DE102016117510A1

DE102016117510A1 - Verfahren zur Herstellung von Steilschulterfelgen, Steilschulterfelge und Fahrzeugrad hiermit für Nutzfahrzeuge

Info

Publication number: DE102016117510A1
Application number: DE102016117510.2A
Authority: DE
Inventors: Achim Boos; Jakob Schellenberg; Thomas Rang; Klaus Bernhard Zeyen
Original assignee: Maxion Wheels Germany Holding GmbH
Current assignee: Maxion Wheels Holding GmbH
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22
Also published as: JP7168553B2; US11633979B2; KR20190051953A; CN109715311A; EP3512648A1; WO2018051282A1; EP3512648B1; BR112019002680B1; CN109715311B; JP2019529207A; US20210283949A1; BR112019002680A2; KR102453079B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Steilschulterfelge sowie eine Steilschulterfelge für Fahrzeugräder von Nutzfahrzeugen. Die Felge hat mehrere Zonen, die ein inneres Felgenhorn 11 und ein äußeres Felgenhorn 20, eine innere Steilschulter 12 und eine äußere Steilschulter 19 sowie ein zwischen den Steilschultern bilden, wobei eine der Zonen als Schüsselanbindungsbereich A für eine Radschüssel 50 vorgesehen ist und die Steilschulterfelge wenigstens eine Teilzone mit gegenüber den anderen Zonen verringerter Wanddicke aufweist Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Steilschultern 12, 19, vorzugsweise beide Steilschultern 12, 19 einen Abschnitt mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der als Schüsselanbindungsbereich (A) vorgesehen Zone aufweist, wobei die Wanddickenreduzierung bei einem der Profilierungsschritte erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einteiligen, im wesentlichen rotationssymmetrischen Steilschulterfelgen für Fahrzeugräder von Nutzfahrzeugen, mit mehreren Materialumformungsschritten, in welchen die Steilschulterfelge als Zonen zumindest ein inneres Felgenhorn und ein äußeres Felgenhorn, eine innere Steilschulter und eine äußere Steilschulter sowie ein Felgentiefbett mit Tiefbettboden, innerer Bettflanke und äußerer Bettflanke zwischen den Steilschultern erhält, wobei eine der Zonen als Schüsselanbindungsbereich für eine Radschüssel vorgesehen ist, und wobei die Materialumformungsschritte wenigstens einen Profilierungsschritt umfassen und mittels wenigstens eines der Materialumformungsschritte die Materialdicke der Steilschulterfelge wenigstens eine Teilzone mit gegenüber den anderen Zonen verringerter Wanddicke erhält. Die Erfindung betrifft ferner auch eine Steilschulterfelge für Fahrzeugräder von Nutzfahrzeugen, mit mehreren an der Steilschulterfelge ausgebildeten Zonen, die ein inneres Felgenhorn und ein äußeres Felgenhorn, eine innere Steilschulter und eine äußere Steilschulter sowie ein Felgentiefbett mit Tiefbettboden, innerer Bettflanke und äußerer Bettflanke zwischen den Steilschultern bilden, wobei eine der Zonen als Schüsselanbindungsbereich für eine Radschüssel vorgesehen ist und die Steilschulterfelge wenigstens eine Teilzone mit gegenüber den anderen Zonen verringerter Wanddicke aufweist. Die Erfindung betrifft ferner auch noch ein Fahrzeugrad für Nutzfahrzeuge, mit einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Steilschulterfelge und einer im Innern der Steilschulterfelge angeordneten, Bolzenlöcher zur Befestigung des Fahrzeugrades an einem Fahrzeug aufweisenden Radschüssel, die im Schüsselanbindungsbereich an die Steilschulterfelge angeschlossen ist, insbesondere angeschweißt ist.
