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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Radschüssel für Fahrzeugräder, insbesondere
einer Radschüssel
für Personenkraftwagenräder, durch
Schneid- und Umformschritte auf einer Stufenpresse, mit den Schritten
Bereitstellen einer Metallblechplatine, Ausformen eines zentralen
Nabenanschlußflansches
und Schneiden eines Mittenlochs im Nabenanschlußflansch, Ausformen von gegenüber dem
Nabenanschlußflansch
nach vorne herausgewölbten
Speichenanordnungen und von einem diese verbindenden, konzentrisch
umlaufenden und nach hinten umgebogenen Felgenanschlußring, und
Ausschneiden von Lüftungslöchern zwischen den
herausgewirkten Speichenanordnungen und dem nach hinten umgebogenen
Felgenanschlußring.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, die
Herstellung eines Fahrzeugrades mit einer Schüsselgeometrie, wie sie in der
DE 201 08 995 U1 ,
insbesondere deren
1 und
2, dargestellt ist. Die Besonderheit
dieses Fahrzeugrades besteht in seinem Styling und insbesondere
in äußerst großflächigen Lüftungslöchern, welche
beim fertigen Fahrzeugrad bis an die mit dem Felgenanschlußring der
Schüssel
verbundene Fe heranreichen sowie in den im wesentlichen Doppel-Z-förmig gestalteten
Speichenstreben zwischen den Lüftungslöchern, welche
gegenüber
dem Nabenanschlußflansch
vergleichsweise weit nach vorne herausgewölbt sind. Die zwischen zwei
Lüftungslöchern verlaufenden
Speichenanordnungen umfassen Versteifungsstege mit zum Lüftungsloch
hin abgewinkelten Randstegen, wodurch das Fahrzeugrad das Styling
eines klassischen Speichenrades erhält, wie es normalerweise allenfalls
bei Leichtmetallgußrädern erzeugt
werden kann. Die großflächigen Lüftungslöcher reduzieren
zu gleich das Gewicht der aus Stahl bestehenden Schüssel und
damit das Gesamtgewicht des mit dieser hergestellten Fahrzeugrades.
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Die
grundsätzlichen
Verfahrensschritte zum Herstellen einer Radschüssel aus Metallblechplatinen
ist in dem Band Fahrzeugräder,
Bibliothek der Technik, Band 192, Verlag Moderne Industrie, Seite 36
ff., erläutert.
Bei der Radschüsselfertigung
ist bekannt, daß bei
der Verformung Ausdünnungen
oder Aufdickungen sowie Bauteilrisse entstehen können, die den Einsatz der Radschüssel aufgrund
der im Fahrbetrieb hoch beanspruchten Querschnitte unmöglich machen
könnten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Herstellverfahren für eine stark umgeformte und
verhältnismäßig großflächige Lüftungslöcher aufweisende
Radschüssel
zu schaffen, das auf einer Stufenpresse mit begrenzter Anzahl von
Umform- bzw. Stanzstufen ausgeführt
werden kann.
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Zur
Lösung
dieser und weiterer Aufgaben schlägt die Erfindung ein Herstellverfahren
für eine Radschüssel auf
einer Stufenpresse vor, bei welchem in der Metallblechplatine vor
dem ersten Umformschritt für
jedes Lüftungsloch
ein Entlastungsschnitt angebracht wird und/oder bei welchem die Radschüssel nach
dem letzten Umformschritt und vor dem Ausschneiden der Lüftungslöcher gedreht wird
und jedes Lüftungsloch
in einem einzigen Stanzschritt von der Rückseite der Radschüssel her
herausgeschnitten wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Ausformung
der die Lüftungslöcher umgebenden
Bereiche der Radschüssel
sowie gleichzeitig auch das Herstellen jedes vollständigen Lüftungslochs
in einem Stanzschritt optimiert. Bei Radschüsseln mit hohem partiellen
Verformungsgrad in demjenigen Bereich, in welchem anschließend Lüftungslöcher angebracht
werden, führt
das Vorsehen eines Entlastungsschnitts vor dem ersten Umformschritt
dazu, daß sich
ein deutlich besserer Materialfluss und hierdurch bedingt ein günstigeres Dickenverhältnis zwischen
den gering verformten Bereichen und den stark verformten Bereichen
der Radschüssel
einstellt. Das verbesserte Dickenverhältnis wiederum führt dazu,
daß die
Radschüssel
in den kritischen Bereichen eine geringere Ausdünnung erfährt und damit keine Querschnitte
innerhalb der Rad schüssel
entstehen, die bei den hohen Beanspruchungen im Fahrbetrieb versagen
könnten.
