-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rades oder einer Radkomponente.
-
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, Räder für Fahrzeuge aus Stahl oder Leichtmetall in einem Gießverfahren oder durch Schmieden herzustellen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Rades oder einer Radkomponente anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rades oder einer Radkomponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In einem Verfahren zur Herstellung eines Rades, insbesondere eines Fahrzeugrades, oder einer Radkomponente, insbesondere für ein Fahrzeugrad, wird das Rad bzw. die Radkomponente erfindungsgemäß mittels 3D-Druck ausgebildet. D. h. wenn das Rad hergestellt wird, so wird dieses Rad mittels 3D-Druck ausgebildet, und wenn die Radkomponente hergestellt wird, so wird diese Radkomponente mittels 3D-Druck ausgebildet.
-
Der 3D-Druck, insbesondere von Metallen, ermöglicht eine endkonturnahe Herstellung des Rades bzw. der Radkomponente und ist auch gemäß Werkstoffkennwerten zur Herstellung von Rädern oder Radkomponenten geeignet. Das Verfahren ermöglicht insbesondere die auch kurzfristige Herstellung von Rädern oder Radkomponenten für Prototypen, für Kleinserien und/oder von Rädern oder Radkomponenten als Ersatzteil, wodurch eine langfristige Ersatzteilversorgung sichergestellt werden kann. Des Weiteren ermöglicht es das Verfahren, eine Form und ein Design individuell nach Kundenwunsch zu gestalten, auch bereits bei einer geringen Stückzahl oder bei nur einem herzustellenden Teil.
-
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist es, dass mittels 3D-Druck Formen, Hohlräume, Hinterschnitte und/oder Strukturen, insbesondere stabilisierende Strukturen, im Inneren und/oder auf einer Oberfläche des Rades bzw. der Radkomponente ausgebildet werden können, die mit aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren nicht oder nur sehr aufwändig und daher kostenintensiv ausgebildet werden können. Derartige Formen, Hohlräume, Hinterschnitte und/oder Strukturen im und/oder am mittels 3D-Druck ausgebildeten Rad bzw. im und/oder an der mittels 3D-Druck ausgebildeten Radkomponente können beispielsweise einer kundenindividuellen Gestaltung und/oder einer Gewichtsreduzierung und/oder einer Steigerung der Bauteilbelastbarkeit dienen. Dadurch kann beispielsweise eine höhere Stabilität bei geringerem Gewicht und dadurch eine Reduzierung einer ungefederten und/oder rotatorischen Masse am Fahrzeug erreicht werden.
-
Mittels des Verfahrens wird somit in besonders vorteilhafter Weise mindestens ein Hohlraum und/oder mindestens eine Versteifungsstruktur im Rad oder in der Radkomponente ausgebildet, wobei die Versteifungsstruktur im Hohlraum ausgebildet sein kann. Das Rad kann beispielsweise im Bereich einer Felge und/oder einer Radscheibe einen oder mehrere solcher Hohlräume aufweisen, wobei der jeweilige Hohlraum eine solche Versteifungsstruktur aufweisen kann. Unter dem Begriff Hohlraum wird hier nicht nur ein vollständig abgeschlossener Raum verstanden, sondern der Hohlraum kann auch zumindest eine Öffnung oder mehrere Öffnungen aufweisen. Beispielsweise wird während des 3D-Drucks der gebildete Hohlraum zunächst mit einem 3D-Druck-Pulvermaterial gefüllt, welches an dieser Stelle, d. h im vorgesehenen Hohlraum, jedoch nicht ausgehärtet wird, sondern im Anschluss an den 3D-Druck aus dem Hohlraum entfernt wird. Dazu werden Öffnungen und/oder Bohrungen benötigt, über welche das 3D-Druck-Pulvermaterial aus dem Hohlraum entfernt werden kann. Diese Öffnungen und/oder Bohrungen können, wenn erforderlich, nach der Entfernung des 3D-Druck-Pulvermaterials aus dem Hohlraum verschlossen werden.
