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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrads,
dessen Radscheibe aus Blech hergestellt wird.
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Die
Formgebung von Fahrzeugrädern
ist durch eine kaum überschaubare
Vielfalt von Stylingvarianten gekennzeichnet. Gusstechnische Herstellungsverfahren
eröffnen
weite Gestaltungsmöglichkeiten,
wodurch sich räumlich
komplexe Formgebungen verwirklichen lassen. Bei Fahrzeugrädern, deren Radscheibe
aus Blech hergestellt wird, ist die Verwirklichung räumlich komplexer
Formgebungen hingegen ungleich schwieriger, so dass sich im Vergleich
zu Gussrädern
deutliche Einschränkungen beim
Styling ergeben.
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In
der
WO 2005/089977
A wird ein Stahlstrukturrad beschrieben, dessen räumlich komplexe Lüftungsöffnungen
in mehreren Schritten in eine fertiggeformte oder weitestgehend
fertiggeformte Radscheibe geschnitten werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Fahrzeugrads mit einer aus Blech hergestellten Radscheibe
anzugeben, das vielfältige
Gestaltungsmöglichkeiten
in Bezug auf das Styling erlaubt und insbesondere eine räumlich komplexe
Formgebung gestattet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Zur
Herstellung der Radscheibe wird zunächst eine flache Blechplatine
bereitgestellt. Deren Außenumfang
entspricht einer Abwicklung der späteren Radscheibe. Dies hat
den Vorteil, dass der Außenumfang
der Platine im weiteren Verlauf nicht mehr beschnitten werden muss.
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Diese
Platine wird durch Tiefziehen eines Mittelabschnitts in eine Zwischenform
gebracht. Die Zwischenform entspricht in etwa bereits dem Mittelabschnitt
der fertigen Form. Hernach erfolgt ein Lochen der Platine, wobei
die Löcher
sich bis in den Bereich des Außenrandes
der Platine erstrecken.
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Anschließend erst
wird der Außenrandbereich
der Platine aus der abgewickelten Form in die fertige Form umgeformt.
Die vorstehend genannten Löcher
werden daher so bemessen, dass sich unter Berücksichtigung der nachfolgenden
Umformung die gewünschte
Endform ergibt. Hierdurch vermeidet man ein mehrdimensionales Lochen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung
der Erfindung können
die Löcher
nach dem Umformen des Außenrandbereichs
beschnitten werden. Das Beschneiden kann gegebenenfalls auch in
mehreren Schritten erfolgen.
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Dabei
ist es weiterhin möglich,
zwei benachbarte, getrennte Löcher
miteinander zu einem Lüftungsloch
zu verbinden oder bestehende Löcher
abschnittsweise zu vergrößern.
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Dabei
kann ein zwischen zwei Löchern
nach dem Lochen bestehender Steg erst nach dem Umformen des Außenrandbereichs
in die fertige Form entfernt werden, wodurch randnahe und große Lüftungsöffnungen
an Stahlstrukturrädern
möglich
werden. insbesondere lässt
hierdurch auch ein ausgeprägtes
Speichendesign an einem aus Blech gefertigten Rad realisieren.
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Prinzipiell
können
jedoch zwei Löcher
auch durch ein weiteres Lochen miteinander verbunden werden, wobei
dies sowohl vor als auch nach dem Umformen des Außenrandbereichs
in die fertige Form erfolgen kann.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Kanten
der Löcher angedrückt. Hierdurch
kann zum einen das Erscheinungsbild verbessert werden. Zum anderen
können so
nach dem Lochen oder Stanzschneiden etwaig stehen gebliebene Grate
beseitigt werden.
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Vorzugsweise
kommen hierzu Formstempel zum Einsatz, welche an die räumliche
Kontur der Löcher
angepasst sind. Diese drücken
umlaufend gegen die Kanten der Löcher.
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Bevorzugt
während
dieses Vorgangs, gegebenenfalls aber auch in einem anderen Fertigungsschritt,
wird der äußere Rand
des Außenrandbereichs
mittels eines Andruckrings umlaufend in Form gedrückt, wobei
die Platine durch einen Niederhalter festgehalten wird.
