DE3046368C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines bereiften Rades, ausgehend von einem unbereiften Rad mit gewissen (geringen) geometrischen Ungleichmäßigkeiten sowie von einem Reifen, der neben geometrischen Ungleichmäßigkeiten auch dynamische Ungleichmäßigkeiten (Radialradkraftschwankungen) zeigen kann, wobei Rad und Reifen so zusammengefügt werden, daß sich die Ungleichmäßigkeiten mit Bezug auf die gemeinsame Drehachse kompensieren. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein so hergestelltes bereiftes Rad und eine Vorrichtung zur Herstellung von Befestigungsöffnungen in einem Fahrzeugrad.

Bei der Fahrt von bereiften Fahrzeugen treten Schwingungen infolge von Unwuchten und geometrischen Ungleichmäßigkeiten vom bereiften Rad auf ("Automatisches Messen geometrischer Abweichungen bei PKW-Rädern" in "Werkstatt und Betrieb" 1972, Heft 11, Seiten 3-7). Die geometrischen Ungleichmäßigkeiten (Exzentrizität und Welligkeit) führen zur Rundlaufabweichung des Rades, die in harmonische Schwingungen erster bis n-ter Ordnung zerlegt werden kann. Für die Laufunruhe ist vor allem die erste Harmonische verantwortlich, die mit der Exzentrizität im Zusammenhang steht und auf die deshalb besonders geachtet wird.

Auch der Reifen ist mit geometrischen oder dynamischen Unregelmäßigkeiten behaftet. Diese drücken sich in dynamischen Radkraftschwankungen aus, d. h. die radialen Kräfte des vom Fahrzeug belasteten Reifens ändern sich mit dem Raddrehwinkel. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß die Elastizität und die Dicke der Reifenkarkasse sich mit dem Raddrehwinkel ändern.

Um die störenden Einflüsse weitgehend zu kompensieren, ist es bekannt, das unbereifte Rad und den Reifen miteinander zu matchen. Hierzu wird die Rundlaufabweichung des Rades und die geometrisch/dynamischen Unregelmäßigkeiten des Reifens ermittelt. Beim Zusammenbau von Rad und Reifen werden die Maxima oder Minima der ersten Harmonischen einander so zugeordnet, daß sich diese Harmonischen gegenseitig möglichst auslöschen. Dieses Matchen von Reifen und Rad ist offensichtlich zeitaufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines bereiften Rades anzugeben, bei dem das Matchen von Reifen und Rad erleichtert ist.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rad mit einer nach Größe und Richtung gewollten Rundlaufabweichung (Exzentrizität) hinsichtlich der Reifenwulstsitze hergestellt wird.

Bei diesem Lösungsgedanken wird der Umstand ausgenutzt, daß bei der Massenherstellung von Fahrzeugrädern die Rundlaufabweichung des Rades verhältnismäßig kleiner gehalten werden kann als die des Reifens. Wenn man deshalb eine absichtliche Rundlaufabweichung des Rades passend groß zum Matchen der geometrischen und dynamischen Unregelmäßigkeiten des Reifens erzeugt, dann bleibt die Schwankungsbreite dieser Rundlaufabweichung des Rades in annehmbaren Grenzen. Deshalb ist die Chance, daß man durch geeigneten Zusammenbau von Rad und Reifen zu einem gematchten bereiften Rad gelangt, außerordentlich groß, obzwar man die Messung der Rundlaufabweichung des Rades vermieden hat.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens bezieht sich auch auf die Auswahl einer geeigneten Markierungsstelle am Rad für deren Rundlaufabweichung. Demnach befindet sich die Rundlaufabweichung des Rades nahe einer markierten Stelle. Als solche markierte Stelle kann die Ventilschaftöffnung angesehen werden.

Schließlich liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Befestigungsöffnungen in dem Fahrzeugrad zu schaffen, so daß eine gewünschte Rundlaufabweichung erzielt wird.