Nutzfahrzeugräder mit einteiligen Stahl-Steilschulterfelgen sowie eingeschweißter Radschüssel bilden seit vielen Jahrzehnten den Standard für Nutzfahrzeuge. Vielfach erhalten entsprechende Nutzfahrzeugräder ein außenliegendes Ventil, d. h. das Ventil befindet sich am Fahrzeugrad in einem Raum außerhalb der Radschüssel zwischen der äußeren Steilschulter der Felge und der Außenfläche der Radschüssel, die entsprechend geformt ist, um ausreichend Freiraum für Scheibenbremsen am Nutzfahrzeug zu schaffen. Der Grundaufbau und die einzuhaltenden Abmessungen entsprechender Steilschulterfelgen mit 15° Steilschultern sind beispielsweise von der ETRTO genormt. Die konstruktiven Grundanforderungen an Nutzfahrzeugräder sind höchste Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht und niedrigen Herstellkosten.
Zur Reduzierung des Gewichtes ist es bei Fahrzeugrädern bekannt, die Felge in solchen Zonen, die im Betriebseinsatz der Felge bzw. eines Fahrzeugrades geringere mechanische Belastung zu ertragen haben, mit einer geringeren Wanddicke bzw. Materialstärke zu versehen. Die DE 199 24 062 A1 beispielsweise schlägt hierzu vor, vor dem Einformen des Felgenprofils mittels Profilrollen den für die Herstellung der Felge verwendeten Felgenrohling (Blechring) auf einem zylindrischen Walzdorn einzuspannen, und dann den Rohling mittels einer Drückwalzrolle axial unter Erzeugung von Teilzonen mit definiert verringerter Wandstärke zu verlängern. Das Einformen des Felgenprofils erfolgte dann auf einer separaten Profilierungsmaschine.
Die DE 20 2005 021 881 U1 beschreibt eine Vorrichtung sowie ein auf dieser Vorrichtung einsetzbares Verfahren zur Herstellung gewichtsoptimierter Felgen, bei welcher eine Drückstation zum konischen Aufweiten des Felgenrohlings vorgesehen ist, wobei dann die Wanddicke des Felgenrohlings an den aufgeweiteten Seiten des Felgenrohlings mittels Fließdrehens in einer sich an die Drückstation anschließenden Fließdrehstation variiert wird, bevor die Endprofilierung erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gewichtsreduziertes Nutzfahrzeugrad mit Steilschulterfelge zu schaffen, welches vorteilhaft herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Reduzierung der Wanddicke in der wenigstens einen Teilzone beim Profilierungsschritt wenigstens einer der Steilschultern stattfindet und die Steilschulter einen Abschnitt mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der für den Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone erhält. Das gezielte Erzeugen der Wanddickenreduzierung in einem der Profilierungsschritte, vorzugsweise im ersten Profilierungsschritt nach dem Schrägstellen der Ringenden des Felgenrohlings in einem Vorprofilierungsschritt, hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Station oder Maschine benötigt wird und damit die Herstellzeit verkürzt werden kann. Das gezielte Vorsehen einer Wanddickenreduzierung in den Steilschultern beim Profilieren durch Profilrollen hat ferner bei Untersuchungen überraschend gezeigt, dass am fertigen Fahrzeugrad eine geringe Entlastung zwischen Schüsselanbindungsbereich und Felgentiefbett auftritt, so dass sich die Festigkeit eines mit einer entsprechend erfindungsgemäß ausgebildeten Steilschulterfelge hergestellten Fahrzeugrades insgesamt verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften möglichen Verfahrensführung erhält bzw. erhalten ausschließlich die äußere Steilschulter und/oder die innere Steilschulter eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich. Alternativ können ausschließlich die äußere Steilschulter und die innere Steilschulter sowie das Felgentiefbett eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der für den Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone erhalten. Es versteht sich, dass andere Zonen gegenüber der Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich ebenfalls eine reduzierte Wanddicke erhalten können, die jedoch dann geringer ausfällt als die erfindungsgemäße Wanddickenreduzierung in den genannten Teilzonen. Die erfindungsgemäß erzielten verringerten Wanddicken in beiden Steilschultern können gleich groß oder unterschiedlich sein und auch die an der Steilschulterfelge erzeugte verringerte Wanddicke kann gleich groß oder unterschiedlich zu der verringerten Wanddicke im Bereich einer Steilschulter oder beider Steilschultern gewählt werden.
