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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Radnaben-Rohlingen,
die nach ihrer Fertigstellung an einer Felgenseite eines Flansches
mit einem zylindrischen Felgenbund, der eine einen größten Innendurchmesser
besitzende Felgenkalotte aufweist, und gegenüberliegend an einer Radlagerseite
des Flansches mit einem eine größere Länge bzw.
Tiefe als der Felgenbund besitzenden Radlagerbund, der eine Radlagerkalotte
einschließt,
die einen gegenüber
der Felgenkalotte kleineren Innendurchmesser aufweist, ausgebildet
sind sowie optional mit einer zentralen, von der Felgenkalotte zur
Radlagerkalotte reichenden Durchlochung mit einem kleineren Durchmesser
als der Innenduchmesser der Radlagerkalotte versehen sein können, aus
einem Schmiederohling in einem relativ zueinander bewegbare, obere
und untere Werkzeughälften
mit jeweils einem darin mittig angeordneten Stempel, Dorn oder dergleichen
aufweisenden Gesenk einer Druckumformmaschine.
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Diese
spezifisch genannten Radnaben werden durch Druckumformung, wie insbesondere
durch Gesenkschmieden mit Hämmern
und Pressen, in zwei gegeneinander bewegten Werkzeughälften, den
Gesenken, hergestellt. Der Gesenkhohlraum bzw. die Gravur entspricht
der Form des herzustellenden Gesenkschmiedestücks. Die Radnaben werden hierbei
im geschlossenen Gesenk in mehreren Stufen aus dem Schmiederohling
hergestellt. Bei allen in der Praxis bekannten, üblichen Schmiedeverfahren erfolgt
das Umformen ausgehend vom Stempel durch den Materialfluss aus dem
oberen Gesenkbereich in den unteren, was anhand der den Stand der
Technik zeigenden 6 noch
näher erläutert werden wird.
Der Umformgrad ist systembedingt sehr groß und es tritt ein erheblicher
Fließwiderstand
auf, der zu einem starken Werkzeugverschleiß führt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren
zu schaffen, das bessere Umformbedingungen ermöglicht und den Werkzeugverschleiß verringert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Herstellung einer dünnwandigen
Radlagerkalotte an einen mit einem Felgenbund, einem Radlagerbund
und einem dazwischen liegendem Flansch vorkonturierten Schmiederohrling
ohne Formänderung
des Flansches, der in seiner Dicke unverändert bleibt, in einer separaten
Umformung durch mittelbare Krafteinwirkung des Stempels auf den
Querschnitt des durch die eine Werkzeughälfte in seinem Außendurchmesser
begrenzten Radlagerbundes erfolgt, wobei ein Ringspalt zwischen
dem Stempel und der den Außendurchmesser
mit einem Innendurchmesser begrenzenden Werkzeughälfte nur
durch Formänderung
des Querschnitts des Radlagerbundes bis zur fertigen Radlagerkalotte
gefüllt wird.
Indem erfindungsgemäß eine separate
Umformstufe von der Radlagerseite wirkend angeschlossen wird, wobei
ein zweiter Stempel aus der umgekehrten Richtung zum Einsatz kommt,
lässt sich
ein wesentlich geringerer und örtlich
begrenzter Umformgrad erreichen, wodurch der Werkzeugverschleiß und Maschinenausfallzeiten
verringert werden. Durch die Herstellung der Radlagerkalotte ohne Formänderung
des Flansches wird der Umformgrad wesentlich verringert.
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Bei
der Fertigung von ungelochten Radnaben mit den an der Radlagerseite
kleineren Durchmessern der dortigen Kalotten wird kein Material über den
großen
Flanschdurchmesser, wie beim herkömmlichen Verfahren unvermeidlich,
vom oberen Gesenkbereich bzw. der oberen Werkzeughälfte, ausgehend
vom Stempel, in den Ringspalt zwischen dem unteren Stempel, Dorn
oder dergleichen gedrückt.
Das Material fließt
vielmehr einen nur kurzen Weg vom oberen Stempel ausge hend nach
oben und nicht über
die gesamte Strecke vom großen
Flansch ausgehend.
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Beim
Aufweien der Radlagerkalotte eines durchlochten Schmiederohlings
von der Radlagerseite her wird die gelochte Innenbohrung entsprechend dem
Stempeldurchmesser des oberen Gesenks bzw. der oberen Werkzeughälfte aufgeweitet.
