DE102010030174A1

DE102010030174A1 - Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen profilierten Ringes, insbesondere eines Felgenringes für ein Zweiradfahrzeug

Info

Publication number: DE102010030174A1
Application number: DE102010030174A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gumprich Pierre; Dipl.-Ing. Schmidt Uwe
Original assignee: BEHR INDUSTRY MOTORCYCLE COMPONENTS GmbH
Current assignee: Iam Components De GmbH
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-22
Also published as: WO2011157646A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen profilierten Ringes, insbesondere eines Felgenringes für ein Zweiradfahrzeug, bei welchem ein Werkstück (2) durch Drückwalzen umgeformt wird. Um ein besonders kostengünstiges Herstellungsverfahren anzugeben, bei welchem auch die Qualität des hergestellten Werkstückes beibehalten wird, wird das unprofilierte, geschlossene, ringähnliche Werkstück (2) ausgebildet, welches frei von einem zentrischen Einsatz ist, auf eine Profil gebende Matrize (1, 11, 12) aufgelegt und anschließend während des Drückwalzens mit einem nicht formspeichernden Werkzeug umgeformt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen, profilierten Ringes, insbesondere eines Felgenringes für ein Zweiradfahrzeug, bei welchem ein Werkstück durch Drückwalzen umgeformt wird.
Es ist bekannt, Felgen für Räder von Zweiradfahrzeugen durch Drückwalzen herzustellen. Aus der DE 100 03 791 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von solchen Felgen bekannt, bei welchen zunächst eine Vorform durch Thixoschmieden erzeugt wird, welche anschließend durch Drückwalzen endgeformt wird. Da der Schmiedevorgang bei anderen Temperaturen stattfindet als das Drückwalzen ist dieses Verfahren sehr zeitaufwendig, da die jeweils gewünschte Weiterverarbeitungstemperatur sowohl für das Schmieden als auch für das Drückwalzen erst eingestellt werden muss.
Aus der EP 0 984 837 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Fahrzeugrades bekannt, welches eine Felge aufweist, in der zentrisch eine Nabe angeordnet ist. Dabei wird zunächst eine scheibenförmige Vorform gegossen, die unmittelbar nach dem Gießen unter Beibehaltung einer Restwärme zu einer Drückwalzmaschine transportiert wird, wo die eingespannte Vorform in ihrem Umfangsbereich gespalten und durch anschließendes Drückwalzen zu einem Felgenbett geformt wird. Nach dem endgültigen Abkühlen der Vorform wird die Form kalibriert und zu einem fertigen Fahrzeugrad endbearbeitet. Auch hier sind zur Erzeugung der gewünschten Felge mehrere Prozessschritte notwendig, welche den Herstellungsprozess sehr zeit- und kostenintensiv gestalten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen profilierten Ringes anzugeben, welches trotz reduzierter Kosten eine hohe Qualität des profilierten Ringes gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das unprofilierte, geschlossene, ringähnliche Werkstück, welches frei von einem zentrischen Einsatz ist, auf eine Profil gebende Matrize aufgelegt wird und während des Drückwalzens mit einem nicht formspeichernden Werkzeug umgeformt wird. Das hat den Vorteil, dass allein durch den plastischen Materialfluss, welcher durch das Drückwalzen erzielt wird, das gewünschte Profil des Ringes eingestellt wird. Als Werkstück kann dabei ein unprofiliertes hohlzylinderförmiges Halbzeug verwendet werden, welches besonders preisgünstig ist und dessen Einsatz die Kosten des Herstellungsprozesses des profilierten Ringes weiter reduziert. Die Verwendung von nicht formspeichernden Werkzeugen führt ebenfalls zu einer Kostensenkung, da auf teure Spezialanfertigungen von Werkzeugen verzichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit ein kostengünstiges Herstellen des profilierten Ringes unter Beibehaltung einer hohen Qualität des profilierten Ringes.
Vorteilhafterweise rotiert die, das geschlossene ringähnliche Werkstück tragende radähnliche Matrize während des Drückwalzens. Dabei ist das Werkzeug in einer Position fest eingestellt und treibt das Material des ringförmigen Werkstückes in das Profil der Matrize. Insbesondere bei der Verwendung des profilierten Ringes als Felgenring für ein Rad eines Zweiradfahrzeuges wird der gewünschte Felgenring aus einem einstückigen Werkstück hergestellt. Somit entfällt ein Zusammenschweißen von mindestens zwei Teilen, was den Herstellungsprozess deutlich verkürzt.
