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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rades mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Es ist möglich, ein Rad, insbesondere ein Rad für ein Kraftfahrzeug, mittels eines mindestens zweistufigen Verfahrens durch Massivumformung, vorzugsweise durch Schmieden, herzustellen. Insbesondere wird das Rad mittels Gesenkschmieden hergestellt, wobei eine vertikale Bewegung eines Obergesenks relativ zu einem Untergesenk erfolgt. Nachteilig hierbei ist, dass hohe Presskräfte erzeugt werden müssen, so dass die zum Gesenkschmieden verwendeten Maschinen teuer sind. Weiterhin entstehen hohe Werkzeugkosten, und es ist ein hohes Materialeinsatzgewicht nötig.
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Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, rotationssymmetrische Rohlinge für Räder, insbesondere Kraftfahrzeugräder, in einem Axial-Gesenkwalz-Verfahren herzustellen. Dabei wird nur grob eine Vorform erzeugt, wobei die endgültige Kontur des Rades letztlich durch mechanische Bearbeitung in dasselbe eingebracht wird. Insbesondere werden zur Erzeugung der Kontur beziehungsweise des Designs des Rades, insbesondere des Radsterns, spanabhebende Verfahren eingesetzt, was aufwändig und teuer ist und außerdem Materialverluste zur Folge hat.
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Schließlich ist aus der
EP 1 704 943 A1 ein einstufiges Verfahren bekannt, bei welchem ein Radstern für ein Fahrzeugrad durch Axial-Gesenkwalzen in einem Schritte erzeugt wird. Dieses Verfahren ist in Serie kaum darstellbar, weil sich Falten und Materialüberlappungen im Bereich des Radsterns ergeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rades, insbesondere eines Rades für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, welches kostengünstig, mit möglichst geringem Materialeinsatz und prozesssicher durchführbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Rades, insbesondere eines Rades für ein Kraftfahrzeug, umfasst folgende Schritte: Zunächst wird eine Vorform hergestellt, deren Massenverteilung – in radialer Richtung gesehen – bereits im Wesentlichen einer Massenverteilung des fertigen Rades entspricht. In einem zweiten Schritt wird in die Vorform eine Kontur durch Axial-Gesenkwalzen eingebracht. Dabei spricht eine Massenverteilung der Vorform in radialer Richtung an, dass die Vorform nicht notwendig bereits – in axialer Richtung gesehen – im Wesentlichen die Massenverteilung des fertigen Rades aufweisen muss. Beispielsweise ist es möglich, dass an der Vorform noch keine Felge ausgeformt ist. Die Vorform kann im Wesentlichen als Radstern vorliegen, wobei die Massenverteilung im Wesentlichen so gewählt ist, dass beim Einbringen der Kontur hauptsächlich ein axiales Fließen des Materials stattfindet. Dies bedeutet, dass beim Einbringen der Kontur im Wesentlichen keine radiale Umverteilung beziehungsweise kein radiales Fließen des Materials mehr stattfindet.
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Eine axiale Richtung spricht eine Richtung entlang der Symmetrieachse des Rades an, die vorzugsweise zugleich die Drehachse des fertigen Rades darstellt. Eine radiale Richtung ist eine Richtung, die senkrecht auf der Symmetrie- oder Drehachse des Rades steht, sich also quasi von einem Zentrum desselben zu einem äußeren Rand hin erstreckt.
