DE102006044269B4

DE102006044269B4 - Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades

Info

Publication number: DE102006044269B4
Application number: DE200610044269
Authority: DE
Inventors: Bernhard Lamprecht
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: DE102006044269A1; WO2008034564A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (1), bei dem die Radschüssel (1) durch Fließpressen eines aus Flachmaterial zugeschnittenen Rohlings (12) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachmaterial ein Stahlblech ist, dass der Rohling (12) in einer Pressform (14, 16) zenral platziert wird und durch das Fließpressen eine Achsaufnahmeöffnung (4) oder eine zentrale Schwachstelle (26) in dem Rohling (12) geformt wird und Material des Rohlings (12) von der Mitte in einen Randbereich (21) der Pressform (14, 16) gedrängt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades, insbesondere zur Herstellung der Radschüssel eines Scheibenrades.
Ein aus Radschüssel und Felge zusammengesetztes Fahrzeugrad ist zum Beispiel aus DE 40 12 501 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Rad hat die Radschüssel einen umlaufenden Außenbereich, dessen Wandstärke kleiner ist als diejenige eines Innenbereiches der Radschüssel. Um eine solche Radschüssel herzustellen, wird vorgeschlagen, Außen- und Innenbereich getrennt zu fertigen und zusammenzuschweißen oder die Radschüssel aus einer Blechplatte herzustellen, die bereichsweise unterschiedliche Stärken besitzt. Wie Außen- und Innenbereich bzw. die Blechplatte mit bereichsweise unterschiedlichen Stärken auf wirtschaftliche Weise erhalten werden sollen, ist nicht erläutert. Beide Vorschläge sind arbeitsaufwändig und dementsprechend kostspielig, der eine, weil er die getrennte Anfertigung von Außen- und Innenbereich sowie einen zusätzlichen Arbeitsschritt des Verschweißens der beiden Bereiche erfordert, der andere, weil er die speziell anzufertigende Blechplatte mit bereichsweise unterschiedlichen Stärken benötigt.
Aus DE 42 16 158 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel bekannt, bei dem zunächst ein Strangpressprofil angefertigt wird, welches im Wesentlichen schon die Grobkontur der späteren Radschüssel aufweist, und zum Fertigstellen der Radschüssel wird eine Scheibe von dem Strangprofil abgeschnitten und durch Fließpressen in die gewünschte endgültige Form gebracht.
Auch dieses Verfahren ist aufwändig, da die Herstellung einer Radschüssel zwei spezifische Sätze von Formen erfordert, zum einen eine Strangpressform und zum anderen Gesenk- und Stempelformen für das Fließpressen. Darüber hinaus besteht das Problem, dass die Masse der abgetrennten Scheibe sehr eng toleriert sein muss, um sicherzustellen, dass die Scheibe die Fließpressformen exakt ausfüllt. Enthält die Scheibe zu wenig Material, können Hohlräume in der Fließpressform verbleiben, die an der Oberfläche der fertigen Radschüssel Aussparungen bilden. Diese Aussparungen schwächen die Struktur der erhaltenen Radschüssel und können sie unbrauchbar machen. Da an den Aussparungen das Material der Radschüssel nicht gepresst wird, weicht die Oberflächenbeschaffenheit in den Aussparungen von benachbarten Bereichen der Radschüssel ab und führt so zu Mängeln im Erscheinungsbild der Radschüssel, die auch dann deutlich sichtbar sind, wenn die Belastbarkeit der Radschüssel durch die Aussparung nur unwesentlich beeinträchtigt ist. Ist die Masse der Scheibe hingegen zu groß, kann die Form nicht ordnungsgemäß schließen.
