DE2608806A1 - Radkoerper mit nabe und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

DIETRICH LEWINSKY

HEiNZ-JOACHiH KUSi=R

REINER PRIETSCH

MÖNCHE N 2 1 2.3.1976

GOTTHARDSTR. 81 8665-lV/He

Lester Tire Company, Cannon Road 26881, Bedford Heights, Ohio 44146 (V.St.A.)

"Radkörper mit Nabe und Verfahren zu seiner Herstellung"

Prioritäten vom 3· März 1975 und vom 14. Januar 1976 aus den USA-Patentanmeldungen 555 052 und 648 954

Seit jeher sind praktisch alle handelsüblichen Motorräder mit Drahtspeichenrädern ausgerüstet, die relativ geringes Gewicht haben und für den normalen Betrieb des Motorrades angemessene Festigkeit und Elastizität bieten.

Drahtspeichenräder haben jedoch bestimmte Nachteile, so die Notwendigkeit, einen Schlauch zu versenden, die Notwendigkeit eines periodischen Nachziehens der Speichen, um die Fahrsicherheit des Motorrades nicht zu gefährden, den Verschleiß des Schlauches und die Gefahr eines Durchstoßens des Schlauches durch den Kopf einer gebrochenen Speiche.

Darüber hinaus haben Speichenräder eine konstruktionsbedingte Schwäche, wenn sie starken Stößen ausgesetzt sind, wie sie beim überfahren von Schlaglöchern, Steinen od. dergl. auftreten. Obwohl DrahtSpeichen Zugkräfte gut aufnehmen, die in den Seiten des Rades außerhalb der Stelle, auf die der Stoß wirkt, auftreten, sind sie schlecht in der Lage, Druckkräfte aufzunehmen und bieten daher keine ausreichende radiale Abstützung der Felge

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in den Punkten des Felgenumfanges, die starken Stoßen ausgesetzt sind. Wenn das Motorrad bei hohen Geschwindigkeiten in die Kurve gelegt wird, werden die Felgen von Drahtspeichenrädern besonders stark beansprucht und neigen dazu, sich relativ zu der neutralen Achse der Felge zu verdrehen. Das Verwinden der Felgen, das Brechen von Felgen längs in Umfangsrichtung

und verlaufender Bruchlinien und das uberdehnen/sich Lockern von Speichen sind allgemein bekannte, unter starker Beanspruchung auftretende Erscheinungen, die den Ausgangspunkt für die mit vorliegender Erfindung angestrebte Herstellung verbesserter Motorradräder darstellen.

Geht man von der DrahtSpeichenkonstruktion des Radkörpers für Motorräder ab, so muß niedriges Gewicht durch Verwendung von Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium oder Legierungen hiervon erreicht werden. Im Rahmen der Erfindung wird davon ausgegangen, daß es aus fertigungstechnischen Gründen am zweckmäßigsten ist, die Radkörper als Gußstücke herzustellen. Es ist bekannt, daß viele Versuche unternommen wurden, Motorradräder in Form von Leichtmetallgußstücken herzustellen. Diese Versuche waren ganz allgemein erfolglos, insbesondere soweit sie Radkörper für mittlere und schwere Motorräder betrafen. Eine unüberwindbare Schwierigkeit in der Herstellung von Rädern als einstückiges Gußteil, der möglicherweise dem Radaufbau selbst zuzuschreiben ist, liegt darin, daß dann, wenn die Nabenstücke im Gußergebnis gut sind, die Felgen häufig porös sind und daß dann, wenn die Gießtechnik so geändert wird, daß gute Felgen entstehen, die Nabenstücke porös sind.

Poröses Metall besitzt geringe Festigkeit und neigt zum Brechen oder Nachgeben in den hochbeanspruchten Bereichen der Felge oder in den Teilen der Nabe, die Lagerlaufringe u. dergl. aufnehmen. Poröses Metall ist darüber hinaus für Felgen von Rädern ungeeignet, die mit schlauchlosen Reifen verwendet werden sollen,

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da die normalerweise zur Versiegelung von Felgenoberflächen verwendeten Mittel diese Art von Porösität nicht dicht versiegeln. Darüber hinaus kann eine poröse Struktur auch in keinem Teil des Rades zugelassen werden, der mit einem Gewinde zur Aufnahme von Stehbiolzen oder anderen Gewindeelementen versehen werden muß.

Eine andere Schwierigkeit, die bei Rädern auftritt , die als einstückiges Gußteil hergestellt werden, besteht in dem unvermeidbaren Auftreten von Schrumpfbrüchen, die vermutlich darauf zurückzuführen sind, daß der Nabenteil stärker schrumpft als der Felgenteil.

Dennoch besteht ein erhebliches Interesse, Motorräder mit Rädern auszustatten, die aus Leichtmetallguß bestehen, da ein erhebliches Bedürfnis zur Verminderung der ungefederten Massen von Motorrädern vorliegt. Beispielsweise kann ein aus einer Aluminiumlegierung gegossener Radkörper nach der Erfindung beträchtlich leichter sein als ein Drahtspeichenrad für dieselbe Reifengröße und gestattet außerdem die Verwendung eines schlauchlosen Reifens. Der Verzicht auf den Schlauch führt zu einer weiteren Verminderung des Gesamtgewichtes des Rades von 10 bis 15%.