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Beim Axial-Gesenkwalzen erfolgt eine Umformung des Materials zwischen rotierenden Werkzeugen, wobei ein Oberwerkzeug um einen Winkel relativ zu einer Achse eines Unterwerkzeugs geneigt ist. Durch die Schrägstellung des Oberwerkzeugs wird nur lokal eine Kraft auf das umzuformende Material aufgebracht, es ergibt sich also ein eingeschränkter Berührungsbereich. Dadurch sind deutlich niedrigere Kräfte für die Umformung erforderlich, als dies bei einer vertikalen Hubbewegung eines Schmiedegesenks der Fall ist. Bei gleichen mechanischen Kennwerten ergeben sich demnach geringere Umformkräfte, somit auch geringere Maschinen- und Werkzeugkosten, ein niedrigeres Materialeinsatzgewicht, und letztlich auch eine höhere Flexibilität bezüglich einer äußeren Gestalt des Rades. Zugleich wird durch das mindestens zweistufige Verfahren und insbesondere durch das Herstellen der Vorform, deren Massenverteilung – in radialer Richtung gesehen – im Wesentlichen einer Massenverteilung des fertigen Rades entspricht, eine Faltenbildung und Materialüberlappung vermieden, so dass das Verfahren prozesssicher durchführbar ist. Letztlich liegt dies also daran, dass das Verfahren vorzugsweise zweistufig mit dem Herstellen der Vorform in einer ersten Stufe und dem Einbringen der Kontur in einer zweiten Stufe ausgelegt ist. Dies schließt nicht aus, dass auch weitere Bearbeitungsstufen vorgesehen sein können.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Vorform durch Axial-Gesenkwalzen hergestellt ist. Es ist demnach möglich, beide Verfahrensschritte beziehungsweise Stufen des Verfahrens durch Axial-Gesenkwalzen durchzuführen. Vorzugsweise wird die Vorform dabei aus einem zylindrischen Rohling hergestellt. Die Vorform wird auch als Ronde bezeichnet. Vorrangig findet bei dem Axial-Gesenkwalzen der Vorform aus dem Rohling ein radiales Fließen des Materials statt. Somit wird dieses – in radialer Richtung gesehen – verteilt, so dass die Massenverteilung der Vorform letztlich im Wesentlichen der Massenverteilung des fertigen Rades entspricht. Insbesondere wird in dem ersten Verfahrensschritt eine Hauptmassenverteilung des Materials erreicht, so dass in dem zweiten Schritt und gegebenenfalls weiteren Schritten lediglich eine geringfügige Umverteilung von Material nötig ist.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine Matrize für die Kontur in einem Unterwerkzeug einer zum Einbringen der Kontur verwendeten Axial-Gesenkwalz-Maschine vorgesehen ist. Durch das vorzugsweise im Wesentlichen konturlos ausgebildete Oberwerkzeug wird das Material der Vorform in die in dem Unterwerkzeug vorgesehene Kontur gedrängt, wodurch letztlich die äußere Gestalt des Rades beziehungsweise des Radsterns resultiert.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Vorform in derselben Axial-Gesenkwalz-Maschine hergestellt wird, in welcher auch die Kontur eingebracht wird. Dabei wird/werden vorzugsweise ein Ober- und/oder ein Unterwerkzeug der Axial-Gesenkwalz-Maschine ausgetauscht. Insbesondere das Werkzeug, welches die Matrize für die Kontur aufweist, wird vorzugsweise erst für den zweiten Verfahrensschritt eingesetzt. Für den ersten Verfahrensschritt, nämlich die Herstellung der Vorform, sind beide Werkzeugteile, nämlich das Ober- und das Unterwerkzeug, vorzugsweise im Wesentlichen konturlos ausgebildet, so dass hauptsächlich ein radiales Fließen von Material beim Herstellen der Vorform stattfindet. Es ist möglich, dass zwischen dem Herstellen der Vorform und dem Einbringen der Kontur sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug ausgetauscht werden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Vorform durch Gießen hergestellt wird. Auch hierbei ist es ohne Weiteres möglich, dass die Vorform – in radialer Richtung gesehen – im Wesentlichen die Massenverteilung des fertigen Rades aufweist. Zugleich ist das Gießen der Vorform sehr kostengünstig, wobei auch eine Wiederverwendung von Materialresten, beispielsweise von Spänen, möglich ist, wobei diese eingeschmolzen und zu der Schmelze gegeben werden, welche zum Gießen der Vorform verwendet wird.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung für das Rad beziehungsweise zur Herstellung des Rades verwendet wird. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung, der gerade im Kraftfahrzeugbereich zunehmend an Bedeutung gewinnt. Beispielsweise ist es möglich, Aluminium oder Magnesium oder eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung zur Herstellung des Rades zu verwenden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass zunächst, insbesondere mit Hilfe der bereits erläuterten Schritte, ein Radstern hergestellt wird, der anschließend in mindestens einem weiteren Schritt zu einem fertigen Rad nachbearbeitet wird.
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In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem an dem Radstern radial außen eine Massenansammlung ausgeformt wird, aus welcher in mindestens einem weiteren Schritt eine Felge geformt wird. Die Massenansammlung kann entweder bereits beim Herstellen der Vorform ausgeformt werden, oder sie kann beim Einbringen der Kontur erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Felge mit Hilfe eines sogenannten Fließdrückverfahrens (Flow Forming) aus der Massenansammlung des Radsterns ausgeformt. Dies ist eine prozesssichere, elegante und kostengünstige Weise, das gesamte Rad einstückig herzustellen. Insgesamt wird demnach bevorzugt zunächst durch Herstellen der Vorform und Einbringen der Kontur in die Vorform der Radstern erzeugt, wobei schließlich durch Ausformung der Felge das vollständige Rad gebildet wird.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Kontur in mindestens einem weiteren Schritte endbearbeitet wird. Beispielsweise ist es möglich, mindestens ein spanabhebendes Verfahren einzusetzen, um die Kontur beziehungsweise das Design des Rades in eine endgültige Form zu bringen. Besonders bevorzugt wird allerdings bereits beim Axial-Gesenkwalzen die Kontur in endgültiger Form eingebracht, so dass weitere Bearbeitungsschritte entfallen.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass noch andere Verfahrensschritte vorgesehen sind, bis das fertige Rad vorliegt.