Es liegt ein Materialfluss örtlich
begrenzt nur in der Zone vor, wo der Stempel den Innendurchmesser
aufweiet, mit einem gezielten Materialfluss von innen nach außen, bis
der begrenzte Ringspalt wiederum ausgefüllt ist (vgl. 5A und 5B).
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung sieht vor, daß vor
der separaten Umformstufe von der Radlagerseite her ein Niederhalter
auf den Flansch des Schmiederohlings mit entsprechend der Flanschdicke
begrenztem Abstand zur gegenüberliegenden
Werkzeughälfte
aufgesetzt wird. Der während der
Umformung auf dem Rohling/dem Werkstück verbleibende Niederhalter
umschließt
das gesamte Material der Radlagerseite, kann aber wegen der Abstandsbegrenzung
nicht zusätzlich
den Flansch der Radnabe in der Höhe
verringern. Bei der Umformung von durchlochten Schmiederohlingen
besitzt der vorzugsweise federnd mit einer vorgewählten Niederhaltekraft
beaufschlagte Niederhalter zur Aufweitung der Radlagerkalotte einen
solchen Innendurchmesser, den die Radlagerkalotte am Außendurchmesser aufweisen
soll.
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Zur
Umformung eines gelochten Schmiederohlings wird in der separaten
Umformstufe ein Schmiederohling mit einer solchen Durchgangsbohrung
eingesetzt, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser
der Radlagerkalotte. Der bei diesem Ausgangs-Schmiederohling verwendete Stempel
ist gestuft und weist einen vorderen Längenabschnitt auf, der dem
Innendurchmesser der Durchgangsbohrung entspricht, während ein
hinterer Längenabschnitt
zur Aufweitung der Radlagerkalotte einen entsprechend größeren Durchmesser
besitzt.
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Wenn
bei durchlochten Radnaben, die typischerweise für Antriebsräder verwendet werden, vorteilhaft
ein Schmiederohling eingesetzt wird, der in Verlängerung der Felgenkalotte mit
einem dem Durchmesser der Durchgangsbohrung entsprechenden Vertiefungsabsatz
vorgesehen wird, lässt
sich zur Lochung, bevor in der separaten, nachfolgenden Umformstufe
die Radlagerkalotte ausgebildet wird, ein günstiger Massenfluss erreichen.
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Weitere
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
der Erfindung. Es zeigen:
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1 einen
vorkonturierten Schmiederohling mit in seinem oberhalb des Flansches
liegendem Felgenbund bereits ausgebildeter Felgenkalotte;
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2 in
einem Längsschnitt
einen zur Herstellung einer durchlochten Radnabe geeigneten, geschmiedeten
Radnabenrohling mit ausgebildeter Felgenkalotte und sich dieser
zur Radlagerseite hin anschließendem
Vertiefungsabsatz;
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3 den
Radnabenrohling gemäß 2 nach
dem Lochen mit einer Durchgangsbohrung;
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4 in
einem Längsschnitt
eine Ausführung
einer ungelochten Radnabe;
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4A in
einer schematischen Darstellung einen in einem Gesenk angeordneten
Schmiederohling nach 1 vor der Umformung der Radlagerkalotte;
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4B die
Anordnung nach 4A bei Beendigung der Umformstufe
zur Ausformung der Radlagerkalotte;
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5 in
einem Längsschnitt
eine Ausführung
einer gelochten Radnabe;
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5A in
einer schematischen Darstellung einen in einem Gesenk angeordneten
Schmiedrohling nach 3 vor der Umformung der Radlagerkalotte;
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5B die
Anordnung nach 5A bei Beendigung der Umformstufe
zur Ausformung der Radlagerkalotte; und
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6 in
einer schematischen Darstellung ein zum Stand der Technik zählendes
Umformverfahren zur Herstellung einer in 4 dargestellten,
ungelochten Radnabe.
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In
den 4 und 5 sind zwei für Kraftfahrzeuge
typische Radnaben-Rohlinge 10 bzw. 100 dargestellt,
die oberhalb eines Flansches 8 eine Felgenseite 1 und
unterhalb des Flansches 8 eine Radlagerseite II aufweisen.
In beiden Fällen
ist an der Felgenseite 1 ein zylindrischer, hülsenartiger
Felgenbund 9 und an der Radlagerseite II ein zylindrischer, hülsenartiger
Radlagerbund 11 ausgebildet. In den Felgenbund 9 ist
eine Felgenkalotte 12 und in den Radlagerbund 11 ist
eine Radlagerkalotte 13 eingearbeitet.