Auch DE 30 03 338 A1 erwähnt die Möglichkeit, das Mittelteil eines Rades durch Fließpressen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herzustellen.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE 26 47 464 A1 bekannt. Hier wird zur Herstellung der Radschüssel eine Ronde aus einer Blechtafel oder einem Blechstreifen ausgestanzt, wobei gleichzeitig in der Ronde eine Achsöffnung ausgestanzt wird. Dabei entsteht Verschnitt, dessen Materialstärke derjenigen des ursprünglichen Blechs entspricht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel durch Fließpressen anzugeben, das den anfallenden Verschnitt minimiert.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rohling, aus dem die Radschüssel durch Fließpressen geformt wird, durch Zuschneiden aus Flachmaterial, nämlich Stahlblech, erhalten wird, und dass durch das Fließpressen des in einer Pressform zentral platzierten Rohlings Material des Rohlings radial nach außen gedrängt und eine Achsaufnahmeöffnung oder eine zentrale Schwachstelle, aus der in einem Nachbearbeitungsschritt die Achsaufnahmeöffnung geschaffen werden kann, in dem Rohling geformt wird. Die durch Zuschneiden aus Flachmaterial erhaltenen Rohlinge haben homogen die Stärke des Flachmaterials, und ihre Fertigung, zum Beispiel durch Ausstanzen, erfordert allenfalls wenig prozessspezifische und dementsprechend preiswerte Werkzeuge. Da das Flachmaterial mit eng tolerierter Stärke verfügbar ist, können durch Ausstanzen mit einer gleichen Form Rohlinge mit entsprechend eng tolerierter Masse erhalten werden, die eine Fließpressform exakt ausfüllen. Das Verdrängen des Materials nach außen während des Fließpressens hat zur Folge, dass wenn die Masse des Rohlings geringfügig kleiner ist, als dem Fassungsvermögen der zum Fließpressen verwendeten Form entspricht, an der fertigen Radschüssel keine Schwachstellen auftreten, sondern allenfalls an einem äußeren Randbereich der Radschüssel kleine Materialmengen fehlen. Da im Allgemeinen die Radschüssel zu einem Rad vervollständigt wird, indem ein Felgenring mit einer Seitenfläche des äußeren Randbereiches der Radschüssel in Kontakt gebracht wird und an diesem verschweißt wird, führt eine Streuung der Masse der Rohlinge allenfalls zu einer entsprechenden Streuung der Breite des Randbereiches. Diese kann jedoch ohne Schwierigkeiten auf ein Maß begrenzt werden, das für die Funktionsfähigkeit und Sicherheit des fertigen Rades ohne Bedeutung ist. Da zur Erzeugung der Achsaufnahmeöffnung kein Material oder allenfalls Material mit einer kleineren Wandstärke als der des ursprünglichen Rohlings entfernt wird, ist der Verschnitt gering.
Der Rohling hat vorzugsweise die Form eines Rings oder einer Kreisscheibe mit einer zentralen Öffnung, die kleiner als eine vorgesehene Achsaufnahmeöffnung ist.
Der Durchmesser der Radscheibe ist vorzugsweise größer als der des Rohlings, aus dem sie geformt wird. Während beim Tiefziehen eines Rohlings zu einer im Durchmesser kleineren Radscheibe das Problem auftreten kann, dass Randbereiche des Rohlings in Umfangsrichtung gestaucht wird und dabei Falten bildet, ist eine solche Stauchung und damit verbundene Faltenbildung ausgeschlossen, wenn im Laufe der Umformung des Rohlings zur Radscheibe der Durchmesser zu- statt abnimmt.
Um Masse und Trägheitsmoment der Radschüssel zu minimieren, wird die Radschüssel vorzugsweise mit einer Wandstärke geformt, die in einem in radialer Richtung inneren Bereich der Radschüssel größer ist als in einem äußeren Bereich derselben. Da das Wand dickenprofil der Radschüssel aus dem Fließpressvorgang resultiert, ist keine arbeitsaufwändige Bereitstellung von vorprofilierten Rohlingen wie in DE 40 12 501 A1 erforderlich. Insbesondere wird eine ausgezeichnete Ausnutzung des eingesetzten Flachmaterials erreicht, wohingegen in dem Fall, dass ein dickenprofilierter Rohling durch Verschweißen eines dickwandigen zentralen Bereichs mit einem umgebenden dünnwandigen Ring nach dem Vorbild von DE 40 12 501 A1 verschweißt wird, vor allem aus dem dünneren Flachmaterial durch Ausstanzen einer Öffnung zum Aufnehmen des zentralen Bereichs ein hoher Anteil an Verschnitt erzeugt würde.
Um ein komplettes Scheibenrad zu bilden, wird vorzugsweise ein Randbereich der Radschüssel mit einem Felgenring verschweißt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Fahrzeugrad;
2 eine frontale Ansicht der Radschüssel des Fahrzeugrades aus 1;
3 bis 6 Stadien der Fertigung der Radschüssel gemäß einem ersten Verfahren; und
7 und 8 Fertigungsstadien gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens.
Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeugrad besteht aus zwei aus Stahlblech geformten Teilen, einer Radschüssel oder Radscheibe 1 und einem Felgenring 2. Die Radschüssel 1 ist zusätzlich in 2 in einer halben Draufsicht gezeigt. In einem zentralen Bereich 3 der Radschüssel 1 ist mittig eine Achsaufnahmeöffnung 4 gebildet, und auf einem zu der Achsaufnahmeöffnung 4 konzentrischen Kreis sind fünf geschäftete Schraubenlöcher 5 verteilt. Ein in Bezug auf den zentralen Bereich 3 in axialer Richtung versetzter äußerer Bereich 6 ist durch mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Öffnungen 7 in Radspeichen 8, hier fünf Stück, unterteilt. Die äußeren Enden der Radspeichen 8 gehen einteilig über in einen umlaufenden Randbereich 9, der sich in dem Schnitt der 1 im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckt. Die Außenseite des Randbereiches 9 ist in flächigem Kontakt mit einem Bett 10 des Felgenringes 2.
Radschüssel 1 und Felge 2 sind zusammengehalten durch eine Schweißnaht 11, die sich entlang einer äußeren Kante des Randbereiches 9 erstreckt.
Um das Gewicht des Rades ohne Einbuße an Belastbarkeit zu minimieren, nimmt die Materialstärke der Radschüssel 1 vom zentralen Bereich 3 über den äußeren Bereich 6 zum Randbereich 9 hin kontinuierlich ab.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Fertigung des in 1 und 2 gezeigten Fahrzeugrades wird anhand der 3 bis 6 erläutert. Das Verfahren geht aus von einem aus Stahlblech gestanzten, kreisrunden Rohling 12 mit einer zentralen Öffnung 13. Der Rohling 12 wird wie in 3 gezeigt auf einem Pressstempel 14 platziert, wobei er durch Eingriff eines zentralen Dornes 15 des Pressstempels 14 in die Öffnung 13 zentriert ist. Dem Pressstempel gegenüberliegend ist eine Matrize 16 angeordnet, die zusammen mit dem Pressstempel 14 eine Hohlform zum Formen der Radschüssel 1 bildet. Der Durchmesser des Rohlings 12 ist kleiner als der einer zentralen Aussparung der Matrize 16, der den Durchmesser der aus dem Rohling zu formenden Radscheibe vorgibt.
Wenn Pressstempel 14 und Matrize 16 aufeinander zu bewegt werden, wird zunächst, wie in 4 gezeigt, ein axialer Versatz zwischen zentralem Bereich 3 und äußerem Bereich 6 des Rohlings 12 ausgeprägt. Schließlich beginnen den Schraubenlöchern 5 entsprechende Dorne 17, in Aussparungen 18 der Matrize 16 einzudringen (5), wobei zwischen der Spitze jedes Dornes 17 und dem Boden der gegenüberliegenden Aussparung 18 Material des Rohlings 12 zu den Seiten verdrängt wird, um jeweils einen das spätere Schraubenloch 5 umgebenden Schaft 19 zu bilden. Verdrängtes Material kann ferner in einen Ringraum 20 rings um den zentralen Dorn 15 eindringen und dort beginnen, einen die Achsaufnahmeöffnung 4 umgebenden Schaft zu bilden.
Wenn Stempel und Matrize noch weiter aufeinander zu bewegt werden, beginnen sie zunächst im äußeren Bereich 6, das Material des Rohlings 12 zwischen sich einzuklemmen, wodurch das Material gezwungen ist, in einen noch leeren Randbereich 21 der Form auszuweichen. Auf diese Weise wächst durch Fließen des Materials des Rohlings 12 während des Zusammenpressens der Formen 14, 16 der Randbereich 9 der Radschüssel. Da die Breite des Zwischenraums zwischen den Formen 14, 16 nach außen hin kontinuierlich abnimmt, wird auch das sich in den leeren Randbereich 21 ausbreitende Material zwischen den Formen 14, 16 immer weiter zusammengedrückt, so dass es sich auch dort an die Formen 14, 16 exakt anschmiegt. So wird durch das Fließpressen ein Zwischenprodukt erhalten, das überall hohe Oberflächenqualität und zumindest in den zentralen Bereichen 3, 6 eine hohe Maßgenauigkeit aufweist. Was den Randbereich 9 angeht, so kann dessen Breite in axialer Richtung in Abhängigkeit von Massenfluktuationen der eingesetzten Rohlinge 12 geringfügig variieren, nicht aber der Außendurchmesser und die Qualität seiner äußeren Umfangsfläche.