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Zur
Verbesserung des Rundlaufs kann weiterhin vorgesehen werden, den
bereits umgeformten äußeren Rand
der Platine in einer geschrägten
Ringform mit einem Winkel zur Mittelachse der Radscheibe anzustellen,
d.h. mit einem Winkel von etwa 5 bis 20° einwärts zu biegen.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bereits
während
des Tiefziehens des Mittelabschnitts Kalotten für Radschraubenöffnungen
vorgezogen. Diese werden in einem weiteren Fertigungsschritt, beispielsweise während des
Umformens des Außenrandbereichs der
Platine, abschnittsweise zurückgeformt,
um entsprechende Auflageflächen
für Radmuttern
bzw. Radschrauben auszubilden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1A ein
Vorziehen einer Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten
Formwerkzeug,
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1B eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine im vorverformten Zustand,
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2A ein
Tiefziehen des Mittelabschnitts der Radscheibenplatine in einem
im Schnitt dargestellten Formwerkzeug,
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2B eine
Ansicht auf die eingezogene und in ihrem Mittelabschnitt umgeformte
Radscheibenplatine,
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3 eine
Ansicht auf die noch nicht fertig umgeformte Radscheibenplatine
mit Kennzeichnung von in diese einzubringenden Löchern,
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4A ein
Umformen eines Außenrandbereichs
der Radscheibenplatine in die fertige Form in einem im Schnitt dargestellten
Formwerkzeug,
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4B eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine mit umgeformtem Außenrandbereich,
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5 eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine mit zu beschneidenden Löchern,
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6 eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine mit weiter zu beschneidenden
Stegen,
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7A ein
Andrücken
von Kanten der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Werkzeug,
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7B eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine mit anliegenden Andruckwerkzeugen,
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8A ein
Anstellen des Außenrandbereichs
der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Werkzeug,
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8B eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine mit Kennzeichnung der Bearbeitungsflächen,
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9A ein
Prägen
des Mittelzentrums der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Werkzeug,
und in
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9B eine
Ansicht auf die Radscheibenplatine mit Kennzeichnung der Bearbeitungsflächen.
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Die 1 bis 9 zeigen
beispielhaft ein Verfahren, mit dem sich ein Stahlstrukturrad mit
einer aus Blech gefertigten Radscheibe herstellen lässt. Die
zugehörige
Radfelge wird in herkömmlicher
Weise gefertigt und mit der Radscheibe in bekannter Art und Weise
verbunden.
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Das
Fertigungsverfahren für
die Radscheibe 1 geht von einer flachen Blechplatine aus,
deren Außenumfang
einer Abwicklung der fertigen Radscheibe entspricht. Die Ausgangsform
der Platine berücksichtigt
die nachfolgenden Umformschritte, so dass ein außenseitiger Beschnitt der Platine
im weiteren Fertigungsablauf nicht erforderlich ist.
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Die
zunächst
flache Radscheibenplatine wird in ein Presswerkzeug zwischen einen
Stempel 2 und eine Matrize 3 eingebracht und zunächst lediglich
in ihrem Mittelabschnitt 4 tiefgezogen, wie dies in den 1A und 1B dargestellt
ist. Hierbei können
im Mittelabschnitt 4 Kalotten 5 ausgebildet werden.
Der Außenrandbereich 6 der
Platine bleibt im ersten Tiefziehschritt hingegen im Wesentlichen
flach.
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In
einem weiteren Tiefziehschritt, der in den 2A und 2B dargestellt
ist, wird der Mittelabschnitt 4 in einem weiteren Presswerkzeug 7 im
wesentlichen fertiggezogen, wobei der Außenrandbereich 6 weiterhin
im wesentlichen unverformt bleibt. Durch die Umformung des Mittelabschnitts 4 ist
jedoch, wie anhand eines Vergleichs der 1B und 2B zu
erkennen ist, der Außenrand 8 der
Radscheibenplatine radial etwas nach innen eingezogen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
wird in dem Mittelabschnitt 4 eine Speichenstruktur ausgebildet, wobei
in die Speichen räumlich
komplex ausgebildet sein können.
Die dargestellte Speichenkonfiguration dient jedoch lediglich dem
Zweck der Veranschaulichung einer räumlich komplexen Formgebung.
Anstelle derselben sind auch andere, insbesondere dreidimensional
umgeformte Gestaltungen möglich.
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An
der noch nicht fertig gestellten Kontur der Radscheibenplatine werden
anschließend,
wie in 3 angedeutet, eine Vielzahl von Löchern 9 hergestellt,
indem entsprechende Öffnungen
beispielsweise ausgestanzt werden. Die Löcher 9 sind vorzugsweise
in einem im Wesentlichen flachen Abschnitt der Radscheibenplatine
vorgesehen und können
sich bis in den zunächst
nicht oder allenfalls geringfügig
umgeformten Außenrandbereich 6 erstrecken.