-
Mittels des Verfahrens können zudem Radkomponenten hergestellt werden, welche mit anderen mittels des Verfahrens oder mittels anderer Verfahren hergestellten Radkomponenten zu einem mehrteiligen Rad kombiniert werden können. Dadurch ist eine Kostenreduzierung zu erreichen. Dabei können die Radkomponenten auf herkömmliche Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise miteinander verschraubt werden, oder die mittels des Verfahrens herzustellende Radkomponente kann mittels 3D-Druck direkt an mindestens eine andere Radkomponente angedruckt werden. Beispielsweise kann als Radkomponente eine Radscheibe ausgebildet werden, welche auf ein Felgenhalbzeug aufgedruckt wird.
-
Des Weiteren können mit 3D-Druck Werkstoffe verarbeitet und/oder kombiniert werden, die mit aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren nicht möglich oder unwirtschaftlich sind.
-
Zur Ausbildung des Rades bzw. der Radkomponente mittels des 3D-Drucks wird zweckmäßigerweise mindestens ein Metall und/oder mindestens eine Metalllegierung verwendet, beispielsweise Titan, Aluminium und/oder Magnesium und/oder eine oder mehrere Legierungen, welche eines oder mehrere dieser Metalle umfassen. Mittels des 3D-Drucks können auch ein oder mehrere Metalle oder Metalllegierungen mit einem oder mehreren anderen Werkstoffen zur Ausbildung des Rades oder der Radkomponente verbunden werden.
-
Mittels des Verfahrens sind als Radkomponenten beispielsweise eine Felge und/oder ein Felgenhalbzeug und/oder ein Felgenbett und/oder eine Radscheibe und/oder eine Radnabe und/oder ein Radstern herstellbar.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Rades,
-
2 schematisch eine Schnittdarstellung eines Bereichs eines Rades,
-
3 schematisch eine perspektivische Darstellung eines einteiligen Rades,
-
4 schematisch eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines zweiteiligen Rades,
-
5 schematisch eine Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines zweiteiligen Rades, und
-
6 schematisch eine Explosionsdarstellung eines dreiteiligen Rades.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die 1 und 3 bis 6 zeigen Ausführungsformen eines Rades 1, insbesondere eines Fahrzeugrades. Das jeweilige Rad 1 oder zumindest eine Radkomponente 1.1 bis 1.3 des jeweiligen Rades 1 wird mittels 3D-Druck hergestellt. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Bereichs eines mittels 3D-Druck hergestellten Rades 1 oder einer mittels 3D-Druck hergestellten Radkomponente 1.1 bis 1.3.
-
Bei einem solchen 3D-Druck, auch als 3D-Drucken, dreidimensionaler Druck oder dreidimensionales Drucken bezeichnet, wird ein dreidimensionales Werkstück, hier das Rad 1 bzw. die Radkomponente 1.1 bis 1.3, schichtweise aufgebaut. Zur Herstellung des Rades 1 oder der Radkomponente 1.1 bis 1.3 wird zweckmäßigerweise mindestens ein Metall, insbesondere Leichtmetall und/oder mindestens eine Metalllegierung, insbesondere Leichtmetalllegierung, verwendet, beispielsweise Titan, Aluminium und/oder Magnesium und/oder eine oder mehrere Legierungen, welche eines oder mehrere dieser Metalle umfassen. Mittels des 3D-Drucks können auch ein oder mehrere Metalle oder Metalllegierungen mit einem oder mehreren anderen Werkstoffen zur Ausbildung des Rades 1 oder der Radkomponente 1.1 bis 1.3 verbunden werden. Der 3D-Druck bietet insbesondere die Möglichkeit, Werkstoffe zu verarbeiten und/oder zu kombinieren, die mit aus dem Stand der Technik bekannten Radherstellungsverfahren nicht möglich oder unwirtschaftlich sind, zum Beispiel die Herstellung von Rädern 1 oder Radkomponenten 1.1 bis 1.3 aus Titan.