Nach dem Fließpressen müssen im Wesentlichen nur noch die Öffnungen 7 geschnitten werden, um die Radschüssel 1 fertig zu stellen.
Aufgrund der hohen Maßgenauigkeit des Außendurchmessers und der guten Oberflächenqualität des Randbereichs 9 kann der Felgenring 2 am Randbereich 9 mühelos exakt positioniert werden. Beim anschließenden Anschweißen des Felgenrings 2 an den Randbereich 9 der Radschüssel stören eventuelle kleine Fluktuationen der Breite des Randbereichs 9 nicht.
Bei einer in den 7 und 8 dargestellten abgewandelten Ausgestaltung des Verfahrens kommt ein geringfügig modifizierter Pressstempel 14 zum Einsatz. Bei diesem Pressstempel 14 ist der zentrale Dorn 15 gegliedert in einen Sockelabschnitt 22, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Achsaufnahmeöffnung 4 an der fertigen Radschüssel 1 entspricht, und einen von dem Sockelabschnitt 22 zentral abstehenden Stift 23. Eine zentrale Öffnung 13 des Rohlings 12 ist passend zum Stift 23 dimensioniert. Wenn Pressstempel 14 und Matrize 16 gegeneinandergepresst werden, rückt der Stift 23 in eine zentrale Bohrung 24 der Matrize 16 ein, die von einer flachen Aussparung 25 umgeben ist. Material des Rohlings 12, das zwischen dem Sockelabschnitt 22 und dem Boden der Aussparung 25 zusammengepresst wird, ist gezwungen, radial nach außen auszuweichen und so den die Achsaufnahmeöffnung 4 der fertigen Radschüssel 1 umgebenden Schaft zu bilden.
Wenn Pressstempel 14 und Matrize 16 bis zum Anschlag gegeneinandergedrückt sind, wie in 8 dargestellt, bleibt zwischen dem Sockelabschnitt 22 und dem Boden der Aussparung 25 allenfalls eine dünne Membran 26 zurück, die nach dem Fließpressen mit geringem Aufwand beseitigt werden kann, um die Achsaufnahmeöffnung 4 freizulegen.
Während bei der Fertigung des Rohlings für das Verfahren der 3 bis 6 ein der Öffnung 13 entsprechendes Abfallmaterialstück mit der ursprünglichen Materialstärke des Rohlings entsteht, geht bei dem Verfahren gemäß 7 und 8 lediglich das Material der Membran 26 als Abfall verloren. Die Materialausnutzung ist daher verbessert.

1: Radschüssel
2: Felgenring
3: zentraler Bereich
4: Achsaufnahmeöffnung
5: Schraubenloch
6: äußerer Bereich
7: Öffnung
8: Radspeiche
9: Randbereich
10: Bett
11: Schweißnaht
12: Rohling
13: Öffnung
14: Pressstempel
15: Dorn
16: Matrize
17: Dorn
18: Aussparung
19: Schaft
20: Ringraum
21: Randbereich
22: Sockelabschnitt
23: Stift
24: Bohrung
25: Aussparung
26: Membran

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (1), bei dem die Radschüssel (1) durch Fließpressen eines aus Flachmaterial zugeschnittenen Rohlings (12) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachmaterial ein Stahlblech ist, dass der Rohling (12) in einer Pressform (14, 16) zenral platziert wird und durch das Fließpressen eine Achsaufnahmeöffnung (4) oder eine zentrale Schwachstelle (26) in dem Rohling (12) geformt wird und Material des Rohlings (12) von der Mitte in einen Randbereich (21) der Pressform (14, 16) gedrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (12) ringförmig oder kreisscheibenförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (1) mit einem größeren Durchmesser als dem des Rohlings geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (1) mit einer Wandstärke geformt wird, die in einem in radialer Richtung inneren Bereich (3) der Radschüssel (1) größer ist als in einem äußeren Bereich (6, 9) derselben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (9) der Radschüssel (1) mit einem Felgenring (2) verschweißt wird, um ein Scheibenrad zu bilden.