EP0184719A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von Fahrzeugrädern aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von Fahrzeugrädern aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a method for improving the dynamic strength of wheel disks of vehicle wheels made of hardenable aluminum alloys as well as a device for carrying out the method.
- Aluminum wheels for vehicles have a number of positive properties compared to conventional steel wheels. So they have a lower weight, better dissipate the heat that arises when braking, are better balanced and have an appealing appearance. Therefore, the proliferation of aluminum wheels is increasing, both for people and for commercial vehicles, the latter especially in the United States.
- the fatigue strength of aluminum therefore largely determines the dimensions and thus the weight of the wheel. To a certain extent, the fatigue strength can be increased by using suitable alloys; however, the profit is often only small.
- the wheel disc is made from a material that is about twice as strong as that of the rim.
- the thickness of the wheel disc is within a range of 7-14 m.
- the cooling after solution annealing from about 550 ° C to room temperature causes a relatively large heat shrinkage during the cooling. If this cooling is done in an uncontrolled manner, significant stresses can occur as a result of a non-uniform cooling rate. These tensions add up to the dynamic loads to which the wheel is normally subjected.
- the object of the present invention is to reduce the wall thickness of wheel disks for vehicles made of hardenable aluminum alloys and thus their weight without accepting a reduction in the dynamic strength.
- the method according to the invention is characterized in that, after solution annealing, the wheel disc is cooled faster in a central area than in the peripheral areas. This ensures that there is a temperature gradient between the central region and the rim, so that static compressive stresses arise in the part of the wheel in which the above-mentioned fatigue stresses occur.
- 1 denotes a wheel which is to be cooled in a controlled manner.
- the wheel 1 is cooled from approximately 550 ° C. to room temperature after the shaping and after the solution annealing with the help of the nozzles 2, 3 and 4, from which cooling water is sprayed.
- Further Devices such as devices for holding the wheel and the nozzle and for supplying cooling water are not shown.
- the cooling water emerging from the nozzle 2 is guided such that it first strikes the central region of the wheel. Subsequently, a larger part of the wheel is gradually seized by the cooling water - until finally the rim is sprayed with the help of nozzles 3 and 4.
- the inner area of the wheel is sprayed from the nozzle 2. After five seconds, another area of the wheel is caught by the deterrent. Finally, after a further five seconds, the rim is sprayed from nozzles 3 and 4.
- the entire wheel has cooled to room temperature, that is to say has been completely quenched, and can be removed from the device.
- the special feature of a satisfactory cooling is that there is a temperature gradient between the central part of the disc and the rim, which has the highest temperature, during the cooling process. In this way, compressive stresses arise in the disc in both the tangential and radial directions. In special cases, this process can cause compressive stresses of a size that corresponds to the dimensional stability.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der dynamischen Festigkeit von Radscheiben von Fahrzeugrädern aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß werden die Räder nach dem Lösungsglühen in einem mittleren Bereich schneller als in den Randbereichen abgekühlt. Vorzugsweise wird die Radscheibe dazu mit einem Kühlmittel besprüht. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Achse des Rades eine Sprühvorrichtung angeordnet, welche zur Kühlung des inneren Bereiches des Rades vorgesehen ist. Weitere Sprühvorrichtungen sind zur Kühlung des äußeren Bereiches des Rades am Umfang des Rades angeordnet.
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 Personenals 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", Seite 206 bis 208 beschrieben ist.
- Auch die Anwendung des Lösungsglühens an Radfelgen wurde bereits in US-PS 3,172,787 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 Stärke der Radscheibe innerhalb eines Bereiches von 7-14 m 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 auftrten. 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 oben erwähnten 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 de Rades auftrifft. In der Folge wird dann nach und nach ein größerer Teil des Rades vom Kühlwas--pr 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 5 1/2 "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 und4 besprüht.
- 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.
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.
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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