Das Anbringen der Entlastungsschnitte für jedes Lüftungsloch bewirkt ferner eine
verbesserte Maßhaltigkeit
der fertig umgeformten Radschüssel.
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Die
insbesonders bevorzugte Ausgestaltung des Herstellverfahrens sieht
vor, daß die
Metallplatine vor dem ersten Verformungsschritt auf eine vorbestimmte
Platinenform, insbesondere eine kreisrunde Platinenform, geschnitten
wird und mit diesem Schnittrand dann am Ende des Verfahrens den
Rand des Felgenanschlußrings
an der fertigen Radschüssel
bildet. Durch die mittels der Entlastungsschnitte erzeugte bessere
Maßhaltigkeit
und Einhaltung der zu erzeugenden Geometrien kann erreicht werden, daß der am
Ende der Umformschritte hergestellte Felgenanschlußring ohne
weitere mechanische Nachbearbeitungsschritte wie Nachdrücken oder
Abschneiden eines überstehenden
Randes den Felgenanschlußring,
der später
zum z.B. Anschweißen
der Radfelge dient, bilden kann.
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Eine
besonders vorteilhafte Verfahrensführung sieht vor, daß der Entlastungsschnitt über einen Bogen
von wenigstens etwa 270° erfolgt,
so daß mithin
der Felgenanschlußring
in demjenigen Bereich, in welchem später die Lüftungslöcher angebracht werden, eine
gleichmäßige Verformung
durch Strecken in Umfangsrichtung und weniger durch Strecken in Radialrichtung
erfährt.
Für die
Verfahrensführung
ist weiter vorteilhaft, wenn der beim Entlastungsschnitt erzeugte
Butzen während
der nachfolgenden Verformungsschritte mit der Platine verbunden
bleibt. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Butzen zum äußeren Platinenrand
hin mit der Metallplatine verbunden bleibt. Eine besonders vorteilhafte
Verfahrensführung
ergibt sich, wenn der Butzen beim Entlastungsschnitt nach vorne,
d.h. bei Stufenpressen bezogen auf die horizontale Lage der Metallplatine
nach oben, hochgestellt wird und während der nachfolgenden Verformungsschritte
hochgestellt bleibt. Aufgrund des Entlastungsschnitts findet im
wesentlichen keine Umformung der Metallplatine in demjenigen Bereich statt,
in welchem der Entlastungsschnitt angebracht wurde, so daß bei den
Werkzeugen für
die Stufenpresse jeweils Aussparungen vorge sehen werden können, in
welche der hochgestellte Butzen während der nachfolgenden Verformungsschritte
eintauchen kann.