Ein weiteres Problem, das sich beim Gießen von Motorradradkörpern ergibt» ist der komplizierte Aufbau von vielen Hinterradnaben. Solche Naben müssen, wenn sie aus Leichtmetall bestehen, häufig Stahl- oder Graugußbüehsen enthalten, die zur Aufnahme von Teilen, wie Bremstrommeln und Lagerlaufringen dienen. Die meisten Hinterradnaben haben Ausnehmungen für Gummiausgleichsstücke. Einige Naben haben zapfenartige Ansätze, an denen Bremsscheiben befestigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leichtmetallradkörper für Motorräder zu schaffen, der üblichen Drahtspeichenrädern in der Festigkeit, in der Lebensdauer, in der Wartungsfreiheit und hinsichtlich Fertigungsaufwand und Gestehungskosten überlegen ist. ' . - 4 -

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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Radkörper für Motorräder so auszubilden, daß er nach modernen technologischen Verfahren gegossen werden kann, worunter insbesondere die Verwendung von permanenten Formen für das· Gießen von Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium und Legierungen hiervon und die Verwendung eines Gießereiverfahrens verstanden werden, das die Benützung von schweißbaren Leichtmetallen und Legierungen für das Gießen von Rädern erlaubt .

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das Gießen von Motorradradkörpern anzugeben, das die Bildung von Porositäten im Guß vermeidet.

Darüber hinaus ist auch angestrebt, ein Radgußteil zu schaffen, das eine mittlere Öffnung mit einer standardisierten Abmessung hat, diejgeeignet für die Aufnahme einer Anzahl von Nabenkörpern ist, um zu erreichen, daß ein Standardradgießteil mit Nabenkörpern standardisierter äußerer Abmessungen, die jedoch hinsichtlich der Bremsenauslegung, der Antriebsverbindung u. dergl. verschieden sein können, verbindbar ist.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Radkörper mit solchem Aufbau zu schaffen, daß sich die Kosten für die Formen durch die Verwendung eines Standardradgießtteils in Verbindung mit einem Sortiment von Nabenkörpern verringern, da dadurch die Notwendigkeit der Bereithaltung einer entsprechend großen Anzahl vollständiger Radkörperformen entfällt.

Schließlich soll der Radkörper nach der Erfindung auch noch so ausgelegt werden, daß er nach Verfahren der Massenfertigung aus zwei austauschbaren Grundteilen zusammensetzbar ist und ansprechendes Äußeres besitzt.

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Bei Versuchen zur Lösung dieser Aufgaben wurde gefunden, daß es nicht möglich ist, einen Sadgußkörper aus schweißbaren Aluminium- und Magnesiumlegierungen rund zu gießen, wenn die Nabenöffnung des Rades weniger als etwa 10 cm Durchmesser besitzt.

Die daraufhin gefundene Lösung der vorstehend genannten Aufgaben ist in den Patentansprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist ein Radkörper mit Nabe nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen, deren Einzelheiten und Teilen der Gießform schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Pig. I eine perspektivische Darstellung eines Teiles eines Radkörpers mit Nabe in einer ersten Ausführungsform, d.h. mit Speichen in einer gemeinsamen, rechtwinklig zur Radkörperachse verlaufenden Durchmesserebene,

Fig. 2 einen Querschnitt des Radkörpers nach Fig. 1 in einer Durchmesserebene,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Speiche längs der Linie HI-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Radkörpers mit versetzt oder gestaffelt angeordneten Speichen,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Rad der Fig. 4 in einer Durchmesserebene,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Speiche längs der Linie VI-IV in Fig. 4,

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Pig. 7 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Form, die zwei Speichen des Radkörpers nach Pig. I enthält, gesehen in einer zur Radachse konzentrischen Zylinderfläche,

Fig. 8 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Form, die einige Speichen des Radkörpers nach Fig. 4 enthält, gesehen in einer zur Achse des Radkörpers konzentrischen Zylinderfläche,

Fig. 9 einen Teil eines Schnittes längs der Linie IX-IX in Fig.11 durch den Hinterrad-Nabenkörpers eines Motorrades in Verbindung mit einem Radgußteil der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführung,

Fig.10 eine Seitenansicht des Nabenkörpers nach Fig. 9, von rechts gesehen,

Fig.11 eine Seitenansicht des Nabenkörpers nach Fig. 9 von links gesehen,

Fig.12 einen Teil eines Querschnittes längs einer Durchmesserebene durch ein Vorderrad eines Motorrades mit einem Nabenkörper, der in einem Radgußteil der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art aufgenommen ist und

Fig.13 einen Teil eines Querschnittes längs einer Durchmesserebene einer abgeänderten Ausführungsform eines Vorderrades eines Motorrades mit einem Nabenkörper, der in einem Radgußteil der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art aufgenommen ist.