In einer Ausgestaltung wird das geschlossene, ringähnliche Werkstück auf einem obersten Rand der Matrize, insbesondere der obersten Ebene des Profils der Matrize, aufgezogen und anschließend während des Drückwalzens durch das Angreifen mindestens einer profillosen Rolle umgeformt. Durch diese Ausgangsanordnung für das Drückwalzen lässt sich das Profil der Matrize mittels der Rolle besonders einfach auf das ringförmige Werkstück übertragen, da die Rolle mit einer Angriffsfläche von nur wenigen Quadratmillimetern wesentlich schmaler ist, als die Breite des ringförmigen Werkstückes. Die Rolle fährt dabei das ringförmige Werkstück vollständig ab und verteilt das Material des ringförmigen Werkstückes entsprechend dem Profil in der Matrize.
Alternativ wird das geschlossene, ringähnliche Werkstück auf einer annähernd mittleren Ebene des Profils der Matrize positioniert und anschließend während des Drückwalzens durch das Angreifen der mindestens einen profillosen Rolle umgeformt. Eine solche Positionierung hat den Vorteil, dass das Material während des Drückwalzens sowohl innen gegen die Matrize verteilt wird als sich auch nach außen an der Wand der Matrize ausdehnen kann. Insbesondere bei der Herstellung von Felgenringen für Räder eines Zweiradfahrzeuges wird in einem Arbeitsgang mit der Profilierung des Felgenringes gleichzeitig ein Felgenhorn ausgebildet. Mit der Verwendung einer formlosen Rolle wird ein besonders kostengünstiges Werkzeug eingesetzt.
In einer Weiterbildung wird das geschlossene, ringähnliche Werkstück durch Abschneiden von einem Rohr hergestellt. Damit kann als Ausgangsmaterial ein kostengünstiges Material verwendet werden, aus welchem sich einfach das ringförmige Werkstück herstellen lässt. Es entfallen Arbeitsschritte zum Vorformen des ringförmigen Werkstückes.
In einer Variante wird das geschlossene, ringähnliche Werkstück aus einem Materialstreifen geformt, dessen Enden miteinander verbunden werden. Durch diese Maßnahme lässt sich das ringähnliche Werkstück aus jedem flächig ausgebildeten Material formen, was den Aufwand zur Herstellung des ringähnlichen Werkstückes sehr begrenzt.
Insbesondere besteht das geschlossene, ringähnliche Werkstück aus Metall, insbesondere Aluminium, oder Kunststoff oder einem formbaren Verbundwerkstoff. Zum Drückwalzen lassen sich somit vielfältige Werkstücke und Materialien heranziehen, soweit diese die Stabilität aufweisen, um beispielsweise als Felgenring eines Zweiradfahrzeuges beansprucht zu werden.
Um die Bestückung und die Entnahme des Werkzeuges von bzw. auf der Matrize besonders einfach zu gestalten, ist die Matrize in mindestens einer radialen Ebene teilbar. Somit können auch komplexere Formen oder gar ein asymmetrischer Aufbau durch mehrere Teilungsebenen realisiert werden.
Entsprechend der Geometrie des gewünschten Endproduktes ist die Matrize in einer radialen Symmetrieachse teilbar ausgebildet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: eine erste Variante zur Herstellung von Felgenringen für Räder für Zweiradfahrzeuge
2: eine zweite Variante zur Herstellung von Felgenringen für Räder für Zweiradfahrzeuge
3: eine dritte Variante zur Herstellung von Felgenringen für Räder für Zweiradfahrzeuge.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Anhand der Figuren soll der Prozess zur Herstellung eines Felgenringes ohne Nabe für ein Rad eines Zweiradfahrzeuges erläutert werden. Die Anfangssituation bei der Herstellung des Felgenringes ist in 1a dargestellt und der fertig profilierte Felgenring für ein Zweiradfahrzeug ist in 1b abgebildet. Sowohl 1a als auch 1b sind dabei zweigeteilt. Der obere Teil A erlaubt eine Draufsicht, wobei in 1a eine Teilansicht der mit einem Profil ausgestatteten Matrize 1 dargestellt ist, auf welcher ein unprofiliertes, ringähnliches Werkstück 2 aufliegt. Die Matrize 1 ist dabei radähnlich ausgebildet, wobei das Profil 4 die gesamte Außenfläche der Matrize 1 ausfüllt. Das ringähnliche Werkstück 2, welches aus Aluminium besteht, ist dabei mit seiner Breitseite auf die, das Profil tragende Außenseite der Matrize 1 aufgezogen.