-
In dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Rades 1 oder einer Radkomponente 1.1 bis 1.3 wird somit der 3D-Druck von Metallen genutzt, um Räder 1 oder Radkomponenten 1.1 bis 1.3 für Fahrzeuge herzustellen. Durch den Einsatz des 3D-Druckverfahrens können Formen, Hohlräume H1 bis H3 und/oder Strukturen, insbesondere Versteifungsstrukturen V, in Rädern 1 dargestellt werden, die zur kundenindividuellen Gestaltung, Gewichtsreduzierung und/oder Steigerung der Bauteilbelastbarkeit beitragen. Beispielsweise können Hohlräume H1 bis H3, welche zudem auch mit aussteifenden Strukturen, d. h. mit Versteifungsstrukturen V, versehen werden können, im Bereich einer Felge F und/oder einer Radscheibe S des Rades 1 ausgebildet werden, wie in 1 anhand einer Schnittdarstellung des Rades 1 und in einer Detailschnittdarstellung in 2 gezeigt ist.
-
Der 3D-Druck von Metallen ermöglicht eine endkonturnahe Bauteilherstellung, die sich gemäß Werkstoffkennwerten auch für Räder 1 und Radkomponenten 1.1 bis 1.3 eignet. Das Verfahren ermöglicht beispielsweise die Herstellung von Prototypen und kundenspezifischen Kleinserien. Zudem können mittels des Verfahrens Einzelteile, beispielsweise Radkomponenten 1.1 bis 1.3, für einen Ersatzteilfall hergestellt werden, wodurch eine langfristige Ersatzteilversorgung sichergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft können mittels des 3D-Drucks Formen und Strukturen in Rädern 1 dargestellt werden, die mit aus dem Stand der Technik bekannten Radherstellungsverfahren nicht oder nur sehr aufwendig und somit kostenintensiv hergestellt werden können, wie in den 1 und 2 gezeigt und oben bereits erwähnt.
-
Das Verfahren, in welchem das Rad 1 oder zumindest eine Radkomponente 1.1 bis 1.3 mittels 3D-Druck hergestellt wird, ermöglicht somit beispielsweise eine kurzfristige Herstellung von Rädern 1 für Prototypen und Kleinserien und insbesondere auch eine Nachfertigung von Rädern 1 oder Radkomponenten 1.1 bis 1.3 für einen Ersatzteilbedarf. Mittels des Verfahrens können eine Form und ein Design individuell nach Kundenwunsch bereits ab einem einzelnen Teil oder einer geringen Stückzahl hergestellt werden. Der 3D-Druck ermöglicht die Ausbildung von Hohlräumen H1 bis H3, Hinterschnitten und stabilisierenden Versteifungsstrukturen V im Inneren und/oder auf der Oberfläche des Rades 1 oder der Radkomponente 1.1 bis 1.3, beispielsweise die Ausbildung einer Versteifungsstruktur V in Form einer Vogelknochenstruktur und/oder in Form einer Fachwerkstruktur und/oder in Form bionischer Strukturen, wie in 2 beispielhaft gezeigt. Dadurch wird im Vergleich zu mittels Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellten Rädern oder Radkomponenten eine höhere Stabilität bei einem geringeren Gewicht und somit eine Reduzierung einer ungefederten Masse am Fahrzeug erreicht.
-
In besonders vorteilhafter Weise ermöglicht das Verfahren der Herstellung des Rades 1 oder zumindest einer Radkomponente 1.1 bis 1.3 ein Andrucken einer Radkomponente 1.1 bis 1.3 an ein Halbzeug des Rades 1, wie in 4 gezeigt. Dadurch wird eine Kostenreduzierung erreicht. Zudem ist dadurch eine Kombination von Radkomponenten 1.1 bis 1.3 mehrteiliger Räder 1 möglich, wobei zumindest eine der Radkomponenten 1.1 bis 1.3, hier die erste Radkomponente 1.1, entweder direkt auf ein Radhalbzeug aufgedruckt wird oder auf herkömmliche Weise, beispielsweise durch Verschrauben, mit den anderen Radkomponenten 1.2, 1.3 verbunden wird.
-
Als Radkomponente 1.1 bis 1.3 wird beispielsweise eine Felge F und/oder ein Felgenhalbzeug und/oder ein Felgenbett und/oder eine Radscheibe S und/oder eine Radnabe und/oder ein Radstern mittels 3D-Druck ausgebildet.