Erste Ausführungsform:

Die Fig. 1, 2, 3 und 7 beziehen sich auf einen der beiden Be-

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standteile des hier beschriebenen Radkörpers mit Nabe, nämlich auf ein Radgußteil 5. Das Radgußteil 5 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet;, und bei Verwendung als Radkörper für ein Motorrad vorteilhaft aus Leichtmetall wie Aluminium, Magnesium oder Legierungen hieraus in einer bleibenden Form oder im Spritzgießverfahren gegossen. Für weniger starke Beanspruchungen können Radgußteile mit der Form des Radgußteiles 5 aus gießbaren Kunststoffen einschließlich verstärkten Kunststoffen nach bekannten Gießverfahren hergestellt werden.

Das Radgußteil 5 umfaßt eine Felge 6, einen Nabenring 7 und Speichen 8. Die Speichen sind einstückig sowohl mit dem Nabenring als auch mit der Felge. Die Felge 6 umfaßt Seitenwände 11, 12, die durch eine Mittelwand 14 verbunden sind. Wie dargestellt, sind die Seitenwände spiegelgleich, wobei jede derselben eine nach außen weisende Seitenfläche besitzt, die in Bereiche 15,

16 unterschiedlichen Achsabstands unterteilt ist, welche über zumindest überwiegende Teile des ümfanges der Felge durch eine kreisförmige Nut oder eine Anzahl von gebogenen Nutabschnitten

17 getrennt sind. Wie dargestellt, liegen die Bereiche 15» 16 der Seitenfläche im wesentlichen in entsprechenden Radialebenen der Felge senkrecht zu der RadachseJN-N und erstrecken sich im wesentlichen über die volle radiale Breite der Jeweiligen Seitenwände. Es zeigt/, aaß die Nutenausbildung der Felgenseitenflächen beträchtlich zur Festigkeit und Lebensdauer des gesamten Rades dadurch beiträgt, daß Spannungskonzentrationen abgebaut werden, die gewöhnlich in der Mittelwand 14 im Bereich zwischen den Seitenwänden und den Speichen auftreten. Die mit Nuten versehene Seitenwand trägt außerdem bedeutend zur Gestaltfestigkeit der Felge im Bereich zwischen benachbarten Speichen bei und führt dazu, daß Verbiegungen der Felge im Bereich der Seitenwände 11, 12 außerordentlich selten sind.

Die Nut 17 ist im Bereich der Einmündung der Speichen in die Felge durch Vollstücke 18 unterbrochen. Die Vollstücke 18

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- 8 sind zweckmäßig als Ansatzpunkte für Formausstoßerzapfen.

Die radiale Außenfläche der Mittelwand 14 der Felge hat im . Querschnitt den üblichen Verlauf ähnlich dem Umriß des unteren Teiles eines Tropfens, um das Abziehen von Luftreifen zu ermöglichen. Die Felge besitzt einen nach innen weisenden Ansatz 21 mit einem Loch 22, durch das normalerweise ein Ventil eingedrückt werden kann. Die Seitenwände und die Mittelwand der Felge sind luftundurchlässig. Bei in die öffnung 22 eingesetztem Ventil und montiertem Luftreifen, dessen Wulste sich in luftdichter Berührung mit den Innenflächen der Seitenwände 11 und 12 befinden, hält der auf der Felge sitzende Reifen die Luft ohne Verwendung eines Schlauches, was für die Räder von Motorrädern eine erhebliche Neuerung darstellt.

Die Speichen 8 besitzen, wie der Querschnitt der Fig. 3 zeigt, ein I-Profil, das sich im Querschnitt über ihre volle Länge nach außen von dem Nabenring 7 zu der Felge 6 verjüngt.oder abnimmt. Wie Fig. 3 zeigt, liegen die Speichen in Radialebenen M-M, die parallel zur Achse N-N sind und diese enthalten. Das I-Profil der Speichen trägt erheblich zur Festigkeit des hier beschriebenen Radkörpers bei, die erheblich größer als die der bekannten Drahtspeichenräder ist. Aus Fig. 3 geht hervor, daß die Speichen 8 "konisch" in bezuglauf eine Formtrennlinie P-P sind. Der Ausdruck "Formtrennlinie" bezieht sich auf eine Ebene oder Fläche, längs derer zwei aneinander grenzende Formteile oder Hälften auseinandergefahren oder geöffnet werden können. Das öffnen der Formen wird dadurch erleichtert, daß alle Teile eines Gusses so ausgelegt sind, daß die gegossenen Oberflächen eine Mindestschräge in bezug auf die Formentrennrichtung aufweisen, so daß sich die Form bereits bei der geringsten Verschiebung ihrer Teile längs der Trennlinie oder Trennebene von dem Gußstück trennt. Diese Mindestschräge wird ' gewöhnlich als Aushebeschräge bezeichnet und ist ein wich-

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tiges Merkmal der Radkörper der hier beschriebenen Art. Unter diesem Gesichtspunkt verjüngen sich die Planschteile 25, 26, 27j 28 in einer von ihrem Verbindungssteg 29 wegführenden Richtung, durch den die Trennlinie oder Trennebene P-P verläuft. Dies gilt ebenfalls für die Felge 6 längs ihrer Flächen 31, 32 und längs der Außenflächen 33 ₃ 34 des Nabenringes 7· Die Innenfläche 35 des Nabenringes, die strichpunktiert gezeichnet ist, wird normalerweise mit Aushebeschräge gegossen und dann abgedreht und/oder geschliffen, um die fertige zylindrische Fläche 36 zu erhalten.