Zur Lösung dieses Aspektes der Aufgabe weist die Herstellungsvorrichtung eine in Umfangsrichtung angeordnete, eine Mittelachse definierende Reihe von Klemmbacken zum Festklemmen des jeweils zu bearbeitenden Rades an den Reifenwulstsitzen sowie Werkzeuge auf, die zur Herstellung der Befestigungsöffnungen dienen. Die Klemmbacken sind in radial sich gegenüberstehenden Paaren angeordnet, von denen mindestens ein Paar in der Klemmlage der Backen auf die Drehachse hin zentriert ist, die mit Bezug auf die Mittelachse exzentrisch angeordnet ist, so daß die herzustellenden Befestigungsöffnungen mit Bezug auf die Radfelge exzentrisch versetzt sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Minimum der ersten Harmonischen der Rundlaufabweichung des Rades innerhalb des Quadranten erzeugt, in welchem die Ventilschaftbohrung liegt. Der Reifen wird so auf das Rad montiert, daß das markierte Maximum der ersten Harmonischen der dynamischen Radkraftschwankung zur Ventilschaftbohrung ausgerichtet ist. Die jeweiligen Harmonischen des Rades und des Reifens sind somit zueinander komplementär angeordnet und löschen sich tendenziell aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Rad mit aufgezogenem Reifen gemäß Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß 2-2 in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab zur Darstellung der Herstellung des Rades nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht der Werkzeuge von Fig. 2 in einer Gesamtdarstellung, jedoch verkleinert.

Es wird davon ausgegangen, daß pneumatische Reifen 10 vor ihrer Montage auf Räder 12 hinsichtlich der dynamischen Radkraftschwankungen gemessen werden. Die Messung kann vom Reifenhersteller durchgeführt werden. Dabei wird der Reifen auf ein Prüfrad montiert, aufgepumpt und gedreht, wobei eine fortlaufende Stelle am Umfang des aufgepumpten Reifens durch ein mitgedrehtes Rad belastet wird. Die radiale Kraft wird nach Betrag und Ort (Umfangsstelle) gemessen und ergibt die dynamische radiale Radkraftschwankung. Diese wird nach ihren harmonischen Schwingungen zerlegt (Fourieranalyse), und die Umfangsstelle, an der die erste Harmonische entweder ein Maximum oder ein Minimum hat, wird markiert. In Fig. 1 ist eine derartige Stelle bei 14 auf der Seitenwandung des Reifens nahe des Randwulstes 16 markiert. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß das Zeichen 14 ein Maximum der ersten Harmonischen der dynamischen radialen Radkraftschwankung anzeigt.

Das Rad 12 weist eine Radfelge 18 auf, welche die üblichen, in axialem Abstand voneinander angeordneten Randwulstsitze 20, 22 (Fig. 2) und eine Radscheibe (24) aufweist, die sich innerhalb des Felgens erstreckt und zur Befestigung des Rades am Fahrzeug dient. Radscheibe 24 und Felge 18 werden getrennt voneinander entsprechend dem gewünschten Umriß hergestellt und dann dauerhaft miteinander verbunden, beispielsweise durch Preßsitz oder Schweißen oder ein anderes Verbindungsverfahren.

Nachdem Felge und Radscheibe aneinander befestigt sind, wird das Rad 12 in einem Pressen-Werkstückhalter 26 eingelegt, der halb skizzenmäßig in Fig. 2 und 3 dargestellt ist und zur Bildung der Befestigungseinrichtungen 28/30 des Rades 12 dient, die aus einer Führungsbohrung 28 und Schraublöchern 30 bestehen und die Drehachse 32 bestimmen. Diese von der zentralen Führungsbohrung 28 und/oder den Schraublöchern 30 (vorzugsweise von beiden) bestimmte Drehachse 32 ist exzentrisch zu der Mittelachse 34 der Reifenwulstsitze 20, 22, wobei der Exzentrizitätsbetrag 36 und die Exzentrizitätsrichtung empirisch so gewählt wird, daß das Minimum der ersten Harmonischen der Rundlaufabweichung, gemessen an den Reifenwulstsitzen nahe einer vorgewählten Stelle der Radfelge, liegt. Diese Minimumstelle wird vorzugsweise innerhalb des Quadranten plaziert, der die Ventilschaftbohrung 38 einschließt, d. h. innerhalb eines Bereichs von ungefähr 45° auf beiden Seiten dieser Bohrung, die einen passenden Referenzpunkt auf dem Rad darstellt.

