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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
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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Ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus
JP 2000-225432 A bekannt. Dort wird vorgeschlagen, zur Ausbildung von Lüftungsöffnungen an einer Radscheibe entsprechende Öffnungen in einem zunächst unverformten Abschnitt einer Platine einzubringen und diesen Abschnitt anschließend umzuformen. Um zu vermeiden, dass die Löcher bei der Umformung einreißen, wird vorgeschlagen, vor der anschließenden Umformung den Rand der Löcher auszustellen oder anzufasen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein solches Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrads mit einer aus Blech hergestellten Radscheibe weiter zu verbessern. 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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Die Löcher werden nach dem Umformen des Außenrandbereichs beschnitten. Das Beschneiden kann gegebenenfalls auch in mehreren Schritten erfolgen.
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Dabei werden zwei benachbarte, getrennte Löcher miteinander zu einem Lüftungsloch verbunden oder bestehende Löcher abschnittsweise vergrößert.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung 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 sich hierdurch auch ein ausgeprägtes Speichendesign an einem aus Blech gefertigten Rad realisieren.
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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:
- 1A ein Vorziehen einer Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Formwerkzeug,
- 1B eine Ansicht auf die Radscheibenplatine im vorverformten Zustand,
- 2A ein Tiefziehen des Mittelabschnitts der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Formwerkzeug,
- 2B eine Ansicht auf die eingezogene und in ihrem Mittelabschnitt umgeformte Radscheibenplatine,
- 3 eine Ansicht auf die noch nicht fertig umgeformte Radscheibenplatine mit Kennzeichnung von in diese einzubringenden Löchern,
- 4A ein Umformen eines Außenrandbereichs der Radscheibenplatine in die fertige Form in einem im Schnitt dargestellten Formwerkzeug,
- 4B eine Ansicht auf die Radscheibenplatine mit umgeformtem Außenrandbereich,
- 5 eine Ansicht auf die Radscheibenplatine mit zu beschneidenden Löchern,
- 6 eine Ansicht auf die Radscheibenplatine mit weiter zu beschneidenden Stegen,
- 7A ein Andrücken von Kanten der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Werkzeug,
- 7B eine Ansicht auf die Radscheibenplatine mit anliegenden Andruckwerkzeugen,
- 8A ein Anstellen des Außenrandbereichs der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Werkzeug,
- 8B eine Ansicht auf die Radscheibenplatine mit Kennzeichnung der Bearbeitungsflächen,
- 9A ein Prägen des Mittelzentrums der Radscheibenplatine in einem im Schnitt dargestellten Werkzeug, und in
- 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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Bezugszeichenliste
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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