Die Art der Herstellung des Radgußteiles wird weiter veranschaulicht durch Fig. 7, die einen Querschnitt durch eine Form und benachbarte Speichen eines Radgußteiles 5 gemäß einer rotationssymmetrischen Ebene in bezug auf die Achse N-N zeigt. Die Form 4l umfaßt Formhälften 42, 43, die längs der Trennlinie P-P trennbar sind. Aus der Figur ist die Aushebeschräge in bezug auf die Trennlinie ersichtlich. Wie ohne weiteres verständlich, können die eingetieften Flächen der Felge 6 nicht Teil der Formhälften 42, 43 sein. Eine Anzahl von Kernstücken, die diese eingetiefte Fläche der Felge festlegen, wird in die Formkammer eingelegt, bevor die Formteile 42, 43 in die Gießstellung gebracht werden; die Kernstücke lösen sich leicht von dem Radgußteil nach dem Gießen. Die eingetiefte Fläche der Felge und die Innenfläche des Nabenringes des Gußstücks werden durch maschinelle Bearbeitung auf die exaykten, benötigten Abmessungen gebracht. Aus Gründen des besseren Aussehens können die Seitenflächen der Felge und die Ränder der Speichenflansche maschinell geschliffen und gegebenenfalls poliert werden.

Zweite Ausführungsform:

Die Fig. 4, 5, 6 und 8 beziehen sich auf ein Radgußteil 50, bei welchem die Speichen 5I₃ 52 einstückig mit einer Felge 54 und einem Nabenring 55 sind. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Radgußteil 50 und dem zuvor beschriebenen Radgußteil 5 ist

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die Anordnung der Speichen. Das Radgußteil 50 besitzt einen Satz mit vier Speichen 51 in winkelmäßig versetzter Stellung in bezug auf einen anderen Satz mit ebenfalls vier Speichen 52. Betrachtet man lediglich ihre Winkelstellung um die Drehachse S-S des Radkörpers herum, so sind die Speichen eines Satzes jeweils in der Mitte zwischen benachbarten Speichen des anderen Satzes angeordnet, wobei natürlich auch andere winkelmäßig versetzte Anordnungen möglich sind. Fig. 5 zeigt, daß die Felge 54 ebenfalls Muten in den nach außen gewandten Seitenflächen ihrer Seitenwände besitzt. Gemäß Fig. 4 ist die Nut kreisförmig geschlossen.

Die Speichen jedes Satzes liegen in einer konischen, rotationssymmetrischen Fläche, die sich radial von dem Felgenring 55 zu einer zur Achse senkrechten Mittelebene T-T des Radgußteiles erstrecken, und zwar konvergierend mit der rotationssymmetrischen, den anderen Speichensatz enthaltenden Ebene. Wie dargestellt, liegen die Übergänge der Speichen jedes Satzes in dem Nabenring 55 in axialem Abstand von der Ebene T-T, der größer ist, als der axiale Abstand ihrer Übergänge in die Felge 54. Die Speichen jedes Satzes münden kurz bevor sie die Ebene T-T schneiden in die Felge ein. Diese Anordnung führt zu einem extrem verformungsbeständigen, also steifen Radkörper, bei dem etwas schmälere Speichen verwendet werden können als bei einem Radkörper gleicher Größe, der ein Radgußteil 5 enthält und vergleichbaren Belastungen ausgesetzt ist.

Fig. 6 zeigt, daß jede der Speichen, beispielsweise die Speiche 51, symmetrisch in bezug auf eine Radialebene R-R ist, die parallel zur Drehachse S-S ist und diese enthält. Man kann also sagen, daß die Speichen sich in radialer Richtung erstrecken und in axialer Richtung in bezug auf die Mittelebene T-T geneigt sind. Außerdem ergibt sich aus Fig. 6, daß die Speichen 51, 52 !-Querschnitt haben, wobei der Steg der Speiche durch

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die Ebene R-R annähernd zweigeteilt wird und die Flächen der Plansche eine Aushebesehräge in bezugjauf eine Formtrennlinie besitzen.. Diese Anordnung wird noch besser verständlich aus Fig. 8, in der ein Teil eines Schnittes einer Form 61 dargestellt ist_s die Speichen 51, 52 des Radgußteiles umschließt. Der Querschnitt ist längs einer zur Achse S-S konzentrischen Zylinderebene geführt und auf die Zeichenebene plan projiziert. Die Form 6l umfaßt Formteile 62, 63, die längs einer gestuft verlaufenden Trennlinie 58 trennbar sind. Selbstverständlich zeigen Schnitte der Form und des Radgußteiles, die in verschiedenen Radien von der Achse S-S vorgenommen sind, andere Relativstellungen und Querschnitte der Speichen 51» 52 wegen der Konvergenz der rotationssymmetrischen Ebenen, in denen die Speichen enthalten sind und wegen der Verjüngung der Speichen.

