübte Beanspruchung mit großer Wahrscheinlichkeit auf die Schweißnaht 26 konzentriert, so daß es schwierig ist, die mechanische Festigkeit des Verbindungsbereichs zwischen der Felge und der Scheibe zu erhöhen.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die obenerwähnten Schwierig­ keiten von herkömmlichen Fahrzeugrädern beseitigt werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zweiteiliges Fahrzeugrad zu schaffen, das einerseits niedrige Herstellungskosten und andererseits eine hohe Steifigkeit besitzt, wobei insbesondere die mechanische Festigkeit des Verbindungsbereichs zwischen der Felge und der Scheibe bei niedrigen Kosten erhöht ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeugrades zu schaffen.

Die erstgenannte Aufgabe wird bei einem Fahrzeugrad der gattungsge­ mäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmale.

Die an zweiter Stelle genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, das die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugrad wird die Scheibe mit der Felge so verschweißt, daß die Zylinderaußenfläche des äußeren Um­ fangsbereichs der Scheibe sicher in ebenem, flächigen Kontakt mit der Zylinderinnenfläche der Felge gehalten wird. Selbst wenn daher eine äußere Kraft auf das Rad eine Beanspruchung ausübt, wird diese Bean­ spruchung nicht nur auf die Schweißnaht im Verbindungsbereich zwi­ schen der Scheibe und der Felge konzentriert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht der Struktur eines Fahrzeugrades ge­ mäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht, in der ein Teil des in Fig. 1 gezeigten Fahrzeugrades dargestellt ist;

Fig. 3 die bereits erwähnte Teilschnittansicht der Struktur eines her­ kömmlichen Fahrzeugrades;

Fig. 4 die bereits erwähnte Schnittansicht der wesentlichen Bauteile des in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Fahrzeugrades, wel­ che der Erläuterung der Struktur dieses Rades dient; und

Fig. 5 die bereits erwähnte vergrößerte Schnittansicht eines Teils des in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Fahrzeugrades.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Fahrzeugrad 1 gemäß der vorliegen­ den Erfindung eine zylindrische Felge 2 und eine Scheibe 3, die auf getrennte Weise hergestellt werden. Die Felge 2 ist mit der Scheibe 3 verschweißt.

Die Felge 2 wird folgendermaßen gebildet: Zunächst wird durch Bie­ gen einer expandierten Platte aus einer Aluminiumlegierung ein Zylin­ der geformt. Genauer wird die expandierte Platte aus einer Aluminium­ legierung in eine zylindrische Form gebogen, anschließend werden die beiden Enden der zylindrischen Form miteinander verschweißt, um den fertigen Zylinder zu schaffen. Der Zylinder wird durch Drücken oder Walzen gezogen, um Wulstsitze 9 für die Aufnahme der Reifenwülste und einen Felgenbogen 4 zu bilden. Die Zylinderinnenfläche des Fel­ genbodens 4, mit der der äußere Umfangsbereich 5 der Scheibe 3 ver­ schweißt werden soll, wird gebohrt, um darin eine zylindrische, ring­ förmige Fläche 4a zu bilden, mit der die Zylinderaußenfläche 5a des äußeren Umfangsbereichs 5 der Scheibe 3 (die später beschrieben wird) in einen ebenen, flächigen Kontakt gebracht werden kann. Selbst wenn daher der Felgenboden 4 im Schnitt zur Mittelachse gekrümmt ist oder während des Ziehvorgangs eine wellige Form erhält oder wenn die Ge­ nauigkeit der Kreisform der Felge erniedrigt worden ist, kann in der Zylinderinnenfläche des Felgenbodens 4 eine zur Drehachse parallele zylindrische Oberfläche gebildet werden.

Die Scheibe 3 wird durch Gießen, Warmpressen oder Druckgießen gebildet und besitzt eine Radnabe und Schraubbolzenlöcher, die mittels einer NC-Maschine hergestellt werden. Der äußere Umfangsbereich 5 der Scheibe 3 wird genau bearbeitet, so daß die Zylinderaußenfläche 5a zur Drehachse parallel ist.