Die 1b zeigt eine Draufsicht auf einen fertig gestellten Felgering 3 mit ausgebildetem Profil, welcher noch in der Matrize 1 eingespannt ist.
Der untere Teil B der 1a und 1b zeigt jeweils einen Querschnitt durch die Matrize 1. Dabei ist gemäß der 1a das Werkstück 2 in Form eines unprofilierten Metallringes, der mit seiner Breitseite oben am Rand der Matrize 1 eingelegt ist, dargestellt. Durch das anschließende Druckwalzen mittels mindestens einer nicht weiter dargestellten, nicht formspeichernden Rolle, bei welchem die Matrize 1 mit dem Werkstück 2 rotiert, wird das Material des Werkstückes 2 in das Profil 4 der Matrize 1 unter Druck eingewalzt. Bei diesem Prozess erhält der Felgenring 3 die gewünschte Kontur durch die Materialverteilung über das Profil 4 der Matrize 2. Dabei wird ein plastischer Materialfluss erreicht. Die 1b zeigt den fertig gestellten Felgenring 3 im Querschnitt, wie er in das Profil 4 eingearbeitet wurde.
Die Darstellung in der 2 hat dieselbe Aufteilung wie in 1. Das heißt, im oberen Teil A ist eine Draufsicht dargestellt, während im unteren Teil B wieder ein Querschnitt durch die das Werkstück 2 tragende Matrize 1 abgebildet ist. In 2a ist die Matrize 1 mit aufgelegtem Werkstück 2 darstellt, während die 2b die Matrize 1 mit ausgearbeitetem Felgenring 3 darstellt. Im Unterschied zu 1 ist das Werkstück 2 hier in einer mittleren Ebene des Profils 4 der Matrize 1 eingelegt. Das hat zur Folge, dass beim Druckwalzen durch die nicht weiter dargestellten profillosen Rollen sich das Material des Werkstückes 2 sowohl in Richtung des Inneren des Profils 4 der Matrize 1 verdünnen kann als auch die Ränder des Werkstückes 2 am Außenrand der Matrize 1 heraus wachsen können. Dadurch wird nicht nur das Profil des Felgenringes 3 hergestellt, sondern gleichzeitig ein Felgenhorn 5. Auch bei diesem Prozess rotiert die Matrize 1 mit dem darauf gespannten Werkstück 2, so dass die feststehenden Rollen das Material in die Matrize 1 unter Druck einwalzen.
In 3 ist ein mehrstufiger Prozess zur Herstellung eines Felgenringes 3 für ein Rad eines Zweiradfahrzeuges dargestellt. Die Stufe 1 zeigt eine zweiteilige Matrize 1 mit den Matrizenteilen 6 und 7. Das erste Matrizenteil 6 weist dabei eine rechteckige Aufnahme 8 für das Werkstück 2 auf, während das zweite Matrizenteil 7, welches direkt an dem ersten Matrizenteil 6 und auch an dem eingelegten Werkstück 2 anliegt, mit Federn 9 gegen das erste Matrizenteil 6 gedrückt wird. Ausgehend von diesem Ausgangszustand wird die Matrize 1 in Rotation versetzt und das Werkstück 2 wird mit den Rollen derart druckgewalzt, dass das Werkstück 2 in seinem mittleren Bereich abgestreckt wird, was einer Materialdehnung entspricht. Bei dieser Vorprofilierung verbreitert sich das Werkstück 2 und weist an seinen Rändern jeweils einen Materialspeicher 10 auf. Bei diesem Prozess bewegt sich, bedingt durch die Abstreckung des Werkstückes 2, das erste Matrizenteil 6 entgegen dem zweiten Matrizenteil 7 aus seiner vorgegebenen Position. Die Feder 9, welche an dem zweiten Matrizenteil 7 angreift, ist dabei so vorgespannt, dass das zweite Matrizenteil 7 seine Position beibehält.