Radgußteile in Verbindung mit Nabenkörpern

Fig. 9 zeigt das Radgußteil 50 der Fig. 4 bis 6 in Verbindung mit einem Nabenkörper 65, der für ein Kawasaki-Motorrad Modell 903 ausgelegt ist.

Fig. 10 zeigt eine Ansicht des Nabenkörpers der Fig. 9 von rechts, mit taschenartigen Ausnehmungen 66 unregelmäßigen Umrisses zur Aufnahme von elastischen Blöcken (nicht dargestellt) einer Mechanik (nicht dargestellt) zur Verbindung des Nabenkörpers mit dem Antrieb des Motorrades.

Fig. 11 zeigt eine Ansicht des Nabenkörpers der Fig. 9 von links, in welchem eine ringförmige Ausnehmung 67 zur Aufnahme einer Bremsvorrichtung ausgebildet ist. Auf einer inneren Trommelfläche 68 innerhalb der Ausnehmung ist ein Bremsband 69 angeordnet .

Der Nabenkörper 65 iöt mit einer geschliffenen oder polierten zylindrischen Außenfläche 71 hergestellt, die einen Festsitz

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oder Preßsitz mit der zylindrischen, geschliffenen oder polierten Innenfläche 72 des Radgußteiles 50 ergibt. Die Außenfläche 71 endet links gemäß Fig. 9 in einer Schulter 7¹J, die das Radgußteil auf der Nabe in axialer Richtung positioniert und festhält. Der Pestsitz richtet nicht nur die Lagerausnehmungen 78 und 79 exakt koaxial zu der Felge des Radgußteiles 50 aus sondern bietet darüber hinaus noch einen hohen Reibungswiderstand gegen relative Verdrehungen und relative axiale Verschiebungen von Radgußteil 50 und Nabenkörper 65. Der Festsitz dient außerdem zur Erzielung einer Vorspannung der Speichen des Radgußteiles 50j so wie dies auch der Luftdruck in einem auf der Felge des Radgußteiles 50 montierten Reifen tut. Bekanntlich besitzen in bleibenden Formen und nach Spritzgießverfahren hergestellte Gußstücke im allgemeinen eine größere Druckfestigkeit als Zugfestigkeit, so daß die hier vorgeschlagene Druckvorspannung die Zugspannungen^während des Gebrauches des vollständigen Radkörpers vermindert.

Das Radgußteil 50 und der Nabenkörper 65 sind außerdem gegen winkelmäßige oder axiale Verschiebung durch eine Schweißraupe 75 geschützt, die eine Stirnfläche des Nabenringes 55 des Radgußteiles 50 mit dem angrenzenden Teil der zylindrischen Außenfläche 71 des Nabenkörpers 65 verbindet. Vorzugsweise ist eine weitere Schweißraupe 75 am anderen Ende des Nabenringes 55 und der angrenzenden Schulter 7^ vorgesehen. Wie ohne weiteres ersichtlich, tritt im normalen Gebrauch des zusammengesetzten Radkörpers keinerlei Spannung in den Schweißraupen 75 auf, wohingegen relativen Drehungen und axialen Verschiebungen zufolge abnormal hoher Axial- und Torsionskräfte durch die Schweißraupen 75 Widerstand geleistet wird.

Der Nabenkörper 65 besitzt weiterhin eine sich axial erstreckende Kammer 77_s die Lagerausnehmungen 78, 79 aufweist, die zur Aufnahme und Lagerung einer Achse und deren Lager dienen, über

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die der die Teile 50 und 65 umfassende Radkörper an einem Fahrzeugrahmen befestigbar ist.

Fig. 9 zeigt, daß der Nabenring des Radgußteiles radial in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Bremsband 69 liegt und daher in sehr gutem Wärmeaustausch mit diesem steht. Das Radgußteil wirkt somit als Hitzespeicher und Kühlelement für die Abführung der Hitze aus der Bremsfläche des Nabenkörpers. Die Einzelheiten im Inneren des Nabenkörpers sind, abgesehen von den erwähnten Besonderheiten, von keinem besonderen Interesse in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1? und 13 verdeutlichen den Aufbau von Vorderradkörpern. Wie in Fig. 12 dargestellt, ist ein Vorderradnabenkörper 8l mit dem Radgußteil 5 vereinigt, wobei die geschliffene oder polierte zylindrische Außenfläche 82 durch Festsitz oder Preßsitz mit der zylindrischen, geschliffenen oder polierten Innenfläche 83 des Nabenringes des Radgußteiles 5 verbunden ist. Der Nabenkörper 8l besitzt außerdem eine Schulter 84, gegen die das Radgußteil anliegt. Die Teile 5 und 8l sind gegen axiale oder winkelmäßige Relativverschiebung durch eine Schweißraupe 85 gesichert. Wie in Fig. 9 hat die Schulter 84 vorzugsweise geringeren Durchmesser als der Nabenring 7 und letzterer kann mit seinem anderen Stirnende mit der Schulter 84 durch eine weitere Schweißraupe 85 verbunden sein. Eine Anzahl von angesenkten, sich axial erstreckenden Bohrungen 87 ist über einen Umfang verteilt angeordnet ₀ der konzentrisch zur Nabenachse verläuft, wobei die Bohrungen nicht dargestellte Bolzen aufnehmen, mittels derer eine Bremsscheibe oder eine andere Bremsvorrichtung auf der Fläche 88 anliegend befestigt wird.