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Das
Stehenlassen der Butzen beim Entlastungsschnitt hat auch für den zweiten
erfindungsgemäßen Aspekt,
nämlich
das Schneiden der Lüftungslöcher in
einem einzigen Schnitt von der Rückseite der
bereits umgeformten Radschüssel
her, den großen
Vorteil, daß bei
der gesamten Verfahrensführung nur
an einer einzigen Stelle der Stufenpresse Schnittabfall abgeführt werden
muß. Durch
das erfindungsgemäße Drehen
der Radschüssel
vor dem Anbringen des Stanzschritts zum Ausschneiden des gesamten
Lüftungslochs
wird hierbei die Verfahrensführung
insofern günstiger,
daß der
dem Lüftungsloch entsprechende
Lüftungslochbutzen
nach unten, und damit unter Ausnutzung der Gravitationskräfte, aus den
Werkzeugen der Stufenpresse abgeführt werden kann. Bei Vorsehen
eines Entlastungsschnitts, der den Butzen des Entlastungsschnitts
mit der Metallblechplatine verbunden läßt, ist hierbei besonders vorteilhaft,
wenn der Butzen beim Ausschneiden der Lüftungslöcher ringsum ausgeschnitten
wird und einstückig
mit dem Lüftungslochbutzen
als Abfallteil anfällt.
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Aufgrund
der hohen Verformungsgrade der Radschüssel im Bereich der Lüftungslöcher zeigt sich
ferner durch die Verfahrensführung
mit dem Stanzschritt von der Rückseite
der Radschüssel
eine wesentlich höhere
Stanzzeit der Stanzwerkzeuge als dies mit Schnitten, wie sie von
der Vorderseite der Radschüssel
her durchgeführt
würden,
erzielt werden könnten.
Weiter vorzugsweise werden sämtliche Lüftungslöcher in
einem einzigen Stanzschritt auf derselben Stufe der Stufenpresse
herausgeschnitten. Mit den vorgenannten Maßnahmen lassen sich sämtliche
Umformschritte und Schneid- bzw. Stanzschnitte auf einer Stufenpresse
mit sieben Preßstufen
durchführen,
wobei in der letzten Stufe das Entgraten bzw. Andrücken der
Schneidränder
an den Lüftungslöchern erfolgen
kann. Gleichzeitig ist zwischen den Stufen eine Leerstufe vorzusehen,
um das Wenden der Schüssel
im Takt der Stufenpresse durchführen
zu können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere einsetzbar, wenn jede Speichenanordnung während der
Verformungsschritte zwei Verstei fungsrippen mit jeweils einem Randsteg
und einem abgewinkelt hierzu verlaufenden Verbindungsschenkel sowie
einem die Verbindungsschenkel miteinander verbindenden Zwischenschenkel
enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist ferner insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die zur
Begrenzung eines Lüftungslochs
vorgesehenen Versteifungsrippen in einer Ursprungs- oder Aufstiegswelle
zusammenlaufen, die mit relativ hohem Verformungsgrad gegenüber dem
Nabenanschlußflansch
nach vorne aufsteigt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann ferner bei den Verformungsschritten vorgesehen werden, gleichzeitig
im Nabenanschlußflansch
Bolzenlöcher
vor dem Ausschneiden der Lüftungslöcher vorzuprägen, zu
schneiden und zu schlagen, so daß am Ende aller Verfahrensschritte
die Radschüssel einsatzfertig
ist und, ohne weitere Nachbearbeitungsschritte, mit einer Radfelge
verbunden werden kann.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte, jeweils dargestellt
durch das Aussehen der Metallplatine bzw. Radschüssel nach dem jeweiligen Verfahrensschritt.
In der Zeichnung zeigen:
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1 in
einem Flußdiagramm
die nacheinander abfolgenden Verfahrensschritte;
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2 perspektivisch
eine bereits kreisrund ausgestanzte Metallblechausgangsplatine;
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3 schematisch
das Anbringen eines Entlastungsschnitts an einem Lüftungsloch
in Seitenansicht;
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4 perspektivisch
die Ausgangsplatine mit allen Entlastungsschnitten;
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5 perspektivisch
die fertig geformte Radschüssel
vor dem Ausstanzen der Lüftungslöcher;
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6 schematisch
das Drehen der Radschüssel;
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7 die
gedrehte Radschüssel
vor dem Ausschneiden der Lüftungslöcher in
Seitenansicht;
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8 perspektivisch
den Stanzschnitt für
die Lüftungslöcher an
einem Lüftungsloch;
und
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9 perspektivisch
die am Ende des Herstellverfahrens hergestellte Radschüssel.
