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Dokumentenidentifikation DE69612263T2 31.10.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0778093
Titel Kraftfahrzeugrad
Anmelder Sollac S.A., Puteaux, FR
Erfinder Marron, Guy, 13120 Gardanne, FR;
Murru, Patrick, 13500 Martigues, FR
Vertreter Haft, von Puttkamer, Berngruber, Czybulka, 81669 München
DE-Aktenzeichen 69612263
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 15.11.1996
EP-Aktenzeichen 964024475
EP-Offenlegungsdatum 11.06.1997
EP date of grant 28.03.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2001
IPC-Hauptklasse B21D 53/26

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugrad, das einen Radkörper und eine im wesentlichen zylindrische Felge aufweist, wobei der Radkörper aus einem im wesentlichen ebenen Mittenabschnitt mit einer Anlagefläche besteht zur Zentrierung und Befestigung des Rades an einer Achsnabe des Fahrzeugs, aus einer im wesentlichen konischen inneren Rampe besteht, einer weiteren entgegengesetzt konischen Rampe besteht, die zusammen mit der inneren Rampe einen konturierten Vorsprung mit großem Krümmungsradius bildet, wobei das entgegengesetzt konische Teil, das den rückwärtigen Teil des konturierten Vorsprungs darstellt, als Randstück endet, das der Verbindung des Radkörpers mit der Felge dient, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rades nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Die Einzelteile eines Kraftfahrzeugrades werden im allgemeinen durch Tiefziehen und/oder Rolldrücken einer homogenen Blechscheibe hergestellt.

Die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge führen schließlich zu einem Profil des Radkörpers, das im allgemeinen aus fünf konzentrischen kreisförmigen Bereichen besteht, nämlich:

- den Mittenabschnitt, der zur Befestigung des Rades an der Achsnabe des Fahrzeugs dient,

- die innere konische Rampe, die den Mittenabschnitt mit dem höchsten Punkt des Rades verbindet, der ein konturierter Vorsprung ist,

- der konturierte Vorsprung, der einen großen Krümmungsradius aufweist,

- das rückwärtige Teil des konturierten Vorsprungs, in dem gewichtsvermindernde Öffnungen vorgesehen sind,

- das Randstück des rückwärtigen Teils, das im allgemeinen zur Verbindung des Radkörpers mit der Felge dient.

Das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Radkörpers aus einer einzigen homogenen Blechscheibe weist noch den Hauptnachteil auf, dass die Dicken nicht wunschgemäß verteilt werden können. Dies bedeutet, dass es nicht möglich ist, physikalische und mechanische Besonderheiten in den verschiedenen Bereichen auszubilden, beispielsweise in den am stärksten belasteten Bereichen oder auch Wanddickenverringerungen in Bereichen geringerer mechanischer Belastungen vorzusehen. Wird das Rad mechanisch analysiert, so erkennt man, dass während des Einsatzes der am stärksten belastete Bereich des Radkörpers der konturierte Vorsprung ist und der am wenigsten belastete Bereich des Radkörpers das Randstück ist. Um an bestimmten Stellen eine minimal zulässige Dicke vorzusehen, ist das Blech in seiner Dicke überdimensioniert, da örtliche Abtragungen berücksichtigt werden müssen durch die Formgebung der Blechscheibe.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Gewichtsverminderung des Rades zu gewährleisten durch örtliches Optimieren der mechanischen Eigenschaften sowie der Dicken des Radkörpers als Funktion der Beanspruchungen der verschiedenen Bereiche des Rades. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Rad erreicht, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rades ist im Anspruch 4 angegeben.

Die Erfindung wird besser verstanden im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren eines Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein herkömmliches Kraftfahrzeugrad zur Darstellung der Einzelteile des Rades;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Blechscheibe vor dem Schweißvorgang und

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rad 1 für ein Kraftfahrzeug mit, wie aus Fig. 1 hervorgeht, einem Radkörper 2 und einer im wesentlichen zylindrischen Felge 3, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rades. Der Radkörper 2 besteht einerseits aus einem im wesentlichen ebenen Mittenabschnitt 4 mit einer Anlagefläche 5 zur Zentrierung und Befestigung des Rades 1 an einer Achsnabe, aus einer inneren im wesentlichen konischen Rampe 6, die mit einem anderen entgegengesetzt konischen Abschnitt 7 verbunden ist, der zusammen mit der Rampe 6 einen konturierten Vorsprung 8 mit großem Krümmungsradius bildet, wobei der Abschnitt entgegengesetzter Konizität 7, der den hinteren Abschnitt des Vorsprungs 8 bildet, in einem Randstück 9 endet. Das Randstück 9 dient zur Verbindung des Radkörpers 2 mit der Felge 3. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rades ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Radkörpers 2 des Rades 1:

- wenigstens zwei Ringe aus Blechen unterschiedlicher Dicke und/oder mechanischer Eigenschaften ausgeschnitten werden, wobei die Ringe konzentrisch aneinander angepaßt sind,

- durch Schweißen der Ränder wenigstens zwei ebene konzentrische Ringe miteinander verbunden werden, um eine zusammengesetzte Blechscheibe 13 zu bilden,

- die Blechscheibe 13, die aus wenigstens zwei miteinander verschweißten Ringen besteht, derart verformt wird, dass die verschiedenen Teile des Radkörpers 2 angepaßt werden, unter Berücksichtigung der Ringe und ihrer Eigenschaften hinsichtlich der auf das Rad 1 einwirkenden Belastungskräfte.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Scheibe 3 aus drei ebenen Ringen 10, 11, 12, die ausgeschnitten, aneinander angepaßt und beispielsweise entlang ihrer Ränder miteinander verschweißt werden.

Im Prinzip besteht die Erfindung in der Verwendung einer Blechscheibe mit Dickenvariationen und/oder Variationen der mechanischen Eigenschaften an bestimmten Stellen, um nach der Verformung des Radkörpers optimierte Dickenbereiche bezüglich der auf das Rad während des Einsatzes einwirkenden Belastung zu erhalten. Zu diesem Zweck werden Ringe aus Blechen unterschiedlicher Dicken und/oder unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften verwendet, wobei die Ringe beispielsweise miteinander verbunden sind über eine Verschweißung mittels Laserstrahl oder durch andere Anordnungen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Ring 10 dem Mittenabschnitt 4 des Radkörpers 2 mit der Anlagefläche 5, wobei in diesem Abschnitt Öffnungen 15 vorgesehen sind zur Befestigung des Rades 1 an einer Achsnabe.

Der Ring 11 befindet sich in demjenigen Abschnitt, in dem der konturierte Vorsprung 8 des Rades angeordnet ist, wobei dieser Bereich besonders kritisch hinsichtlich mechanischer Ermüdung ist.

Der Ring 12 entspricht dem rückwärtigen Teil 7 des konturierten Vorsprungs 8 und des Randstücks 9 zur Verbindung mit der Felge 3.

Die Eigenschaften dieser drei Ringe sind wie folgt festgelegt: Der Ring 10 muß eine gute Eignung aufweisen hinsichtlich Verformung, Bördelrandausbildung und Öffnungsaufweitung zur Herstellung des Verbindungsradius mit der inneren Rampe 6 des konturierten Vorsprungs 8 und für die Ausbildung der Befestigungsöffnungen 15.

Der Ring 11 muß eine gute Widerstandsfestigkeit gegen Ermüdung und Beschädigung aufweisen. Er wird bei der Herstellung der zusammengesetzten Scheibe vorzugsweise derart angeordnet, dass er den konturierten Vorsprung 8 bildet.

Der Ring 12 ist gut geeignet für eine Querschnittsverminderung und weist einen hohen Widerstand gegen Kerbverformung auf sowie gute Eigenschaften für das Verschweißen. Er bildet vorzugsweise den Umfangsabschnitt der zusammengesetzten Blechscheibe.

Die Wahl der Eigenschaften Zusammensetzung und/oder Dicke eines jeden Ringes wird als Funktion von Ermüdungsfunktionen ermittelt. Sie hängt von der Art der Umformung ab. So ist z. B. in einem Bereich mit erheblicher Stüsselgesenkeinwirkung es vorteilhaft, wenn der entsprechende Ring das Kriterium der guten Stanzbarkeit erfüllt.

Es erscheint möglich, dass der Außenring 12 des erfindungsgemäßen Radkörpers eine relativ geringe Dicke aufweisen kann oder verringerte mechanische Eigenschaften. Er muß aus einem schweißbaren Material bestehen.