Fig. 13 zeigt eine abgeänderte Ausfuhrungsform eines Radkörpers für ein Motorrad-Vorderrad, bestehend aus dem Radgußteil 5 und einem Nabenkörper 91 anderer Ausbildung. Wie bei den vorhergehenden Ausfuhrungsformen beschrieben, besitzen der Nabenkörper

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und der Radgußkörper zueinander im Sinne eines Pestsitzes passende Umfangsflächen 92 und 93· Zum Zusammenbau wird der Nabenkörper in den Radgußkörper bis in die richtige relatvie Lage eingepreßt, beispielsweise unter Verwendung einer Lehre. Das Radgußteil 5 wird vorzugsweise auf 11O°C oder mehr erhitzt, um den Nabenkörper 91 aufzunehmen. Nach dem Abkühlen ist der Radgußkörper 5 auf den Nabenkörper 91 aufgeschrumpft, wodurch das Radgußteil 5 und der Nabenkörper 91 reitschlüssfc gegen relative winkelmäßige und axiale Verschiebung verbunden sind. Anschließend werden die beiden Teile längs gegenüberliegender Kanten des Nabenringes durch Schweißraupen 95, 96 vereinigt, die die Nabenkörperfläche 92 und die Stirnränder des Radgußteils miteinander verbinden. Selbstverständlxch können die Radgußkörper anders als in Fig. 1 und 4 dargestellt und für nahezu jeden Zweck angepaßt ausgelegt sein.

Wie zuvor schon angegeben,besteht die bevorzugte Herstellungsmethode für die Radkörper nach dem vorliegenden Vorschlag darin, zunächst entsprechende Gußstücke aus schweißbaren Metallen herzustellen. Eine besonders gute Ergebnisse bei der Herstellung des Radgußteiles und des Nabenkörpers liefernde Aluminiumlegierung ist eine handelsübliche Legierung mit der Bezeichnung A 356 (von der Aluminium Manufacturers Association festgelegte Bezeichnun) bzw. mit der Bezeichnung SG7OB (von der American Society of Testing Materials festgesetzte Bezeichnung).

Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren besteht darin, zunächst das Radgußteil und den Nabenkörper als Gußstücke in permanenten oder wiederverwendbaren Metallformen zu erzeugen, wobei der Nabenring des Radgußteiles zur Aufnahme des Nabenkörpers geeignet ausgebildet ist. Die einander entsprechenden, später aufeinander aufliegenden Zylinderflächen dieser Teile besitzen mindestens einen Durchmesser von etwa 10 cm. Wiederverwendbare Formen führen zur gewünschten Oberflächengüte und Qualität der Gußstücke, die dann einem Wärmebehandlungsprogramm unterzogen werden, bei

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welchem sie zunächst für 12 Stunden auf 550° bis 62O°C für 12 Stunden erhitzt und dann in warmem Wasser abgeschreckt werden. Sie werden dann durch Kaltbearbeitung nachgearbeitet und formkorrigiert. Anschließend werden sie einer Wärmebehandlung durch Erhitzung auf etwa 175 C unterzogen und auf diese Temperatur 4 oder 5 Stunden lang gehalten, wonach man sie an der Luft abkühlen läßt.

Die Teile sind dann für die maschinelle Bearbeitung fertig. Unter Berücksichtigung des Massenmittelpunktes des Gußstückes wird das Radgußteil so eingespannt, daß sein Nabenring gebohrt und der innen liegende oder eingetiefte Teil der Felge konzentrisch dazu gedreht und/oder geschliffen wird. Die äußeren, seitlichen, planen Flächen der Felge werden entsprechend Ebenen senkrecht zur Drehachse des Radgußteiles bearbeitet. Die äußere Trommelfläche des Nabenkörpers wird auf einen Durchmesser gebracht, der bei Raumtemperatur etwas größer als der Innendurchmesser des Nabenringes des Radgußteiles ist. Außerdem werden die übrigen maschinellen Bearbeitungen beispielsweise für die Aufnahme von Lagerringen, einer Bremsscheibe, Stehbolzen u.s.w. vorgenommen.