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Bei
dem Radnaben-Rohling 10 nach 4 ist mit 1 der
Außendurchmesser
des Felgenbundes 9, mit 2 der Innendurchmesser
der Felgenkalotte 12 und mit 3 der Innendurchmesser
eines sich der Felgenkalotte 12 anschließenden Vertiefungsabsatzes 14 bzw.
Vorsatzes beziffert; es können
gegebenenfalls auch mehrere Vertiefungsabsätze mit stufenweise abgesetzten
Innendurchmessern vorgesehen werden. An der gegenüberliegenden
Radlagerseite II ist mit 5 der Außendurchmesser des Radlagerbundes 11,
mit 4 der Innendurchmesser der Radlagerkalotte 13 und
mit 6 die Tiefe bzw. Länge
der Radlagerkalotte 13 beziffert; auch hier kann sich der
Radlagerkalotte 13 nach oben hin ein weiterer Vertiefungsabsatz
bzw. Fortsatz mit einem kleineren Innendurchmesser als mit 4 beziffert
anschließen.
Die Tiefe 6 bzw. Länge
der Radlagerkalotte 13 ist deutlich größer als die der Felgenkalotte 12 und
beträgt
typischerweise mehr als 10 mm. Hingegen ist der Außendurchmesser 5 der
Radlagerkalotte 13 kleiner als der Außendurchmesser 1 der
Felgenkalotte 12.
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Der
Aufbau und die Bemessungen des in 5 gezeigten
Radnaben-Rohlings 100 sind übereinstimmend mit denen nach 4,
wie zuvor beschrieben. Als Unterschied liegt allerdings vor, daß der Radnaben-Rohling 100 schon
als Schmiedeteil nach der vorhergehenden Umformstufe innen durchlocht
und mit einer Durchgangsbohrung 15 mit dem mit 7 bezifferten
Innendurchmesser durchlocht worden ist. Dieser Innendurchmesser 7 ist
kleiner als der Innendurchmesser 4 der Radlagerkalotte 13.
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Sowohl
der ungelochte Radnaben-Rohling 10 als auch der durchgelochte
Radnaben-Rohling 100 werden aus einem in 1 dargestellten,
vorkonturierten Schmiederohling 16 hergestellt, der bereits
den Flansch 8 sowie an der Felgenseite 1 die Felgenkalotte 12 und
an der Radlagerseite II das Volumen für die Ausformung der dortigen
Kalotte enthält.
Wenn ein durchgelochter Radnaben-Rohling 100 gemäß 5 hergestellt
werden soll, wird als Schmiederohling ein in den 2 und 3 dargestelltes
Zwischenprodukt eingesetzt, wobei 2 das mit
dem Felgenbund 9 vorbereitete und 3 das danach
zusätzlich
vollständig
gelochte und mit der Durchgangsbohrung 15 versehene Zwischenprodukt
zeigt. Die durchlochten Typen von Radnaben werden für die Antriebsräder von
Kraftfahrzeugen verwendet. Der Außendurchmesser des Radlagerbundes 11 dieses
Zwischenproduktes ist kleiner als der Außendurchmesser 5 der
fertigen Radlagerkalotte 13 (vgl. 5). Hingegen
entspricht bei dem Schmiederohling 16 nach 1 der
Außendurchmesser
des Radlagerbundes 11 von vornherein bereits dem Außendurchmesser 5 der
fertigen Radlagerkalotte 13.