Die Profilierung der Abschnitte mit Reduzierung der Wanddicke in der/den Steilschulter/n wird vorzugsweise in Richtung auf das nächstgelegene Felgenhorn zu vorgenommen, wozu die Abschnitte mit Wanddickenreduzierung am fertigen Fahrzeugrad vorzugsweise konisch verlaufen und tiefbettbodenseitig eine größere Dickenreduzierung erhalten als felgenhornseitig.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Fahrzeugrad erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens eine der Steilschultern einen Abschnitt mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der als Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone aufweist. Die gezielte Wanddickenreduzierung in wenigstens einer der Steilschultern in einem Profilierungsschritt bietet die weiter oben genannten Vorteile bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung.
Es kann nur eine der Felgenschultern eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der für den Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone auf, oder noch vorteilhafter weisen beide Felgenschultern eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der für den Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone auf. Alternativ könnten auch ausschließlich die äußere Steilschulter und die innere Steilschulter sowie zusätzlich das Felgentiefbett eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der für den Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone aufweisen. Es versteht sich, dass andere Zonen gegenüber der Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich ebenfalls eine Wanddickenreduzierung erhalten können, die jedoch dann vorzugsweise geringer ausfällt als die erfindungsgemäße Wanddickenreduzierung in den genannten Teilzonen, sodass mithin in einer der beiden Steilschultern oder in beiden Steilschultern sowie gegebenenfalls dem Felgen Tiefbett absolut betrachtet die geringste Wanddicke erzeugt wird bzw. vorliegt.
Die Abschnitte mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich verlaufen vorzugsweise konisch und weisen tiefbettbodenseitig, also näher zum Tiefbett gelegen, eine größere Dickenreduzierung, also eine geringere Wanddicke, auf als felgenhornseitig (näher am benachbarten Felgenhorn), wobei der Schrägwinkel im konischen Bereich vorzugsweise zwischen 0,5° und 1,5° liegt.
Die maximale Wanddickenreduzierung in den Abschnitten mit Wanddickenreduzierung kann relativ zu einer Ausgangswanddicke des zur Herstellung der Steilschulterfelge verwendeten Ausgangsblechs zwischen 20% und 40%, vorzugsweise zwischen 25% und 35%, und insbesondere zwischen 28% und 32% bezogen auf die Ausgangswanddicke betragen. Die Abschnitte mit Wanddickenreduzierung gehen in die hieran unmittelbar angrenzenden Zonen vorzugsweise jeweils mittels Radien und zwischen den Radien ausgebildetem Wendepunkt über.
Die Steilschulterfelge weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, wobei vorzugsweise die Wanddickenreduzierung in den Steilschultern an der Unterseite ausgebildet ist. Die Oberseite der 15°-Steilschultern bildet an der Steilschulterfelge die Anlagefläche für den Dichtwulst am Reifen und bleibt dann eben.