Das Zusammenfügen der beiden Teile beginnt mit dem Erhitzen des Radgußteiles auf eine deutlich über der Raumtemperatur, also beispielsweise zwischen 110° und l40°C liegende Temperatur, wonach der Nabenkörper in das erhitzte Radgußteil eingesetzt wird, und beide Teile relativ zueinander in einer drehbaren Lehre oder Schablone einer Schweißmaschine ausgerichtet werden. Nach dem Abkühlen des Radgußteiles sind dieses und der Nabenkörper miteinander über einen Schrumpfsitz verbunden. Die Anordnung aus der Lehre und dem zusammengesetzten Radkörper wird dann gedreht, während gleichzeitig Schweißraupen unter Schutzgasatmosphäre oder sauerstoffreier Atmosphäre auf die kreisförmigen Endflächen des Nabenkörpers und die kreisförmigen Stirnflächen des*

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Nabenringes an den beiden gegenüberliegenden Enden des Nabenringes aufgebracht werden. Der Nabenkörper und das Radgußteil sind auf diese Weise auf der Schweißmaschine zu einem einstükkigen Radkörper verbunden worden.

Während es bei dem angetriebenen Hinterrad eines Motorrades zu bevorzugen ist, daß die aufeinanderpassenden Nabenflächen des Radgußteiles und des Nabenkörpers zylindrisch sind und in axialer Richtung unterbrechungsfrei aufeinander aufliegen, ist das nichtangetriebene Vorderrad weniger starken Beanspruchungen ausgesetzt und kann aus einem Radgußkörper hergestellt werden, bei dem die axialen Stirnflächen oder Stirnteile des Nabenringes, die auf einem Nabenkörper aufliegen, geringeren Durchmesser haben als eine dazwischenliegende Innenfläche von nicht weniger als etwa 3_a5 bis 4 cm, die nicht auf dem Nabenkörper aufliegt. Die zylindrischen Innenendflächen des Nabenringes haben dann ohne Einbeziehung der zugehörigen Schweißraupen eine Breite von wenigstens etwa 4,5 mm.

Die vorstehende Beschreibung verdeutlicht diejenigen Merkmale des Radkörperaufbaus, die entsprechende Räder für Motorräder den bisher bekannten Rädern, insbesondere den Drahtspeichenrädern, überlegen machen. Räder der beschriebenen Art können mit schlauchlosen Reifen versehen werden. Dies senkt nicht nur die Kosten sondern macht auch die Reifenflanken nachgiebiger, wodurch sich die Haftfähigkeit verbessert. Die beschriebenen Räder besitzen außerdem insbesondere im Speichen- und Felgenaufbau überlegene Festigkeit. Von besonderer Bedeutung ist die Auslegung der Seitenwände der Felge. Des weiteren eignen sich die hier vorgeschlagenen Räder für die kostensparende Massenfertigung.

Der Aufbau des Radkörpers aus zwei getrennten Gußteilen, die durch einen Preßsitz und zusätzliche Verschweißung miteinander

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verbunden sind, erlaubt erstmalig die erfolgreiche Anwendung der Gießereitechnologie für die Herstellung eines gegossenen Leichtmetallrades. Der Radkörper ist so konstruiert, daß seine Teile sich niemals lockern können, wohingegen die bisher bekannten Drahtspeichenräder bei üblichem Gebrauch verschleißen, woraus sich eine kurze Lebensdauer ergibt. Darüber hinaus ermöglicht der Radkörper des beschriebenen Aufbaus dem Hersteller eine große Anzahl von Ausführungsformen dadurch bereitzuhalten, daß wenige Typen von Radgußteilen mit einer großen Zahl von Typen von Nabenkörpern kombiniert werden. Zunächst bietet sich das Rad nach der Erfindung für die sogenannte Nachrüstung an, spricht also Käufer an, die eine bessere Ausrüstung als die standardmäßige Ab-Werk-Ausrüstung suchen.

Der zusammengesetzte Radkörper vermeidet Porositäten und Schrumpfbrüche wie sie einleitend diskutiert wurden und darüber hinaus ^erleichtert der Schrumpfsitz das Vereinigen von Rad- und Nabenteil ohne Verwendung von Mitteln zur Verhinderung eines Festfressens oder Verschweißens und ergibt einen hohen Reibungswiderstand gegen winkelmäßige und axiale Relativverschiebung des Radteils gegenüber dem Nabenteil.

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Claims (14)

1. LEWINSKY

   ^lf^o PkifcTSCH 2.3.1976

   μ 0 μ C H E N 2 1 8665-IV/He.

