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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen
Körpers,
wobei ein zylinderförmiger
Rohling gegossen wird und durch Zufuhr von Wärme und Druck zur Endform umgeformt
wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetallrades,
wobei ein Radrohling unter Bildung einer Schüssel und eines Felgenbereiches
gegossen wird und durch Zufuhr von Wärme und Druck zur Endform umgeformt
wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung eines rotationssymmetrischen,
zylinderförmigen
Körpers.
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Aus
der
DE 199 54 913
A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetallrades
bekannt, bei dem eine Schüssel
und ein Felgenbereich des Rades getrennt hergestellt und mit einander
durch Verschweißen
verbunden werden. Der Felgenbereich wird durch Runden eines Blechstreifens
hergestellt. Zur Vergrößerung der
Maulweite ist es nach dem Profilieren des Felgenbereiches vorgesehen,
ein Felgenbett mittels Drückwalzen
durch Abstreckdrücken zu
beaufschlagen.
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Aus
der
DE 94 21 365 U1 ist
ein Herstellungsverfahren für
Leichtmetallräder
bekannt, bei dem ein Radrohling unter Bildung einer Schüssel und eines
Felgenbereiches gegossen wird. Zur Vergrößerung der Maulweite (Felgenbreite)
wird der gegossene Radrohling durch Abstreckdrücken im Felgenbettbereich umgeformt.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass der Umformungsgrad
begrenzt ist.
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Aus
der
DE 38 01 104 C2 ist
ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetallrades bekannt, bei dem
ein Radrohling unter Bildung einer Schüssel und eines Felgenbereiches
gegossen wird. Zur Umformung eines Felgenhorns wird der Radrohling
im Hornbereich lokal erwärmt
und nachfolgend mit Hilfe von Drückwalzen
ausgeformt. Die Erwärmung
des Felgenhornes kann durch eine Induktionseinrichtung erfolgen,
die in Axialrichtung verfahrbar angeordnet ist und in einer Betriebsstellung
an einer Außenseite des
Felgenhorns anliegt. Das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung
zur Erwärmung
des Radrohlings ist auf die Umformung des Felgenhorns beschränkt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen
eines rotationssymmetrischen Körpers
bzw. ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetallrades sowie
eine Vorrichtung zur Erwärmung
eines rotationssymmetrischen, zylinderförmigen Körpers derart anzugeben, dass der
Herstellungsaufwand weiter reduziert und die me chanischen Kennwerte
des herzustellenden Körpers
weiter verbessert werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet,
dass der zylinderförmige
Rohling unter Bildung eines dicken Mantelbereiches gegossen wird und
dass der zylinderförmige
Rohling im Mantelbereich derart erwärmt wird, dass durch anschließendes Abstreckdrücken ein
dünner
Mantelbereich vorgegebener Kontur umgeformt wird.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Patenanspruchs 2 dadurch gekennzeichnet, dass
der Radrohling unter Bildung eines dicken Felgenbereichs gegossen
wird und dass der Radrohling im Felgenbereich derart erwärmt wird,
dass durch anschließendes
Abstreckdrücken
ein Felgenbett und ein Felgenhorn umgeformt wird.
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Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass rotationszylindrische Körper
mit einem Mantelbereich von relativ geringer Wandstärke und
relativ großer
Festigkeit herstellbar sind. Vorteilhaft kann für die Herstellung des Rohlings
weniger Masse eingesetzt werden. Der Rohling weist eine wesentlich
einfachere Gusskontur auf. Vorteilhaft können die Kosten für eine Großserienfertigung
von rotationssymmetrischen Körpern weiter
verringert werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung werden unterschiedliche Axialabschnitte
des Mantelbereiches bzw. Felgenbereiches auf unterschiedliche Umformtemperaturen
erwärmt,
bevor die jeweiligen Axialabschnitte umgeformt werden. Auf diese
Weise kann der Umformprozess in Abhängigkeit von dem Umformungsgrad
des jeweiligen Axialabschnittes erfolgen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird ein vorderes Felgenhorn nicht
erwärmt.
Mit dem vorderen Felgenhorn liegt der Radrohling auf einem Drehteller
an, wobei während
des Umformprozesses ein sicherer Rundlauf des Radrohlings gewährleistet ist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird der Mantelbereich bzw. der
Felgenbereich derart erwärmt,
dass die Umformtemperaturen während
des Umformprozesses in einem Bereich zwischen 320° C und 450° C liegen.
Durch die relativ hohe Erwärmung des
Mantelbereiches bzw. Felgenbereiches kann eine Umformung entsprechend
einer vorgegebenen flächigen
Kontur erfolgen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird der Radrohling bzw. der zylinderförmig Körper während der
Erwärmung
gedreht, so dass eine homogene Erwärmung des Mantelbereiches bzw.