Die Scheibe 3 wird an der Felge 2 folgendermaßen sicher befestigt: Der äußere Umfangsbereich 5 der Scheibe 3 wird in den Felgenboden 4 eingepaßt, woraufhin das Radnabenbefestigungsende des äußeren Um­ fangsbereichs 5 mit der Zylinderinnenfläche des Felgenbodens 4 ver­ schweißt wird. Da in der Zylinderinnenfläche des Felgenbodens 4 die ringförmige Fläche 4a ausgebildet worden ist, werden bei diesem Schweißvorgang keine keilförmigen Lücken zwischen der Zylinderau­ ßenfläche 5a und der ringförmigen Fläche 4a gebildet. Da außerdem die Zylinderinnenfläche des Felgenbodens, die bei einem herkömmli­ chen Fahrzeugrad - wie in Fig. 5 gezeigt - während des Ziehvorgangs eine wellige Form erhalten kann, erfindungsgemäß so bearbeitet wird, daß sie im wesentlichen eben ist, wird die Scheibe 3 mit der Felge 2 so verschweißt, daß die ringförmige Fläche 4a mit der Zylinderaußenflä­ che 5a sicher in einem ebenen, flächigen Kontakt gehalten werden kann.

Wenn daher eine äußere Kraft auf das Fahrzeugrad 1 eine Beanspru­ chung ausübt, wird diese Beanspruchung nicht nur auf die Schweißnaht 6 im Verbindungsbereich zwischen der Felge 2 und der Scheibe 3 kon­ zentriert. Das heißt, daß sie über die gesamte Oberfläche des Verbin­ dungsbereichs der ringförmigen Fläche 4a und der Zylinderaußenfläche 5a verteilt wird, wodurch die mechanische Festigkeit des Verbindungs­ bereichs stark erhöht wird. Selbst wenn daher die Felge einen großen Durchmesser besitzt, können die Genauigkeit der Form des Rades und die Steifigkeit desselben verbessert werden.

In der obenbeschriebenen Ausführungsform ist die in der Zylinderin­ nenfläche der Felge gebildete ringförmige Oberfläche zur Drehachse im wesentlichen parallel; die Erfindung ist jedoch nicht darauf be­ schränkt. Die technische Lehre der Erfindung kann beispielsweise ebenso auf den Fall angewendet werden, bei dem die Außenfläche des äußeren Umfangsbereichs der Scheibe konisch ist. In diesem Fall kann die in der Zylinderinnenfläche der Felge gebildete ringförmige Ober­ fläche entsprechend der konischen Außenfläche des äußeren Umfangs­ bereichs der Scheibe ebenfalls konisch ausgebildet werden, so daß die ringförmige Fläche auch in diesem Fall sicher in einen ebenen, flächi­ gen Kontakt mit der äußeren konischen Fläche des äußeren Umfangsbe­ reichs der Scheibe gebracht werden kann.

In der obenbeschriebenen Ausführungsform wird die ringförmige Flä­ che durch eine maschinelle Bearbeitung gebildet; sie kann jedoch bei­ spielsweise auch durch Ziehschleifen der Zylinderinnenfläche der Felge durch ein Schleifmittel gebildet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugrad ist die Konfiguration der Felge nicht auf die obenbeschriebene Konfiguration beschränkt. Selbst­ verständlich können die Wulstsitze der Felge sowie der Felgenboden Konfigurationen besitzen, die von der gezeigten verschiedenen sind.

In dem erfindungsgemäßen Fahrzeugrad wird die Felge durch Formen des Zylinders mittels Ziehens gebildet, wobei der Zylinder durch Bie­ gen einer expandierten Platte aus einer Aluminiumlegierung und durch Verbinden der beiden Enden der so gebogenen Platte durch Schweißen gebildet wird und wobei die ringförmige Oberfläche in der Zylinderin­ nenfläche der Felge durch maschinelles Bearbeiten gebildet wird, so daß die ringförmige Oberfläche mit der Außenfläche des äußeren Um­ fangsbereichs der Scheibe in einen ebenen, flächigen Kontakt gebracht werden kann und die Scheibe mit der Felge so verschweißt wird, daß die ringförmige Oberfläche mit der Außenfläche des äußeren Umfangs­ bereichs der Scheibe in ebenem, flächigen Kontakt gehalten wird.