Bei den mit der Steilschulterfelge hergestellten Fahrzeugrädern kann es sich um Zwillingsräder oder Einzelräder handeln. Am Übergangsabschnitt zwischen Felgentiefbett und einer der Steilschultern kann ein Übergangsabschnitt zum Vorsehen eines Ventillochs für ein außenliegendes Ventil vorgesehen sein.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Steilschulterfelge und einer im Innern der Steilschulterfelge angeordneten, Bolzenlöcher zur Befestigung des Fahrzeugrades an einem Fahrzeug aufweisenden Radschüssel, die im Schüsselanbindungsbereich an die Felge angeschlossen ist, insbesondere angeschweißt ist, ist durch eine einteilige Steilschulterfelge aus Stahl mit bei einem der Profilierungsschritte am Blechring erzeugten Wanddicken-Reduzierungen im Bereich wenigstens einer der Steilschultern, wie weiter oben beschrieben, gekennzeichnet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung anhand von in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch stark vereinfacht anhand eines Schaubilds die Schritte zur Herstellung eines Felgenrohlings aus einer Metallblechplatine;
2 schematisch stark vereinfacht anhand eines Schaubildes die Schritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge durch Profilrollen aus einem Felgenrohling;
3 anhand einer Schnittansicht das Profil einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels mit angeschlossener Radschüssel;
4 schematisch vereinfacht anhand der Änderungen des Profilquerschnitts die Profilrollschritte zur Herstellung bzw. Profilierung der Steilschulterfelge aus 3;
5 in Schnittansicht den Profilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit angeschlossener Radschüssel;
6 anhand einer Schnittansicht die Formkontur von Profilrollen gemäß einer ersten Verfahrensvariante zur Profilierung des Profilquerschnitts einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 5;
7A eine Detailansicht am Werkzeug aus 6 mit der Formkontur zur Erzeugung der Materialreduzierung bzw. Dickenreduzierung in einer der Steilschultern einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge;
7B eine Detailansicht am Werkzeug aus 6 mit der Formkontur zur Erzeugung der Materialreduzierung im Felgentiefbett der Steilschulterfelge nach 5;
8 eine Detailansicht einer Steilschulter einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge; und
9 die Formkontur von Profilrollen gemäß einer zweiten Verfahrensvariante zur Profilierung des Profilquerschnitts einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 5.
1 zeigt schematisch stark vereinfacht die Verfahrensschritte bzw. Stationen zur Herstellung eines Felgenrohlings 60 für eine erfindungsgemäße Steilschulterfelge. Als Ausgangsmaterial dient eine rechteckförmige Blechplatine 1 aus Stahlblech, die einem Stapel 2 entnommen wird und über eine im Detail nicht dargestellte Zuführstrasse einem Rundtisch 3 zugeführt wird, in welcher die Blechplatine 1 mittels mehrerer Rollen zu einem nahezu geschlossenen Ring verformt wird. In einer nachfolgenden Schweißmaschine 4 werden die Ränder der nach Rundung einander gegenüberliegenden Platinenenden flach gedrückt und anschließend auf geeignete Weise miteinander verschweißt. Vorzugsweise im noch schweißwarmen Zustand werden anschließend in hier zwei Entgratstationen 5, 6 einerseits die Randkanten des Blechrings sowie auch die Schweißnaht entgratet und der hierdurch entstehende Felgenrohling wird ggfs. beschnitten und arrondiert, so dass ein kreisrunder Felgenrohling 60 (häufig auch Ring oder Blechring genannt) entsteht. Die zuvor beschriebenen Schritte sind dem Fachmann hinlänglich bei der Herstellung von Felgen bzw. Felgenrohlingen aus Blechplatinen bekannt, weswegen keine detailliertere Erläuterung erfolgt.
Die erfindungsgemäße Verfahrensführung bezieht sich auf das Profilieren des anfänglich zylindrischen Felgenrohlings zu einer Steilschulterfelge mit dem erfindungsgemäßen Profilquerschnitt. 2 zeigt hierbei schematisch stark vereinfacht die Profilierung mittels vier nacheinander stattfindender Profilierungsschritte 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, wobei die Profilierung auch in mehreren Stufen erfolgen könnte, wie mit dem zusätzlichen Profilierungsschritt 2.5 zwischen den Schritten 2.2 und 2.3 angedeutet.