Der Ring 11 zur Ausbildung des konturierten Vorsprungs 8 muß aus einem Stahlblech mit besonders guten mechanischen Eigenschaften bestehen und sich ganz allgemein für das Ziehverfahren eignen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rades mit einem Radkörper, der aus drei Ringen 10, 11, 12 zusammengesetzt ist, die randweise miteinander verschweißt sind, wobei die Verbindungen durch Schweißnähte 16 bezeichnet sind.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften der drei Ringe hinsichtlich der metallurgischen Zusammensetzung und hinsichtlich der Dicke für vier Ausführungsbeispiele des Rades. Die Stahlzusammensetzungen sind derart gewählt, dass sie den Anforderungen an die Verformbarkeit sowie die dynamische und statische mechanische Widerstandsfähigkeit hinsichtlich eines jeden Radabschnitts entsprechen.

Die gewählten Dicken entsprechen einer Optimierung der Radmasse hinsichtlich der Kriterien der Beanspruchung und der maximal zulässigen Ermüdung.

Als Bezugsrad wurde ein industriell hergestelltes herkömmliches Rad verwendet. Der Radkörper wird hergestellt ausgehend von einer Blechscheibe der Bezeichnung E 24 mit einer Dicke von 3,9 mm.

In diesen Beispielen können die Ringe aus Stählen höherer mechanischer Eigenschaften gefertigt sein, wodurch eine Gewichtsverminderung des Rades erzielt wird.

Tabelle 1

Die nachfolgende Tabelle 2 enthält die Massen der Räder für jedes der Ausführungsbeispiele sowie die Massenverringerung in Prozent im Vergleich mit dem Bezugsrad.

Tabelle 2

Das erfindungsgemäße Rad weist im Bereich des Radkörpers Dicken aufgrund der unterschiedlichen Bleche auf, die in optimaler Weise entsprechend den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Stahles für das Blech und des Bleches selbst verteilt sind hinsichtlich der durch die Belastung des Rades während seines Betriebes auftretenden Beanspruchungen.


Anspruch[de]

1. Rad für ein Motorfahrzeug, das einen Radkörper und eine im wesentlichen zylindrische Felge aufweist, wobei der Radkörper aus einem im wesentlichen ebenen Mittenabschnitt mit einer Anlagefläche besteht zur Zentrierung und Befestigung des Rades an einer Achsnabe des Fahrzeugs, aus einer im wesentlichen konischen inneren Rampe besteht, aus einem weiteren entgegengesetzt konischen Teil besteht, das zusammen mit der inneren Rampe einen konturierten Vorsprung mit großem Krümmungsradius bildet, wobei das entgegengesetzt konische Teil als Randstück endet, das der Verbindung des Radkörpers mit der Felge dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkörper aus wenigstens zwei kreisförmigen Teilen unterschiedlichen Aufbaus hinsichtlich der Dicke und und/oder der mechanischen Eigenschaften besteht, die konzentrisch zueinander zusammengefügt sind.

2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Teile ebene Ringe sind, die miteinander verschweißt sind und danach durch Ziehen zum Radkörper verformt sind.

3. Rad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe durch eine Laser-Verschweißung miteinander verbunden sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Rades für ein Motorfahrzeug nach Ansprüchen 1 bis 3, das einen Radkörper und eine im wesentlichen zylindrische Felge aufweist, wobei der Radkörper aus einem im wesentlichen ebenen Mittenabschnitt mit einer Anlagefläche besteht zur Zentrierung und Befestigung des Rades an der Achsnabe, aus einer im wesentlichen konischen inneren Rampe besteht, aus einem weiteren entgegengesetzt konischen Teil besteht, das zusammen mit der inneren Rampe einen konturierten Vorsprung mit großem Krümmungsradius bildet, wobei das entgegengesetzt konische Teil in einem Randstück endet, das der Verbindung des Radkörpers mit der Felge dient, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Radkörpers:

- wenigstens zwei Ringe aus unterschiedlichen Blechen hinsichtlich der Dicken und/oder der mechanischen Eigenschaften ausgeschnitten werden, wobei die Ringe konzentrisch zueinander angepaßt sind,

- durch Randverschweißung wenigstens zwei ebene konzentrische Ringe miteinander verbunden werden, um eine Blechscheibe zu bilden,

- die aus wenigstens zwei miteinander verschweißten Ringen zusammengesetzte Blechscheibe derart verformt wird, dass die verschiedenen Abschnitte des Radkörpers unter Berücksichtigung der Ringe und ihrer Eigenschaften an die bei Belastung des Rades auftretenden Beanspruchungen angepaßt werden.







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