Die Kontur der Löcher 9 kann
dabei bereits unter Berücksichtigung
einer nachfolgenden Umformung des Außenrandbereichs 6 vorgegeben
werden. Hierdurch ist es möglich,
Lüftungslöcher mit
einem später
räumlich
komplexen Rand in einem einfachen Arbeitsgang herzustellen.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Löcher 9 jeweils
zwischen vorgewölbten Speichen
der Radscheibenplatine angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, für ein Lüftungsloch
zunächst zwei
separate Löcher 9 herzustellen,
die in einem weiteren Schritt miteinander verbunden werden. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
sind jeweils zwei dieser Löcher 9 zwischen
benachbarten Speichen durch einen radial nach außen verlaufenden Steg 10 voneinander
getrennt. Hierdurch wird für
das nachfolgende Umformen des Außenrandbereichs 6 eine
Formstabilisierung erzielt und ein sauberes Umformen des Außenrandbereichs 6 ermöglicht.
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Die 4A und 4B zeigen
das Umformen des Außenrandbereichs 6,
der gegenüber
der Haupterstreckungsebene der Radscheibenplatine um etwa 90° topfartig
umgebogen wird. Der Außenrandbereich 6 der
Radscheibenplatine wird hierbei aus der abgewickelten Form in die
fertige Form abgestellt. Hierzu wird die Radscheibenplatine mittels
eines Niederhalters 11 gegen eine Matrize 12 gedrückt. Der über die
so gebildete Form 14 hinausstehende Außenrandbereich 6 wird
mittels eines Abkantrings 13 an den Außenumfang der radial etwas
kleineren Matrize 12 angelegt. Der Abkantring 13 kann
hierbei am Außenumfang
des Niederhalters 11 geführt sein.
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Während dieses
Vorgangs können
ferner die bereits vorgezogenen Kalotten 5 abschnittsweise
zurückgeformt
werden, wie dies in 4A erkennbar ist. Dazu ist in
der Form 14 ein Formstempel 15 bewegbar geführt, der
durch Druckbeaufschlagung die ursprüngliche Vorwölbung der
Kalotten 5 in entgegengesetzter Richtung etwas eindrückt, so
dass diese eine gewünschte
Wölbung
erhalten.
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5 zeigt
die Radscheibenplatine nach dem Umformen des Außenrandbereichs 6,
der einen umlaufenden Radkranz bildet. In diesem Zustand erfolgt
nun ein Beschneiden der Löcher 9,
wobei die jeweils zwischen zwei benachbarten Löchern 9 verlaufenden
Stege 10 im Wurzelbereich 17 der Speichen 16 durchtrennt
werden. Gleichzeitig kann ein Mittenloch 18 hergestellt
werden. Der in 5 angedeutete Beschnitt erfolgt
vorzugsweise durch ein senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der
Radscheibenplatine geführtes
Stanzwerkzeug.
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Durch
einen weiteren Beschnitt 19 in einer Richtung in oder parallel
zur Haupterstreckungsebene der Radscheibenplatine können, wie
in 6 gezeigt, die verbleibenden Reste der Stege 10 vollständig entfernt
werden, so das die Fläche
von zwei benachbarten Löchern 9 sowie
eines Steges 10 ein Lüftungsloch 20 mit
einem räumlich
komplexen, das heißt
sich in drei Raumrichtungen erstreckenden Rand 21 bildet,
der in einem Stanzschritt nicht herstellbar wäre. Die Speichen 16 bleiben
hierbei über den
umlaufenden Radkranz miteinander verbunden.
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Die
so hergestellte Radscheibe kann in der nachfolgend erläuterten
Art und Weise fertigbearbeitet werden. Insbesondere kann eine Oberflächennachbehandlung
erfolgen sowie eine Kalibrierung der Schnittstellen derselben vorgenommen
werden.
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Bei
dem oben beschriebenen Lochen und Beschneiden der Löcher 9 können an
denselben Grate zurückbleiben,
die beispielsweise in herkömmlicher
Art und Weise entfernt werden können.