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Beim
Vorliegen der in den 4 und 5 dargestellten
typischen Ausgangsformen mit den charakteristischen Abmaßen treten
nach dem Stand der Technik bei der Umformung zum fertigen Radnaben-Rohling 10 bzw. 100 erhebliche
Nachteile auf. Diese werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 6,
die den Umformprozeß wiedergibt,
erläutert. Von
einer weiter nicht dargestellten, gängigen Druckumform- bzw. Gesenkschmiedemaschine
sind die oberen und unteren Werkzeughälften 17a bzw. 17b in
ihrem den Radnaben-Rohling 10 einschließenden Zustand gezeigt. In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die obere Werkzeughälfte 17b mit
einem nach unten beweglichen, oberen Stempel 18 und die untere
Werkzeughälfte 17a als
Gesenk 19 ausgeführt,
wobei der Durchmesser des Stempels 18 bzw. des Schmiedewerkzeugs
dem Außendurchmesser des
Flansches 8 entspricht und die Krafteinleitung gemäß den im
Stempel 18 dick geschwärzten
Pfeilen zum Ausformen der unteren bzw. Radlagerkalotte 13 durch
den Stempel 18 erfolgt, der Kontaktfläche zum Flansch 8 des
Radnaben-Rohlings 10 ist. Die Radlagerkalotte 13 im
Radlagerbund 11 wird durch einen inneren Vorsprung im Gesenk 19 oder
hier einen dort eingesetzten Dorn 20 als Stempel erzeugt,
dessen Außendurchmesser
dem Innendurchmesser 4 der Radlagerkalotte 13 entspricht.
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Das
Umformen erfolgt durch den Materialfluss aus dem Bereich der oberen
Werkzeughälfte 17b in
den Bereich des Gesenks 19 bzw. der unteren Werkzeughälfte 17a,
ausgehend vom Stempel 18. Wie durch die großflächigen weißen Pfeile
gezeigt, kann das Material nur nach unten in einen relativ engen,
durch den Pfeil 21 angedeuteten Ringspalt fließen (vgl. 6),
da es weder zur Seite noch nach oben ausweichen kann. Bei diesem
Verfahren ist daher kennzeichnend, daß der Umformgrad in dem Ringspalt 21 zwischen
dem Dorn 20 und dem Gesenk 19 sehr groß ist, wobei
die Stempelfläche
ein Vielfaches der Ringspaltfläche
beträgt.
Diese Bedingung aufgrund des nach unten gerichteten Materialflusses
ist selbst dann ungünstig,
wenn die untere Kalotte bzw. Radlagerkalotte 13 schon in
Vorgesenkstufen vorgefertigt wurde, weil die ungünstigen und erschwerenden Umform bedingungen
dann dort auftreten und der Flächenunterschied
zwischen Stempel 18 und Ringspalt 21 auch dann
noch sehr groß ist. Zusätzlich muß das Material über die
gesamte Kontaktfläche
des unteren Gesenks 19 bis in den Ringspalt 21 fließen. Die
Folge ist nicht nur ein erheblicher Werkzeugverschleiß durch
den großen
Fließwiderstand,
insbesondere am Gesenk 19 und am dort vorhandenen Vorsprung
bzw. Dorn 20, sondern auch ein Anstieg der notwendigen
Presskraft der Gesenkschmiedemaschine in dieser Stufe.
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Um
mit deutlich leichteren Umformbedingungen und verringertem Werkzeugverschleiß zu einem in 4 dargestellten
Radnaben-Rohling 10 aus einem in einem ersten Umformvorgang
vorgeformten Zwischenprodukt (vgl. 1) zu gelangen,
wird das Zwischenprodukt mit der vorgeformten Felgenkalotte 12 des
Felgenbundes 9 in der in 4A schematisch wiedergegebenen
Lage in das hier wiederum unten angeordnete Gesenk eingesetzt. Es
wird dann ein durch Federkraft F (schematisch angedeutet) beaufschlagter
Niederhalter 22 der Werkzeughälfte 17b mit einer
vorgewählten
Niederhalterkraft von oben kommend auf den Flansch 8 der
Radnabe bzw. des Zwischenprodukts aufgesetzt. Der Niederhalter 22 ist jedoch
in seinem Abstand A entsprechend der Dicke des Flansches 8 zum
Gesenk 19 bzw. Untergesenk 17a begrenzt und kann
somit nicht zusätzlich
den Flansch 8 in seiner Dicke verringern. Außerdem schließt er mit
einem Innendurchmesser 25 einer Ausnehmung den Radlagerbund 11 ein.
Der Stempel 18 zur Ausformung der Radlagerkalotte 13 des
Radlagerbundes 11 ist bereits aufgesetzt, wobei der Querschnitt
der Stirnfläche
des Radlagerbundes 11 die Kontaktfläche bereitstellt.
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Wie
in 4B dargestellt, fährt der Stempel 18 mit
Einleitung des Umformvorgangs dann von der Radlagerseite her in
das Werkstück.