-
In den 1 und 3 bis 6 sind beispielhaft verschiedene Ausführungsformen von Rädern 1 dargestellt, wobei entweder das gesamte Rad 1 oder zumindest eine Radkomponente 1.1 bis 1.3 mittels 3D-Druck ausgebildet wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird das gesamte Rad 1 mittels 3D-Druck ausgebildet. Dabei werden Hohlräume H1 bis H3 ausgebildet, welche insbesondere einer Gewichtsreduzierung des Rades 1 dienen. Das hier beispielhaft dargestellte Rad 1 weist einen lokalen ersten Hohlraum H1 auf, welcher eine Versteifungsstruktur V aufweist, beispielsweise in Form einer Vogelknochenstruktur und/oder in Form einer bionischen Struktur, wie in 2 näher gezeigt. Des Weiteren weist das Rad 1 einen umlaufenden zweiten Hohlraum H2 und einen lokalen dritten Hohlraum H3 auf, wobei der zweite und dritte Hohlraum H2, H3 keine Versteifungsstruktur V aufweisen.
-
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines einteiligen Rades 1, beispielsweise des Rades 1 aus 1, welches vorzugsweise vollständig mittels 3D-Druck hergestellt wurde. Alternativ kann auch ein Halbzeug des Rades 1, zum Beispiel die Felge F, mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens hergestellt werden und die Radscheibe S anschließend mittels 3D-Druck auf die Felge F aufgedruckt werden.
-
Die 4 und 5 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele zweiteiliger Räder 1. Zur Herstellung dieser Räder 1 wird zumindest eine Radkomponente 1.1, hier die Radscheibe S, mittels 3D-Druck ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird die Radscheibe S, d. h. die erste Radkomponente 1.1, auf die als Felgenhalbzeug ausgebildete zweite Radkomponente 1.2 mittels 3D-Druck direkt aufgedruckt. Anschließend wird die dritte Radkomponente 1.3 mit dem auf diese Weise aus der ersten und zweiten Radkomponente 1.1, 1.2 ausgebildeten Werkstück verbunden, zweckmäßigerweise verschraubt. Die zweite und dritte Radkomponente 1.2, 1.3 können dabei jeweils ebenfalls mittels 3D-Druck oder mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahrens hergestellt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird zumindest die erste Radkomponente 1.1 in Form der Radscheibe S mittels 3D-Druck ausgebildet und anschließend mit der zweiten Radkomponente 1.2, d. h. mit der Felge F, verbunden, zweckmäßigerweise verschraubt. Die zweite Radkomponente 1.2, d. h. die Felge F, kann ebenfalls mittels 3D-Druck oder mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahrens hergestellt werden. Alternativ kann auch die zweite Radkomponente 1.2, d. h. die Felge F, mittels 3D-Druck hergestellt werden und die erste Radkomponente 1.1, d. h. die Radscheibe S, wird mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahrens hergestellt.
-
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines dreiteiligen Rades 1. Zur Herstellung dieses Rades 1 wird zumindest eine der Radkomponenten 1.1 bis 1.3 mittels 3D-Druck ausgebildet, d. h. es wird die erste Radkomponente 1.1, hier die Radscheibe S, und/oder die zweite Radkomponente 1.2 und/oder die dritte Radkomponente 1.3 mittels 3D-Druck ausgebildet. Es können somit auch zwei der Radkomponenten 1.1 bis 1.3 oder alle drei Radkomponenten 1.1 bis 1.3 mittels 3D-Druck ausgebildet werden. Beispielsweise wird im hier dargestellten Beispiel die erste Radkomponente 1.1, d. h. die Radscheibe S, im 3D-Druck hergestellt und die anderen beiden Radkomponenten 1.2, 1.3, welche zusammen die Felge F bilden, werden mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahrens hergestellt. Die hergestellten Radkomponenten 1.1 bis 1.3 des Rades 1 werden, um das Rad 1 auszubilden, miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rad
- 1.1 bis 1.3
- Radkomponente
- F
- Felge
- H1 bis H3
- Hohlraum
- S
- Radscheibe
- V
- Versteifungsstruktur