Wie oben beschrieben, wird die Scheibe mit der Felge so verschweißt, daß die Zylinderaußenfläche des äußeren Umfangsbereichs der Scheibe und die Zylinderinnenfläche der Felge in einem ebenen, flächigen Kontakt sicher gehalten werden. Selbst wenn daher eine äußere Kraft auf das Rad eine Beanspruchung ausübt, wird diese Beanspruchung nicht nur auf die Schweißnaht im Verbindungsbereich zwischen der Scheibe und der Felge konzentriert. Das heißt, daß diese Beanspru­ chung über den gesamten Verbindungsbereich zwischen der Scheibe und der Felge verteilt wird, so daß der Verbindungsbereich eine stark erhöhte mechanische Festigkeit besitzt. Ferner kann erfindungsgemäß ein Fahrzeugrad mit großem Felgendurchmesser mit hoher Genauigkeit geschaffen werden, wobei das Fahrzeugrad eine hohe Steifigkeit be­ sitzt.

Erfindungsgemäß kann daher ein zweiteiliges Fahrzeugrad geschaffen werden, das bei niedrigen Herstellungskosten eine hohe Steifigkeit be­ sitzt, wobei insbesondere der Verbindungsbereich zwischen der Felge und der Scheibe bei niedrigen Kosten hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit verbessert ist.

Claims (2)

1. Zweiteiliges Fahrzeugrad, mit
einer Felge (2) zum Halten eines Reifens (7); und
einer Scheibe (3) zum Anbringen des Rades (1) an einer Fahrzeugnabe;
wobei die Felge (2) und die Scheibe (3) als getrennte Bauteile hergestellt sind und ein äußerer Umfangsbereich (5) der Scheibe (3) mit einer Zylinderinnenfläche (4) der Felge (2) verschweißt ist; und
wobei die Felge (2) durch Formen eines Zylinders durch Zie­ hen gebildet wird und der Zylinder durch Biegen einer expandierten Platte aus einer Aluminiumlegierung und durch Verbinden der beiden Enden durch Schweißen hergestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Zylinderinnenfläche (4) der Felge (2) durch maschinel­ les Bearbeiten eine ringförmige Oberfläche (4a) gebildet ist, so daß die ringförmige Oberfläche (4a) mit einer Außenfläche (5a) des äußeren Umfangsbereichs (5) der Scheibe (3) in einen ebenen, flächigen Kon­ takt gebracht wird; und
die Scheibe (3) mit der Felge (2) so verschweißt ist, daß die ringförmige Oberfläche (4a) mit der Außenfläche (5a) des äußeren Um­ fangsbereichs (5) der Scheibe (3) in einem ebenen, flächigen Kontakt ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines zweiteiligen Fahrzeugrades gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bilden einer Felge (2) durch Formen eines Zylinders durch Ziehen, wobei der Zylinder durch Biegen einer expandierten Platte aus einer Aluminiumlegierung und durch Verbinden der beiden Enden der­ selben durch Schweißen gebildet wird;
Bilden einer ringförmigen Oberfläche (4a) in einer Zylinde­ rinnenfläche (4) der Felge (2) durch maschinelles Bearbeiten, so daß die ringförmige Oberfläche (4a) mit einer Außenfläche (5a) eines äuße­ ren Umfangsbereichs (5) einer Scheibe (3) in einen ebenen, flächigen Kontakt gebracht wird; und
Verschweißen der Scheibe (3) mit der Felge (2), indem die ringförmige Oberfläche (4a) mit der Außenfläche (5a) des äußeren Um­ fangsbereichs (5) der Scheibe (3) in einem ebenen, flächigen Kontakt gehalten wird.