Im Profilierungsschritt 2.1, der eigentlich nur ein Vorprofilierungsschritt ist, wird der anfänglich kreiszylindrische Felgenrohling an den Enden konisch aufgeweitet und es entsteht ein Felgenrohling mit einer Zwischenkontur, die entsprechend mit Bezugszeichen 60' bezeichnet ist. Spezifische Zonen des späteren Felgenprofils sind am Ende des Vorprofilierungsschritts noch nicht vorhanden und auch nicht erkennbar. Die eigentliche Profilierung des Rohlings zur Felge findet anschließend in den Profilierungsschritten 2.2 bis 2.4 (bzw. 2.5) statt, wobei die Arbeitsweise in jedem Schritt annähernd ähnlich ist und die schrittweise Umformung mit den Zwischenformen 60'' sowie 60''' in die Endform der Steilschulterfelge 10 durch die Auslegung der Formkontur der in jedem Rollschritt bzw. Profilierschritt verwendeten Werkzeuge vorgegeben ist, wie an sich dem Fachmann bekannt ist. In jedem Profilierschritt 2.2, 2.3, 2.4 kommt hierbei ein Paar von Werkzeugen zum Einsatz, die jeweils einen Profildorn bzw. eine Unterrolle 80, welche in den Rohling einfasst und diesen abstützt, und eine Oberrolle 70 aufweisen, mit welcher der Rohling gegen die rotierende Unterrolle 80 angedrückt wird. Auch dies ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, weswegen keine weitere Erläuterung erfolgt.
Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, während wenigstens eines der Profilierungsschritte, vorzugsweise während des ersten echten Profilierungsschritts 2.2, nicht nur eine weitere Umformung des Felgenrohlings 60' vorzunehmen, sondern gleichzeitig bei diesem Profilierungsschritt auch noch eine Wanddickenreduzierung zumindest in einer der beiden Steilschultern um wenigstens 20% gegenüber der Materialdicke in dem für die Schüsselanbindung vorgesehenen Bereich vorzunehmen. Zur Erläuterung wird zuerst Bezug genommen auf 3, in welcher der Profilquerschnitt eine erfindungsgemäßen Steilschulterfelge 10 zusammen mit einer im Schüsselanbindungsbereich A angeschweißten Radschüssel 50 dargestellt ist. In 3 bezeichnet Bezugszeichen 90 das aus Steilschulterfelge 10 einerseits sowie der u.a. Bolzenlöcher aufweisenden Radschüssel 50 zusammengesetzte Fahrzeug, wobei die Radschüssel 50 nur mit einem Teilabschnitt dargestellt ist. Die eigentliche Erfindung manifestiert sich am Felgenprofil bzw. Profilquerschnitt der Steilschulterfelge 10, die als wesentliche Zonen ein inneres Felgenhorn 11, hieran anschließend eine innere Steilschulter 12, ein Felgentiefbett 13 mit einer inneren Tiefbettflanke 14 und einer äußeren Tiefbettflanke 15, einen Übergangsbereich 16, eine Übergangschräge 17, eine Mini-Ledge 18 (oder Hump) als Sicherheitsbereich, eine äußere Steilschulter 19 sowie ein äußeres Felgenhorn 20 aufweist. Die Bezeichnungen innen bzw. außen beziehen sich hierbei auf den Montagezustand eines solchen Fahrzeugrades 90 an einem Fahrzeug (nicht dargestellt), wobei im Montagezustand nur die Radschüssel 50 sowie das äußere Felgenhorn 20 mit der äußeren Steilschulter 19 und der Übergangschräge 17 sichtbar wären, während die anderen Bereiche am Fahrzeugrad 90 innenliegend angeordnet sind und daher nicht sichtbar sind. Im Übergangsbereich 17 wird im Regelfall ein Ventilloch für ein dann außenliegendes Ventil angeordnet.
Wie bereits 3 gut erkennen lässt, sind bei der erfindungsgemäßen Steilschulterfelge 10 sowohl die innere Steilschulter 12 als auch die äußere Steilschulter 19 mit einer gezielt bei einem der Profilierungsschritte erzeugten, signifikanten Reduzierung der Wanddicke versehen, wobei sich die Zone mit verringerter Wanddicke aufgrund der gewählten Verfahrensführung ausschließlich im Bereich der beiden Steilschultern 12, 19 befindet.