In einer zweiten Stufe 2 wird das in Stufe 1 vorgeformte Werkstück 2 in eine zweite Matrize 11 eingelegt. Diese zweite Matrize 11 weist mittig ein Profil 4 auf, wobei das vorgeformte Werkstück 2 so auf die zweite Matrize 11 aufgelegt wird, dass der abgestreckte Mittelteil des Werkstückes 2 dem Profil 4 gegenüberliegt. Die beiden Materialspeicher 10 liegen auf einer unprofilierten Ebene der Matrize 11 auf. Während des nun folgenden Drückwalzens, welches auch als Walzdrücken oder Fließdrücken bezeichnet wird, wird mit Hilfe der nicht weiter dargestellten Rollen das vorgeformte Werkstück 2 derart rotatorisch umgeformt, dass sich das abgestreckte Mittelstück des Werkstücks 2 in das Profil 4 der Matrize 11 einlegt und dessen Form annimmt.
In einer dritten Stufe wird das so vorgefertigte Werkstück 2 in eine dritte Matrize 12 eingelegt, welche solche Abmessungen aufweist, dass das eingelegte Werkstück 2 mit den Materialspeichern 10 die Matrize 12 überragt. Ein Profilhalter 13 wird nun von außen zentrisch auf das Werkstück 2 aufgelegt, wobei die Abmessungen des Profilhalters 13 so ausgebildet sind, dass dieser schmäler ist als die Breite der Matrize 12. Mittels einer Rolle 14, werden anschließend die Materialspeicher 10, die die Matrize 12 beidseitig überragen, in Richtung des Profilhalters 13 gebogen, woraus das Felgenhorn 5 des Felgenringes 3 gebildet wird.
Der Geometrie des gewünschten Endproduktes folgend muss die Matrize 1, 11 oder 12, welche auch als Drückdorn bezeichnet wird, in mindestens einer bestimmten radialen Ebene teilbar sein, um die Bestückung und Entnahme des Werkstückes 2 zu ermöglichen. In der 3 sind beispielhaft eine Teilungsebene 17 in der Stufe 1 und eine Teilungsebenen 16 in der Stufe 2 dargestellt. Bei komplexeren Formen oder einem asymmetrischen Aufbau können auch mehrere Teilungsebenen notwendig sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10003791 A1 [0002]
EP 0984837 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen, profilierten Ringes, insbesondere eines Felgenringes für ein Zweiradfahrzeug, bei welchem ein Werkstück durch Drückwalzen umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das unprofilierte, geschlossene, ringähnliche Werkstück (2), welches frei von einem zentrischen Einsatz ist, auf eine Profil gebende Matrize (1, 11, 12) aufgelegt wird und während des Drückwalzens mit einem nicht formspeichernden Werkzeug umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das geschlossene ringähnliche Werkstück (2) tragende radähnliche Matrize (1, 11, 12) während des Drückwalzens rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene, ringähnliche Werkstück (2) auf einem obersten Rand der Matrize (1), insbesondere der obersten Ebene des Profils (4) der Matrize (1), aufgezogen wird und anschließend während des Drückwalzens durch das Angreifen mindestens einer profillosen Rolle umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene, ringähnliche Werkstück (2) auf einer annähernd mittleren Ebene des Profils der Matrize (1) positioniert wird und anschließend während des Drückwalzens durch das Angreifen der mindestens einen profillosen Rolle umgeformt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene, ringähnliche Werkstück (2) durch Abschneiden von einem Rohr hergestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene ringähnliche Werkstück (2) aus einem Materialstreifen geformt wird, dessen Enden miteinander verbunden werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene, ringähnliche Werkstück (2) aus Metall, insbesondere Aluminium, oder Kunststoff oder einem formbaren Verbundwerkstoff besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (1, 11) in mindestens einer radialen Ebene (16, 17) teilbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize in einer radialen Symmetrieachse (16) teilbar ist.