Durch die Änderung
der Krafteinleitung und Umformung, ausgehend von der Radlagerseite
her mit den kleinen Durchmessern von Radlagerbund 11 und
Radlagerkalotte 13 (vgl. 5), wird
kein Material über
den großen Durchmesser
des Flansches 8 in den Ringspalt gedrückt. Der Umformgrad ist dadurch
bedingt wesentlich geringer und das Material fließt vielmehr
den kurzen Weg von der Stirnfläche
des Stempels 18 ausgehend nach oben, wie durch die vollflächig schwarzen Pfeile
angedeutet, und nicht über
die gesamte Strecke vom großen
Flansch 8 ausgehend, bis der Ringspalt zwischen dem Stempel 18 und
der Begrenzung durch den Innendurchmesser 25 des Niederhalters 22 gefüllt ist,
wobei der Radlagerbund 11 (vgl. 1 und 4A)
des Ausgangs-Schmiederohlings 16 auf die Länge 6 der
fertigen Radlagerkalotte 13 gebracht wird.
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Alternativ
zum beschriebenen und dargestellten Umformprozeß können, wenn das Zwischenprodukt
nicht um 180° gewendet
werden soll, der obere Stempel 18 und der Niederhalter 22 unten
angeordnet sein, wobei der Niederhalter 22 bei feststehendem
Stempel 18 nach unten ausweichen würde. Die Anwendung des Rückwärts-Fließpressens
mit Niederhalter für
die Herstellung der Radlagerkalotte auf der Radlagerseite verringert
bei Serienprodukten den Werkzeugverschleiß und die Maschinenausfallzeiten.
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Die
gleichen erleichterten Umformbedingungen mit verringertem Werkzeugverschleiß wie zuvor beschrieben
lassen sich erreichen, wenn ein Radnaben-Rohling 100 gemäß 5 ausgehend
von einem aus einem gemäß den 2 und 3 vorgeformten
Zwischenprodukt hergestellt werden soll. Der Werkzeugaufbau und
die Verfahrensabläufe
mit entweder sich in Richtung Flansch 8 bewegendem Stempel 118 oder
ausweichendem Niederhalter 22 stimmen mit denen nach den 4A/B überein.
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Abweichend
ist hier lediglich die Ausbildung des Stempels 118, der
einen gegenüber
einem Vorderabschnitt 24 im Durchmesser geringeren Nachfolgeabschnitt 23 besitzt,
wobei der Durchmesser des Vorderabschnitts 24 dem Innendurchmesser 7 der Durchgangsbohrung 15 und
der Durchmesser des Nachfolgeabschnitts 23 dem Innendurchmesser 4 der
Radlagerkalotte 13 entspricht.
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Wenn
nach dem Ausformen des Felgenbundes 9 mit der Felgenkalotte 12 mittels
des Dorns 20 bzw. kleinen Stempels im Gesenk 19 (vgl. 5A)
in der separaten Umformstufe der wiederum von der Radlagerseite
her in die Durchgangsbohrung 15 des Schmiedeteils von oben
kommende Stempel 118 eintaucht, wird bei der Umformung
mittels des im Durchmesser größeren Nachfolgeabschnitts 23 die
Radlagerseite nur im Bereich des Radlagerbundes 11 aufgeweitet,
wie durch die radial verlaufenden Pfeile in 5B angedeutet.
Der Niederhalter 22 besitzt auch hier einen Innendurchmesser 25,
der dem Außendurchmesser 5 der
Radlagerkalotte 13 bzw. des Radlagerbundes 11 entspricht.
Hingegen wird die Durchgangsbohrung 15 im Wirkungsbereich
des Vorderabschnitts 24 des Stempels 118 maßlich nicht
verändert.
Die in 5B eingezeichneten Pfeile verdeutlichen
weiterhin, daß auch
hier wiederum kein vom Flansch 8 ausgehender Materialfluss
entsteht und der Umformgrad sehr gering sowie örtlich auf die Zone begrenzt
ist, wo der Stempel 118 mit seinem Nachfolgeabschnitt 23 den
Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 15 aufweitet.
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Durch
das Fertigschmieden von der Radlagerseite einer Radnabe her und
damit dort, wo im Gegensatz zur Felgenseite kleine Durchmesser vorliegen,
werden kurze Fließwege
vom kleinen Dorn bzw. Stempel der als Gesenk ausgebildeten Werkzeughälfte zur
anderen Seite hin erreicht, so daß sich insgesamt erleichterte
Umformbedingungen mit entsprechend verringertem Werkzeugverschleiß ergeben.