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In 1 ist
schematisch in einem Flußdiagramm
dargestellt, daß das
Herstellverfahren zur Herstellung der im Detail in 9 gezeigten
und insgesamt mit Bezugszeichen 10 bezeichneten Radschüssel im
wesentlichen acht Verfahrensschritte S1–S8 umfassen kann. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren
sieht hierbei in einem ersten Verfahrensschritt S1 das Bereitstellen
der Metallblechplatine durch z.B. Abhaspeln eines Metallblechstreifens von
Stahlblech-Bandmaterial einer Dicke von z.B. 5–7mm, Richten des Bandstahls
und Ausschneiden der kreisrunden Metallblechplatine 1,
wie in 2 gezeigt, als Ausgangsteil für die Radschüsselfertigung
vor.
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Im
zweiten Verfahrensschritt S2, welcher entweder auf der zweiten Stufe
einer nicht dargestellten Stufenpresse oder zusammen mit dem Ausstanzen
der Metallblechplatine 1 zeitgleich mit dem ersten Verfahrensschritt
S1 stattfindet, werden simultan mit einem unterhalb der Metallblechplatine 1 angeordneten
Stanzwerkzeug 2 und einem eine Vertiefung 4 aufweisenden
Gegenwerkzeug 3 Entlastungsschnitte 8 an der ansonsten
noch nicht verformten Metallblechplatine 1 in Bereichen
vorgenommen, die später
an der fertigen Radschüssel 10 ein
Lüftungsloch 11 (9)
erhalten sollen. Beim Entlastungsschnitt 8 im Verfahrensschritt
S2 wird ein Butzen 5 hochgestellt, der während des
Entlastungsschnitts in die Vertiefung 4 des Gegenwerkzeugs 3 eintaucht. 3 verdeutlicht
hierbei nur den Entlastungsschnitt 8 für ein Lüftungsloch, während tatsächlich sämtliche Entlastungsschnitte
und das Hochstellen sämtlicher Butzen 5 zeitgleich
auf einer Stufe der Stufenpresse mit einer entsprechenden Anzahl
von Stanzwerkzeugen 2 und Gegenwerkzeugen 3 erfolgt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
soll die fertige Radschüssel
(10, 9) insgesamt fünf Lüftungslöcher 11 erhalten,
so daß entsprechend
auch, wie 4 verdeutlicht, fünf Entlastungsschnitte 8 in
der noch nicht verformten Metallblechplatine 1 angebracht
werden und entsprechend fünf
Butzen 5 partiell hochgestellt werden. Jeder Entlastungsschnitt 8 erstreckt
sich hierbei über einen
Bogenbereich von annähernd
270°, wobei
jeder Butzen zum Rand 6 der Metallblechplatine 1 hin an
einem hier geraden Steg 9 verbunden bleibt, während der
Entlastungsschnitt 8 ansonsten eine im wesentlichen ovale
Form erhält.
Die Metallblechplatine 1 gemäß 4 wird anschließend mit
einer für
Stufenpressen geeigneten Transportvorrichtung der nächsten Stufe
der Stufenpresse zugeführt
und dort in beispielsweise zwei Vorform- und einem Fertigformschnitt
bei simultanem Ausschneiden und Anformen der gesamten Kontur der
fertigen Radschüssel einschließlich mehrfach
gestufter Speichenanordnungen 13, eines mit Mittenloch 14 und
Bolzenlöchern 15 versehenen
Nabenanschlußflansch 16 sowie
eines nach hinten weisenden, konzentrisch umlaufenden und hierbei
sämtliche
Speichenanordnungen 13 miteinander verbindenden Felgenanschlußrings 17 ausgeformt
und ausgestanzt, wie 5 für die noch nicht vollständig fetiggestellte
Radschüssel 10' verdeutlicht.