4 zeigt anhand der verschiedenen Felgenrohlinge 60', 60' 60''' bzw. an der Steilschulterfelge 10 als Endprodukt die Veränderung des Profilquerschnitts und die Veränderung der Profilkontur bei den Profilierungsschritten, wobei die Profilform und der Profilquerschnitt des Felgenrohlings 60' im obersten Umformschritt 4.1 dem Vorprofilierungsschritt 2.1 in 2 entspricht, die Profilform des Felgenrohlings 60'' im Profilierungsschritt 4.2 in 4 dem Profilierungsschritt 2.2 in 2 entspricht, die Profilform des Felgenrohlings 60''' im Profilierungsschritt 4.3 in 4 dem Profilierungsschritt 2.3 entspricht und die Profilform im Profilierungsschritt 4.4 dem Profilierungsschritt 2.4 bzw. der Endkontur der Steilschulterfelge gemäß 3 entspricht und daher mit Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Bei der Vorprofilierung wird der den Felgenrohling bildende Blechring nur an den jeweiligen Enden zu einer ersten Zwischenform 60' aufgeweitet. Im ersten echten Profilierungsschritt wird eine Zwischenform 60'' erzeugt, in der ein Tiefbett sowie der Übergangsabschnitt bereits deutlich erkennbar sind. Gleichzeitig werden in den nach oben aufragenden Abschnitten jeweils Teilflächen mit einer signifikanten Dickenreduzierung auf die Wanddicke D₁ bzw. D₂ gegenüber der Wanddicke D in den anderen Bereichen erzeugt, wobei diese mit Wanddickenreduzierung versehenen Bereiche in der Endkontur der Steilschulterfelge 10 gemäß Profilierungsschritt 4.4 in 4 jeweils die Steilschulter 12 bzw. 19 bilden. Wie die Figuren ganz gut erkennen lassen, erfährt der mit den Dickenreduzierungen versehene Felgenrohling 60'' weder im Profilierungsschritt 4.3 zum Felgenrohling 60''' noch im sich anschließenden, die Steilschulterfelge 10 als endprodukterzeugenden letzten Profilierungsschritt 4.4 eine weitere Reduzierung der Wanddicke in den Felgenschultern 12, 19, sondern diese Wanddickenreduzierung wird nur mit den Werkzeugen im Profilierungsschritt 4.2 hervorgerufen.
Bei dem Fahrzeugrad 90 gemäß 3 ist die Radschüssel 50 mit ihrem Schüsselrand 52 an der Unterseite des Übergangsbereichs 16 angeschlossen. Dieser Abschnitt des Übergangsbereichs bildet den Schüsselanbindungsbereich für die Radschüssel 50 und ist daher zur besseren Verdeutlichung mit Bezugszeichen A bezeichnet. Die Dickenreduzierung der Wanddicke in den beiden Steilschultern 12, 19 ist bezogen auf den Schüsselanbindungsbereich A derart gewählt, dass die Wanddicke D₁ sowie D₂ in den beiden Steilschultern 12, 19 zumindest partiell um mehr als 20% kleiner ist als die Dicke D im Bereich des Schüsselanbindungsbereichs A, hier also im Bereich des Übergangsabschnitts 16. Dieser Dickenunterschied zwischen den dickenreduzierten Bereichen mit den Dicken D₁, D₂ und der Blechdicke D wird hier ausschließlich im ersten echten Profilierungsschritt 4.2 erzielt. Zur Verdeutlichung sind daher im Profilquerschnitt 4.2 gemäß 4 die entsprechenden Dickenänderungen bzw. reduzierten Wanddicken D₁ sowie D₂ sowie die Wanddicke D im Schüsselanbindungsbereich A eingetragen.