Im einzelnen geht man wie folgt vor: Das Rad 12 wird so in den Pressenwerkstückhalter 26 eingelegt, daß der mittlere Teil der Radscheibe 24 auf einem Matrizenblock oder Gegenstempel 44 ruht. Eine Mehrzahl von radial bewegbaren Klemmbacken 46 (Fig. 3), vorzugsweise zwölf Klemmbacken 46 a bis 46 l, werden dann um die Radfelge 18 geschlossen und legen sich mit oberen und unteren Wulsten 48, 50 an die jeweiligen Reifenwulstsitze 20, 22 an. Das Rad 12 wird vorzugsweise so eingelegt, daß die Ventilschaftbohrung 38 einem vorgewählten Klemmbacken gegenüberliegt, im vorliegenden Fall der Backe 46 d in Fig. 3. Die Klemmbacken 46 a bis 46 l umklammern somit das Rad 12 und bestimmen die Mittelachse 34 des Reifensitzes. Ein Pressenstempel 52 mit Werkzeugen 54 zum Durchstoßen der Schraubenlöcher und einem Werkzeug 56 zum Durchstoßen der zentralen Führungsbohrung 28 wird dann gemäß der Drehachse 32 auf die Radscheibe 24 abgesenkt, und die zentrale Führungsbohrung 28 sowie die Schraublöcher 30 werden gestanzt.

Um die Wirkungsweise der Erfindung zu zeigen, wurde ein Rad 12 in den Pressenwerkstückhalter 26 eingelegt, und die Klemmbacken 46 a bis 46 l wurden individuell für ein 14-zölliges Rad in Lagen eingestellt, wie aus folgender Tabelle ersichtlich:

Tabelle I

Die Ziffern geben die Verschiebung in tausendstel Zoll der jeweiligen Wulste jedes Klemmbackens an, wobei das Minus-Zeichen die Verschiebung zum Radmittelpunkt und das Plus-Zeichen die Verschiebung vom Radmittelpunkt bedeuten.

In der zuvor beschriebenen, bevorzugten Art und Weise der Durchführung der Erfindung sind gegenüberstehende Gruppen von einem oder mehreren Klemmbacken mit Bezug auf Mittelachse von Preßstempel 52 und Gegenstempel 44 symmetrisch zur Ventilschaftbohrung 38 versetzt. Dieses Ergebnis kann bei üblichen Radpressen durch radiales Verschieben der Achsen von Pressenstempel 52 und Gegenstempel 44 erzielt werden. Die Klemmbacken sind jedoch in kommerziell erhältlichen Radpressen normalerweise einzeln einstellbar, während die Ausrichtung zwischen dem oberen und unteren Pressenstempel 42/44 kritischer ist. Deshalb wird bevorzugt, alle Klemmbacken auf die Drehachse 32 des Pressenstempels 52 auszurichten und dann die Klemmlage von vorgewählten Gruppen einer oder mehrerer Klemmbacken, d. h. der Klemmbacken 46 c bis 46 e und 46 i bis 46 k, radial zur Drehachse 32, die hier Pressenachse ist, zu verschieben.

Bei zweihundert so hergestellten Rädern betrug die Rundlaufabweichung bzw. deren mittlere radiale erste Harmonische, gemessen von der Drehachse 32 bzw. der mittleren Führungsbohrung 28 als Nullpunkt, 0,3556 mm mit einer Standardabweichung von 0,0762 mm. Der bevorzugte Bereich für diesen Betrag beträgt 0,127 bis 0,508 mm. In 95% der Räder fiel das Minimum der ersten Harmonischen innerhalb eines Winkelbereiches von 60°. In 100% der Räder fiel das Minimum innerhalb eines 85°-Bereichs zwischen 350° und 75°, wenn die Ventilschaftbohrung als 0° genommen wird, wobei alle Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn auf dem Rad in der Ausrichtung gemäß Fig. 3 gemessen wurden. Die mittlere Exzentrizität zu der Drehachse 32 infolge der Schraubbohrungslöcher und der Führungsbohrung betrug 0,381 mm.