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In 1 sind
die mehreren Vorform- und Fertigform-Verfahrensschritte zum Ausbilden
des Mittenlochs 14, der Bolzenlöcher 15 und der Speichenanordnungen 13 mit
S3–S5
bezeichnet, wobei dieser Umformprozeß auch in z.B. bis zu fünf Verfahrensschritten
stattfinden könnte,
sofern die Stufenpresse ausreichen Stufen zur Verfügung hat.
Die Fertigung in drei Verfahrensschritten hat jedoch hinsichtlich
der Materialeigenschaften der fertigen Radschüssel Vorteile. Zwischen der
in 5 gezeigten Radschüssel 10' und der fertigen, in 9 gezeigten Radschüssel 10 besteht
hinsichtlich des Fertigungszustandes ein Unterschied ausschließlich darin,
daß die
Lüftungslöcher 11 zwischen
den Speichenanordnungen 13 noch nicht ausgeschnitten sind
und noch nicht ihre großflächige Ausdehnung
erhalten haben. Stattdessen weist die Radschüssel 10' gemäß 5 im Bereich
zwischen den Speichenanordnungen 13 noch Materialquerschnitte
mit den weiterhin hochgestellten Butzen 5 auf.
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Bevor
nun das Ausschneiden der Lüftungslöcher 11 erläutert wird,
wird zuerst auf die Bedeutung der Entlastungsschnitte für die Herstellung
der in 5 bzw. 9 dargestellten Kontur der Radschüssel 10 bzw. 10' eingegangen.
Aus 9 ist gut ersichtlich, daß jede Speichenanordnung 13 einen zwischen
dem umlaufenden Felgenanschlußring 7 und
dem Nabenanschlußflansch 16 sich
erstreckenden Zwischenschenkel 17 aufweist, der im wesentlichen
radial mit jedem Bolzenloch 15 ausgerichtet ist. Die gesamte
Speichenanordnung 13 ist bezogen auf den Nabenanschlußflansch 16 nach
vorne, d.h. in Ansicht der 5 und 9 nach
oben herausgewölbt,
während
der Felgenanschlußring 7 sich
im wesentlichen parallel zur Radschüsselachse nach hinten erstreckt.
Zu beiden Seiten des noch vergleichsweise geringfügig herausgewölbten Zwischenschenkels 17 weist
jede Speichenanordnung 13 zwei Versteifungsrippen 18 auf,
die jede einen annähernd senkrecht
zum Nabenanschlußflansch 16 bzw.
der Oberfläche
des Zwischenschenkels 17 verlaufenden und mit diesem integral
verbundenen Verbindungsschenkel 19 sowie einen sich dann
wiederum annähernd
parallel zum Nabenanschlußflansch 16 erstreckenden
und bis an die Lüftungslöcher 11 heranreichenden
Randschenkel 20 umfassen. Jeweils die beiden ein Lüftungsloch 11 begrenzenden
Versteifungsrippen 18 laufen in einer Ursprungswelle 21 zusammen,
die wiederum mit steilem Winkel von z.B. 65–88° gegenüber dem Nabenanschlußflansch 16 aufragt
und jeweils zwischen zwei Bolzenlöchern 15 in den Nabenanschlußflansch 16 übergeht.
Insbesondere im Bereich dieser Ursprungs- bzw. Aufstiegswelle 21 der
beiden Versteifungsrippen 18 erfährt die Metallblechplatine 1 (4)
bis zum Ende aller Umformschritte S3–S5 gemäß der Radschüssel 10' in 5 eine
erhebliche Verformung, wobei gleichzeitig diejenigen Zonen des Felgenanschlußrings 7,
welche radial fluchtend mit bzw. hinter den Aufstiegswellen 21 liegen,
ebenfalls erheblichen Verformungen und Streckungen unterliegen.