Felgenbereiches gewährleistet
ist.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 dadurch gekennzeichnet, dass
eine Induktionseinrichtung vorgesehen ist zur induktiven Erwärmung eines
Mantelbereiches des zylinderförmigen
Körpers.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass im Mantelbereich des zylinderförmigen Körpers eine je nach Anforderungen
hinsichtlich der Kontur und der Materialstärke unterschiedliche und angepasste
partielle Erwärmung
gewährleistet
ist. Hierdurch kann in einem anschließenden Umformprozess eine flächige Konturen bildung
unter Verringerung der Wanddicke des Mantelbereiches durchgeführt werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist die Induktionseinrichtung einen inneren Induktor auf, der
mit seinen Windungen in der Nähe
einer Innenseite des Mantelbereiches verläuft, und einen äußeren Induktor
auf, der mit seinen Windungen in der Nähe einer Außenseite des Mantelbereiches
des Rohlings verläuft.
Auf diese Weise wird eine homogene und allseitige Erwärmung des
Mantelbereiches gewährleistet.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Radialschnitt durch einen gegossenen Radialrohling während des
Erwärmungsprozesses,
wobei sich der Radrohling auf einem Drehteller unter Beaufschlagung
eines Fugenbereiches durch eine Induktionseinrichtung befindet,
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2 einen
Radialschnitt durch den Radrohling gemäß 1 während des
Umformungsprozesses, wobei eine Innenseite des Felgenbereichs an
einer Matrize anliegt und
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3 einen
Radialschnitt durch den Radrohling während des Umformprozesses,
wobei lediglich eine auf einer Außenseite des Felgenbereichs
wirkende Andrückrolle
im Einsatz dargestellt ist.
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Die
Erfindung findet Einsatz bei jeglichen rotationssymmetrischen, vorzugsweise
zylinderförmigen
Körpern,
die als vorzugsweise im Niederdruck-Gießverfahren hergestellte gegossene
Rohlinge vorliegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Radrohling 1 aus
einer Aluminiumlegierung mittels eines Niederdruck-Gießverfahrens
gegossen und mittels eines zweistufigen Fertigungsverfahrens in
eine Endform umgeformt worden zur Bildung eines Leichtmetallrades.
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Der
einteilig gegossene Radrohling 1 weist zum einen eine eine
Nabe 2 aufweisende zentrale Schüssel 3 sowie einen
sich an die Schüssel 3 in
Umfangsrichtung anschließenden
Felgenbereich 4 auf. Der Felgenbereich 4 weist
eine relativ geringe Felgenbreite b1 sowie
eine relativ große
Wandstärke
d1 auf. Der Felgenbereich 4 bildet
einen Mantelbereich des rotationssymmetrischen Körpers 1, der gemäß dem nachfolgend
beschriebenen Verfahren weiterbehandelt wird.
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In
einem ersten Schritt wird der Radrohling 1 auf einen Drehteller 5 positioniert,
wobei ein vorderes Felgenhorn 6 an einem Umfangsrand des
Drehtellers 5 anliegt. Der sich an das vordere Felgenhorn 6 anschließende Felgenbereich 4 wird
mit einer Induktionseinrichtung 7 beaufschlagt zur Erwärmung desselben
auf eine vorgegebene Umformtemperatur. Zu diesem Zweck ist die Induktionseinrichtung 7 verfahrbar
ausgebildet, wobei ein innerer Induktor 8 aus einer nicht
gezeigten Nichtbetriebsstellung in axialer Richtung in die gezeigte
Betriebsstellung unter Positionierung seiner Rohrwindungen 9 in
der Nähe
einer Innenseite 10 des Felgenbereiches 4 verbracht
wird. Ein äußerer Induktor 11 wird
in radialer Richtung aus einer äußeren Nichtbetriebsstellung
in die gemäß 1 gezeigte
Betriebsstellung verfahren, wobei Rohrwindungen 12 des äußeren Induktors 11 in
der Nähe
einer Außenseite 13 des
Felgenbereiches 4 angeordnet sind.
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Die
Rohrwindungen 9, 12 sind als wassergefüllte Rohre
ausgebildet, in denen an einer elektrischen Spannungsquelle anliegende
elektrische Leitungen verlaufen. Die elektrischen Leitungen dienen zur
Erzeugung eines hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes in axialer
Richtung, so dass der Felgenbereich 4 erwärmt wird.
Die Rohrwindungen 9, 12 können beispielsweise aus einem
Kupferrohr bestehen, in dem Kühlwasser
geführt
wird. Die Kupferrohre dienen zum einen als Abstandhalter für die elektrisch
leitenden Windungen innerhalb des Rohres 9, 12.
Ferner dienen sie zur Aufnahme des Kühlmediums zur Kühlung der
elektrischen Leitungen.
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Der
innere Induktor 8 verläuft
mit seinen Rohrwindungen 9 in Umfangsrichtung des Felgenbereiches 4 unter
Bildung eines Umschlingungswinkels von 360°. Der äußere Induktor 11 ist
halbschalenförmig
ausgebildet und verläuft
in Umfangsrichtung des Felgenbereiches 4 entlang eines
stumpfen Umschlingungswinkels, vorzugsweise entlang eines Umschlingungswinkels
von 175°.