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Insbesondere wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Rad oder der Radstern in mindestens einem Kalibrierschritt geglättet wird. Vorzugsweise erfolgt der Kalibrierschritt durch Axial-Gesenkwalzen.
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Es ist möglich, den Radstern oder das Rad mindestens einem Wärmebehandlungsschritt zu unterziehen, um dessen mechanische Eigenschaften, insbesondere dessen Duktilität und/oder Festigkeit, in gewünschter Weise zu beeinflussen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Axial-Gesenkwalz-Prozesses.
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Eine Axial-Gesenkwalz-Maschine 1 umfasst ein Unterwerkzeug 3 und ein Oberwerkzeug 5. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Unterwerkzeug 3 als auch das Oberwerkzeug 5 in Lagern 7 drehbar gelagert. Eine Drehachse A des Unterwerkzeugs 3 erstreckt sich in vertikaler Richtung, während eine Drehachse A' um einen bestimmten Winkel gegenüber der Achse A geneigt ist.
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Zwischen dem Oberwerkzeug 5 und dem Unterwerkzeug 3 ist ein zu bearbeitendes Material 9 angeordnet, welches bei einer Drehung des Oberwerkzeugs 5 und des Unterwerkzeugs 3 aufgrund der Drehbewegung und durch auf es einwirkende Axialkräfte, die von dem Oberwerkzeug 5 und dem Unterwerkzeug 3 in es eingeleitet werden, umgeformt wird.
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In dem unteren Teil der Figur ist schematisch eine Draufsicht auf das Material 9 dargestellt, wobei in einem schraffierten Bereich 11 ebenfalls schematisch ein Berührungsbereich angedeutet ist, in welchem das Oberwerkzeug 5 mit dem Material 9 in Kontakt kommt. Dabei zeigt sich, dass hier zu jedem Zeitpunkt nur ein lokal eingeschränkter Berührungsbereich 11 gegeben ist, so dass im Vergleich zu einer Massivumformung, bei welcher sich ein Obergesenk relativ zu einem Untergesenk in vertikaler Richtung bewegt, deutlich niedrigere Kräfte für die Umformung erforderlich sind.
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Soll – wie beim Herstellen der Vorform – im Wesentlichen eine radiale Umverteilung der Masse des Materials 9 erfolgen, weisen vorzugsweise weder das Oberwerkzeug 5 noch das Unterwerkzeug 3 eine ausgeprägte Kontur auf. Liegt das Material 9 beispielsweise zunächst als zylindrischer Rohling vor, wird dieser im Wesentlichen flach gewalzt, wobei das Material 9 radial nach außen gedrängt wird. Es ist offensichtlich, dass die Relativbewegung des Unterwerkzeugs 3 zu dem Oberwerkzeug 5 in diesem Fall nicht synchronisiert sein muss. Jedenfalls hat eine Abweichung der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten keinen Einfluss auf die entstehende Form.
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Soll dagegen eine Kontur in die Vorform eingebracht werden, ist hierfür vorzugsweise in einem der beiden Werkzeuge 3, 5 eine der Kontur entsprechende Matrize vorgesehen. Bevorzugt ist diese in dem Unterwerkzeug 3 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Oberwerkzeug 5 eine Matrize beziehungsweise eine Kontur aufweisen.
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Um die Kontur beziehungsweise die äußere Gestalt des Rades beziehungsweise des Radsterns sowie gegebenenfalls auch Taschen, beispielsweise Lufttaschen, in möglichst endgültiger Form an dem Rad vorsehen zu können, ist die Drehbewegung des Oberwerkzeugs 5 relativ zu dem Unterwerkzeug 3 vorzugsweise synchronisiert. Es ist dann bevorzugt sogar möglich, die endgültige Kontur des Rades beziehungsweise Radsterns vollständig durch Axial-Gesenkwalzen einzubringen, ohne dass es weiterer Bearbeitungsschritte bedarf.
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Beim Einbringen der Kontur erfolgt im Wesentlichen ein axiales Fließen von Material. Dies bedeutet, dass das Material 9 im Wesentlichen in die Konturmatrize durch axial wirkende Kräfte zwischen dem Oberwerkzeug 5 und dem Unterwerkzeug 3 gedrängt wird.
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Insgesamt zeigt sich, dass ein Rad insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Hilfe des Verfahrens kostengünstig, einfach und prozesssicher herstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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