Durch Vorsehen der Entlastungsschnitte 8 wird nun der Materialfluß, insbesondere
im Bereich der letztgenannten Zonen, im Bereich der Aufstiegswellen 21 und
im Bereich zwischen Bolzenloch 15 und der sich radial nach
außen
anschließenden
Speiche 13 erheblich verbessert und gleichzeitig erreicht,
daß auch
im Bereich der Aufstiegswelle 21 tolerierbare und den späteren Belastungen
gewachsene Dickenverhältnisse gewährleistet bleiben.
Außerdem
erhält
der Felgenanschlußring 7 aufgrund
der Entlastungsschnitte 8 schon während der Verformungsschritte
S3–S5
eine geometrische Maßhaltigkeit,
Rundheit und Konzentrität,
daß an
ihm, ohne daß zuerst
weitere Nachbehandlungsschritte wie z.B. ein zusätzliches Strecken des Felgenanschlußrings oder
ein Abschneiden eines überstehenden
Randstreifens erfolgen müssen, später die
Felge angeschweißt
werden kann.
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Bevor
nun an der in 5 dargestellten Radschüssel 10' die Lüftungslöcher ausgestanzt
werden, wird in einem weiteren Verfahrensschritt S6, z.B. auf einer
Leerstufe der Stufenpresse, die Radschüssel 10', wie in 6 schematisch
dargestellt, gedreht, damit am Ende des Verfahrensschritts S6 die Radschüssel 10' in der nächsten Stufe
der Stufenpresse mit ihrer Innenseite nach oben weist und die hochgestellten
Butzen 5 nach unten weisen. An der nunmehr gedrehten Radschüssel 10' werden nachfolgend
im nächsten
Verfahrensschritt S7, wie die 7 und 8 zeigen,
die Lüftungslöcher mit
einem Stanzwerkzeug 30 und einem Gegenwerkzeug 31 ausgestanzt,
wobei ein jedes Lüftungsloch
in einem einzigen Stanzschritt ausgeschnitten wird und hierbei das
Stanzmesser 30 von der Innenseite her in die Radschüssel 10' eintaucht und
den Schnitt nach unten ausführt.
Die 7 und 8 verdeutlichen allerdings nur
die Verfahrensführung
an einem Lüftungsloch,
da tatsächlich
bei der bevorzugten Ausgestaltung sämtliche Lüftungslöcher simultan auf einer Stufe
der Presse mit einer entsprechenden Anzahl von Werkzeugen 30 und
Gegenwerkzeugen 31 ausgeschnitten werden. Das Ausschneiden
der Lüftungslöcher erfolgt über einen äußerst großflächigen Bereich,
wie insbesondere 9 zeigt, da jedes Lüftungsloch 11 an
der fertigen Radschüssel
bis an den Felgenanschlußring 7 sowie
die nur schmalbandigen Randstege 20 heranreichet. Beim
Ausschneiden der Lüftungslöcher wird
ein Lüftungslochbutzen
entfernt, der zugleich den beim Entlastungsschnitt hergestellten
Butzen vollständig
umschließt
und als Abfallteil mit abgeführt
wird. Durch das Ausschneiden der Lüftungslöcher am Ende aller Verformungsschritte
können
auch ggf. sich am Entlastungsschnitt zeigende Einrisse oder Kerbungen
ausgeschnitten werden, so daß diese
tatsächlich
keinen Einfluß auf
die fertige Radschüssel 10 gemäß 9 haben.
In einem letzten Verfahrensschritt S8 wird anschließend, was nicht
mehr dargestellt ist, der Rand der Lüftungslöcher 11 entgratet,
wobei auch das Entgraten vorzugsweise auf einer Stufe der Stufenpresse
stattfindet.
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Als
fertiges Produkt ergibt sich die in 9 dargestellte
Radschüssel 10,
welche nunmehr unmittelbar einer Fahrzeugradzusammenbaustraße zugeführt und
dort mit einem Felgenteil verbunden werden kann.