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Die
Anzahl der Rohrwindungen 9, 12 pro Fläche bzw.
der Querschnitt der elektrischen Leitungen innerhalb der Rohrwindungen 9, 12 ist
derart bemessen, dass unterschiedliche Umformtemperaturen erzeugt
werden können
in einem ersten Axialabschnitt 14 sowie in einem sich anschließenden zweiten
Axialabschnitt 15 sowie in einem sich an den zweiten Axialabschnitt 15 anschließenden dritten
Axialabschnitt 16 des Felgenbereiches 4. Das vordere
Felgenhorn 6 wird nicht erwärmt und weist bereits die vorgegebene
Kontur und Wandstärke
auf. Es dient darüber
hinaus zur Auflage auf dem Drehteller 5.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der innere Induktor 8 und der äußere Induktor 11 so
konstruiert, dass in dem ersten Axialabschnitt 14, in dem zweiten
Axialabschnitt 15 und in dem dritten Axialabschnitt 16 die
gleiche Umformtemperatur in Höhe
von 400° C
erzeugt wird. Bei einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung
eines Radrohlings 1 kann aber auch der erste Axialabschnitt 14 auf
eine Umformtemperatur von 380° C,
der zweite Axialabschnitt 15 auf eine Umformtemperatur
von 390° C
und der dritte Axialabschnitt 16 auf eine Umformtemperatur von
400° C erwärmt werde.
Der Grad der Erwärmung hängt von
der gewünschten
Formgebung des entsprechenden Abschnitts 14, 15, 16 sowie
der Wanddicke d1 desselben ab. Die Axialabschnitte 14, 15, 16 können in
einem Bereich von 320° C
bis 450° C
erwärmt
werden.
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Während des
Erwärmungsprozesses
rotiert der Drehteller 5 zusammen mit dem Radrohling 1 entsprechend
einer vorgegebenen Drehzaha. Dabei wird der Felgenbereich 4 des
Radrohlings 1 etwa 1 Minute lang erwärmt. Nachfolgend werden der
innere Induktor 8 und der äußere Induktor 11 wieder
in die den Radrohling 1 freigebende Nichtbetriebsstellung verfahren.
Der Radrohling 1 kann nun vom Drehteller 5 entnommen
und auf eine Matrize 17 gespannt werden, wobei die Innenseite 10 des
Felgenbereichs 4 an einer Außenfläche der Matrize 17 anliegt.
Mittels eines Andrückwerkzeugs 18,
das als Andrückrolle ausgebildet
sein kann, wird nun ausgehend von einem hinteren Bereich des Felgenbereiches 4 ein
hinteres Felgenhorn 19 sowie ein Felgenbett 20 mittels Abstreckdrücken umgeformt.
Dieser Umformprozess erfolgt unmittelbar nach dem Erwärmungsprozess, so
dass der Felgenbereich 4 die vorgegebene Umformtemperatur
aufweist. Das Andrückwerkzeug 18 wird
in axialer und radialer Richtung bewegt, wobei es auf der Außenseite 13 des
Felgenbereiches 4 anliegt. Nach Erreichen des vorderen
Felgenhorns 6 – wie
aus 3 zu ersehen ist – wird das Andrückwerkzeug 18 in
radialer und axialer Richtung nach außen aus der Betriebsstellung
gebracht, so dass der Radrohling 1 unter Bildung einer
vorgegebenen Maulweite b2 sowie Wandstärke d2 des hinteren Felgenhorns 19 bzw.
des Felgenbettes 20 in seiner Endform (Leichtmetallrad)
entnommen werden kann. Nachfolgend kann nun eine Wärmebehandlung,
mechanische Bearbeitung und Lackierung des so hergestellten Leichtmetallrades
erfolgen, bevor es mit einem Reifen versehen wird.
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Nach
einer Alternative kann der Umformprozess auch durch ein Walzenwerkzeug
erfolgen. Durch den relativ hohen Umformungsgrad der Erfindung verbessern
sich die Streck- und die Dehnungswerte des Leichtmetallrades. Die
Wandstärkenaufmasse
lassen sich bis auf 0,5 mm reduzieren. Das Felgenbett kann auf Fertigmaß umgeformt
werden. Vorteilhaft sind dünnere
Rohlingskonturen mit weniger Aufmass möglich, so dass die Schruppbearbeitung
bei der mechanischen Bearbeitung nicht erforderlich ist. Mikroporen
und Erstarrungslunger werden während
des Umformprozesses verdichtet und so aus dem Legierungsmaterial
gewalzt.
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Dadurch,
dass sich das Felgenbett 20 in Richtung des vorderen Felgenhornes
konusförmig verjüngt, ist
eine Endformungsrichtung vorgegeben, die das Entformen des umgeformten
Rades erleichtert.