   GOTTHARDSTR.81

   Lester Tire Company

   Patentansprüche:

   , IJ Radkörper mit Nabe, gekennzeichnet durch ein Radgußteil (5) -—"^ mit einer Felge (6), die über winkelmäßig versetzte Speichen (8) einstückig mit einem zu ihr konzentrischen Nabenring(7) ist, welcher eine zur Felge (6) koaxiale Bohrung (83) aufweist, sowie durch einen gegossenen Nabenkörper (81) mit einer mittigen Lageraufnahmebohrung und einer koaxialen, zylindrischen Außenfläche (82), die mit der Bohrung (83) des Nabenrings (7) einen Festsitζ zur Erzeugung eines ■Vorspannungsdruckes auf die Speichen (8) bildet, um die Felge (6) und den Nabenkörper (81) durch Reibung formschlüssig gegen relative Verdrehung und relative axiale Verschiebung zu verbinden und die Lageraufnahmebohrung koaxial zu der Felge (6) zu halten, wobei das Radgußteil (5) und der Nabenkörper (81) zur Verhinderung von Relativbewegungen bei den Reibungswiderstand des FestSitzes (82, 83) übersehreitenden Drehmomenten und axialen Belastungen miteinander (bei 85) verschweißt sind.
2. 2. Radkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zylindrische Außenfläche (82) über das eine Stirnende des Nabenringes (7) hinaus erstreckt und das Schweißmaterial (85) dieses Ende des Nabenringes (7) mit der zylindrischen Außenfläche (82) ringsherum verbindet.
3. 3. Radkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (81) eine mit ihm einstückige Schulter (84) aufweist, gegen die ein Stirnende des Nabenringes.(7) zur gegenseitigen axialen Positionierung anliegt. .

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4. 4. Radkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (8l) einen mit ihm einstückigen Kragen (84) mit größerem Durchmesser als die Bohrung des Nabenrings (7) und kleinerem Durchmesser als dem Außendurchmesser des Nabenrings (7) zur Bildung einer Schulter zur Anlage des anderen Stirnendes des Nabenringes (7) aufweist und daß zusätzliches Schweißmaterial dieses andere Stirnende mit dem Kragen rings herum verbindet.
5. 5. Radkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (8) I-Querschnitt mit von dem Nabenring (7) zur Felge (6) progressiv abnehmender Planschund Stegbreite haben.
6. 6. Radkörper nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (8) in der zur Achse senkrechten Mitte3ä>ene des Radgußteiles (5) liegen.
7. 7· Radkörper nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (5I₃ 52) in zwei Sätzen angeordnet sind, wobei die Speichen (51) des einen Satzes winkelmäßig versetzt in bezug auf die Speichen (52) des anderen Satzes sind, und daß die Speichen der jeweiligen Sätze sich vom Bereich der jeweiligen Stirnenden des Nabenringes (55) zu der zur Achse senkrechten Mittelebene der Felge erstrecken.
8. 8. Radkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge einen den Reifen aufnehmenden, umfänglichen Kanal und den Reifenwulst haltende Seitenflächen (11, 12) aufweist und daß jede Seitenfläche eine plane, ringförmige Außenfläche in einer Radialebene aufweist, die in radial gesehen innere und äußere Bereiche (16₃ 15) durch eine in axialer Richtung eingetiefte Nut (17) unterteilt ist.

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9. 9. Radkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut (17) durch eine Anzahl winkelmäßig über die Felge versetzter Vollstücke (18), die Stege zwischen den inneren und äußeren Bereichen bilden, unterbrochen ist.
10. 10. Radkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet _s daß die Stege (18) winkelmäßig mit den Orten zusammenfallen, in denen die Speichen (8) einstückig in die Felge (6) übergehen.
11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Radkörpers mit Nabe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst als Gußstücke aus einem schweißbaren Leichtmetall wie Aluminium, Magnesium und Legierungen daraus ein Nabenkörper und ein Radgußteil mit einem Nabenring mit mittiger öffnung zur Aufnahme des Nabenkörpers hergestellt werden, dann eine Wärmebehandlung zum Abbau von Gußspannungen durchgeführt wird, dann die Gußstücke maschinell bearbeitet werden einschließlich des Schleifens der Außenfläche des Nabenkörpers und der Innenfläche der öffnung des Nabenringes zur Erzielung im wesentlichen komplementärer Zylinderflächen, von denen die Innenfläche bei Umgebungstemperatur einen etwas geringeren, und bei deutlich erhöhter Temperatur einen etwas größeren Durchmesser als die Außenfläche des Nabenkörpers bei Umgebungstemperatur hat, daß anschließend der Nabenkörper in das entsprechend erhitzte Radgußteil eingesetzt und schließlich eine kreisförmige Stirnfläche des Nabenringes mit einem Endabschnitt der Außenfläche, der über die Stirnfläche axial vorsteht, verschweißt wird.
12. 12.Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinelle Bearbeitung der Innen- und der Außenfläche so durchgeführt wird, daß sich ein Durchmesserverhältnis ergibt, das das Einsetzen des auf Umgebungstemperatur befindlichen Nabenkörpers in den auf 110⁰C bis l40°C erhitzten ' Radgußkörper ermöglicht.

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13. 13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinelle Bearbeitung des Nabenkörpers die Bildung eines
    Kragens am anderen Ende der Außenfläche einschließt, um den Nabenkörper und das Radgußteil in vorgegebene, axiale
    Relativstellung bringen zu können.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Stirnende des Nabenringes mit dem Kragen verschweißt wird.

    15· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Radgußteil auf eine Temperatur von 11O°C bis l4O°C kurz
    vor den Einsetzen des Nabenkörpers erhitzt wird.

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