Im Vorgehenden wurde das Prinzip der Erfindung gezeigt, wonach das Minimum der Harmonischen in der Nähe eines vorgewählten Punktes der Radfelge gelegt wird, vorzugsweise der Ventilschaftbohrung, wobei eine größere mittlere radiale Rundlaufabweichung in Kauf genommen wird und somit der Wert der ersten Harmonischen oberhalb von Pegeln liegt, die sonst wünschenswert sind. Wenn jedoch der Reifen 10 mit der Maximum-Markierung 14 nahe der Ventilschaftbohrung 38 montiert wird, dann heben sich die jeweiligen Harmonischen gegenseitig ganz oder jedenfalls teilweise auf. Augenscheinlich kann der Maximalpunkt der ersten Harmonischen der radialen Rundlaufabweichung gegenüber angeordnet werden, wie dies bei irgendeiner anderen Stelle des Rades geschehen könnte. Anstelle der Verwendung der Ventilschaftbohrung als eine visuell identifizierbare Stelle für das vorbestimmte Minimum oder Maximum der Harmonischen ist es auch möglich, die Radfelge während ihrer Herstellung mit einer passenden Markierung zu versehen, um den Mittelpunkt der winkelmäßigen Zone zu bezeichnen, in welcher das Minimum oder Maximum der Harmonischen liegt, wenn der beschriebene Aufbau des Pressenwerkstückhalters zum Pressenstempel vorausgesetzt wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß "Stanzen" von Löchern im breitesten Sinn verstanden werden muß und jede Art der Erzeugung von Bohrungen sowie deren Nachbearbeitung (Entgraten, glättendes Prägen) einschließt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines bereiften Rades, ausgehend von einem unbereiften Rad (12) mit gewissen (geringen) geometrischen Ungleichmäßigkeiten sowie von einem Reifen (10), der neben geometrischen Ungleichmäßigkeiten auch dynamische Ungleichmäßigkeiten (Radialradkraftschwankungen) zeigen kann, wobei Rad (12) und Reifen (10) so zusammengefügt werden, daß sich die Ungleichmäßigkeiten mit Bezug auf die gemeinsame Drehachse (32) kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (12) mit einer nach Größe (36) und Richtung (38) gewollten Rundlaufabweichung (Exzentrizität) hinsichtlich der Reifenwulstsitze (20, 22) hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (32) um einen solchen Exzentrizitätsbetrag (36) zur Mittelachse (34) der Reifenwulstsitze (20, 22) verschoben angeordnet wird, daß das Maximum der Rundlaufabweichung des unbereiften Rades (12) im wesentlichen innerhalb eines Quadranten gehalten wird, dessen Mittellinie mit der vorgewählten Exzentrizitätsrichtung (38) des Rades (12) zusammenfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte Exzentrizitätsrichtung (38) des Rades (12) durch die Ventilschaftöffnung gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Befestigungseinrichtung (28, 30) der Radscheibe (24), welche die gemeinsame Drehachse (32) definiert, durch einen Preßstempel (52) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (12) in einem Preßwerkstückhalter (26) mit einer Mehrzahl von radial bewegbaren Backen (46 a bis 46 l) zum Festklammern der Reifenwulstsitze (20, 22) eingelegt wird und daß die Backen (46 a bis 46 l) so geschlossen werden, daß die Mittelachse (34) der Reifenwulstsitze (20, 22) und der die Drehachse (32) bestimmende Preßstempel (52) gegeneinander versetzt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennte Radscheibe (24) und die Radfelge (18) zunächst zusammengebaut und danach die Drehachse (32) durch Herstellung der Befestigungseinrichtung (28, 30) festgelegt wird.

6. Rad mit darauf montierten Reifen, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundlaufabweichung des Rades (12) sich nahe einer markierten Stelle (38) befindet.

7. Vorrichtung zur Herstellung von Befestigungsöffnungen (28, 30) in einem Fahrzeugrad zur Festlegung der Drehachse (32), wobei die Vorrichtung eine in Umfangsrichtung angeordnete, eine Mittelachse (34) definierende Reihe von Klemmbacken (46 a bis l) zum Festklemmen des jeweils zu bearbeitenden Rades (12) an den Reifenwulstsitzen (20, 22) sowie Werkzeuge (52) aufweist, die zur Herstellung der Befestigungsöffnungen (28, 30) dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (46 a bis l) in radial sich gegenüberstehenden Paaren (46 a und g, 46 b und h, 46 c und i, 46 d und j, 46 e und k, 46 f und l) angeordnet sind, von denen mindestens ein Paar (46 c und i, 46 d und j, 46 e und k) in der Klemmlage der Backen auf die Drehachse (32) hin zentriert ist, die mit Bezug auf die Mittelachse (34) exzentrisch angeordnet ist, so daß die herzustellenden Befestigungsöffnungen (28, 30) mit Bezug auf die Radfelge (18) exzentrisch versetzt sind.