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Erfindungsgemäß ist zur
Nachbearbeitung der Lüftungslöcher 20 jedoch
vorgesehen, die Kanten 21 derselben anzudrücken. Hierzu
wird die Radscheibe 1 in eine Werkzeugform 22 eingelegt,
in der sich mindestens ein an die Form des Lüftungslochs 20 angepasster
Formstempel 23 befindet. Wie in 7A gezeigt,
wird der Formstempel 23 durch Druckbeaufschlagung gegen
die betreffende Kante 21 des Lüftungslochs 20 gepresst,
wodurch diese geglättet
wird. Vorzugsweise ist, wie 7B entnommen
werden kann, für
jedes Lüftungsloch 20 ein
eigener Formstempel 23 zum Anfassen vorgesehen.
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Gleichzeitig
kann der Außenrand 8 des
Außenrandbereichs 5 mittels
eines Andruckrings 24 gegen die die Radscheibe 1 aufnehmende
Werkzeugform 22 in Form gedrückt werden. Der innere Rand 25 der
Mittenöffnung 18 kann
in entsprechender Art und Weise in Form gedrückt werden.
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In
einem weiteren Schritt kann der umgebogene Außenrandbereich 5 der
der Radscheibe 1 zur Radmitte hin etwas angestellt werden,
wie dies in 8A gezeigt ist. Hierdurch wird
eine hohe Rundlaufgenauigkeit an der Radscheibe 1 erzielt.
Die in eine weitere Werkzeugform 26 eingespannte Radscheibe 1 wird
hierfür
relativ zu einem Anstellring 27 verfahren, der eine sich
konisch verjüngende Öffnung 28 aufweist.
Am Außenumfang
der Werkzeugform 26 ist ein entsprechender Konus 29 mit
dem gewünschten
Anstellwinkel ausgebildet. Werden die Werkzeugform 26 und
der Anstellring 27 gegeneinander verfahren, so wird der
umgebogen Außenrandbereich 6 mittels
der sich konisch verjüngende Öffnung 28 des
Anstellrings 27 gegen den Konus 29 der Werkzeugform 26 gedrückt. Geeignete
Anstellwinkel liegen im Bereich von etwa 5 bis 20° bezogen
auf die Radmittelachse.
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Vorzugsweise
parallel hierzu, gegebenenfalls jedoch auch in einem weiteren Schritt,
wird der innere Rand 25 der Mittenöffnung 18 mittels
eines in der Werkzeugform 26 geführten Stempels 30 durchgestellt,
wodurch um die Mittenöffnung 18 ein
Kragen 31 gebildet wird.
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In
einem weiteren Fertigungsschritt, der in den 9A und 9B dargestellt
ist, werden in einem Presswerkzeug 32 die Kalotten 5 sowie
zwischen diesen befindlichen Radanlageflächen 33 um die Mitte
der Radscheibe 1 durch Drücken kalibriert. Zudem werden
an den Kalotten 5 Öffnungen 34 zur Aufnahme
von Radschrauben geschnitten. Hierzu kann in ein aus einem Unterteil 35 und
einem Niederhalter 36 gebildetes Presswerkzeug 32 eine
Backe 37 lösbar
eingelegt werden, welche die Form der Anlageflächen 35 um die Kalotten 5 vorgibt.
Ferner ist in dem Presswerkzeug 32 ein Loch- und Formstempel 38 zum
Schneiden bzw. Stanzen der Öffnungen 34 bewegbar
geführt.
An der Backe 37 kann ein Vorsprung 39 vorgesehen
werden, mit dem die Mittenöffnung 18 verprägt wird.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- Radscheibe
- 2
- Stempel
- 3
- Matrize
- 4
- Mittelabschnitt
der Radscheibe
- 5
- Kalotte
- 6
- Außenrandbereich
der Radscheibe
- 7
- Presswerkzeug
- 8
- Außenrand
der Radscheibe
- 9
- Loch
- 10
- Steg
- 11
- Niederhalter
- 12
- Matrize
- 13
- Abkantring
- 14
- Werkzeugform
- 15
- Formstempel
- 16
- Speiche
- 17
- Wurzelbereich
- 18
- Mittenöffnung
- 19
- Beschnitt
- 20
- Lüftungsloch
- 21
- Kante
- 22
- Werkzeugform
- 23
- Formstempel
- 24
- Andruckring
- 25
- Innenrand
- 26
- Werkzeugform
- 27
- Anstellring
- 28
- konisch
verjüngte Öffnung
- 29
- Konus
- 30
- Durchstellstempel
- 31
- Kragen
- 32
- Presswerkzeug
- 33
- Radanlagefläche
- 34
- Öffnung
- 35
- Unterteil
- 36
- Niederhalter
- 37
- Backe
- 38
- Vorsprung