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeugrad 190 mit einer erfindungsgemäßen Steilschulterfelge 110. Auch hier weist die Steilschulterfelge 110 ein inneres Felgenhorn 111, eine innere Steilschulter 112, ein Felgentiefbett 113 mit innerer Bettflanke 114 und äußerer Bettflanke 115, einen von einer Mini-Ledge 118 gebildeten Sicherheitsbereich, eine äußere Steilschulter 119 sowie ein äußeres Felgenhorn 120 auf. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel ist sowohl die innere Steilschulter 112 als auch die äußere Steilschulter 119 mit einer reduzierten Wanddicke D₁ bzw. D₂ versehen, wobei die minimale Wanddicke D₁, D₂ in den dickenreduzierten Teilzonen um wenigstens 20% geringer ist als die Wanddicke D der Steilschulterfelge 110 im Bereich des Schüsselanbindungsbereichs A für die Radschüssel 150. Der Schüsselanbindungsbereich A befindet sich hier an der Unterseite 113' des ebenen Tiefbettbodens 113. In weiterer Abweichung vom vorherigen Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den beiden Steilschultern 112, 119 bei dem Fahrzeugrad 190 auch der Tiefbettboden 113 partiell mit einer Teilzone 130 mit reduzierter Wanddicke D₃ versehen. 5 lässt gut erkennen, dass die Steilschultern 112, 119 jeweils an der Unterseite 110' mit einer Einbuchtung an der Oberfläche versehen sind, wohingegen im gezeigten Ausführungsbeispiel die Dickenreduzierung im Tiefbett 130 an der Oberseite 110'' der Steilschulterfelge 110 erzeugt wurde. Die Ursache hierfür verdeutlichen insbesondere die 6, 7A und 7B, in welchen schematisch die Werkzeuge bzw. Abschnitte der Werkzeuge zur Herstellung des Profilquerschnitts der Steilschulterfelge im ersten echten Profilierungsschritt dargestellt sind.
In 6 bezeichnet Bezugszeichen 170 wiederum die Oberrolle und Bezugszeichen 180 die hier mehrteilige Unterrolle bzw. den Rolldorn. Beim Profiliervorgang in einer Profiliermaschine befindet sich der umzuformende Blechring als Felgenrohling zwischen den beiden Werkzeugen 170 und 180, wobei das Werkzeug 180 jeweils in den Blechring bzw. Felgenrohling einfasst und rotiert, während die Werkzeug 170 vorzugsweise jeweils die Zustellbewegung ausüben. Die Formkontur der Oberfläche des Werkzeugs 180 zeigt mittig einen ebenen Abschnitt 186, in welchem das Tiefbett ausgebildet wird und an welchem die Unterseite des Rohlings anliegt. Seitlich des Tiefbetts befinden sich zwei Schrägflächen 182, 183, die jeweils mit einer Erhebung 184 bzw. 185 versehen sind, um in den Bereich der späteren Steilschultern die Dickenreduzierungen während des Profilierschritts anzubringen. Die Formkontur 171 am gegenüberliegenden Werkzeuge 170 verläuft in diesen Bereichen zwar ebenfalls schräg, aber kontinuierlich gerade und ohne Erhebung, wie die Oberflächen 172, 173 an der Kontur des Werkzeugs 170 gut erkennen lassen. Im Mittelbereich 176 der Formkontur 171 des Werkzeugs 170 hingegen ist wiederum eine Erhebung 174 ausgebildet, die während des Profilierungsschritts für die Dickenreduzierung in dem entsprechenden Bereich des Felgentiefbetts sorgt.
Die 7A und 7B zeigen Detailansichten der Abschnitte an den Werkzeugen 170 bzw. 180 zur Erzeugung der Materialdickenreduzierungen an der Steilschulterfelge gemäß 6. In 7A ist erkennbar, dass die Erhebung 184 an dem Werkzeug 180 nicht parallel zu der gegenüberliegenden Fläche 173 am Werkzeug 170 verläuft, sondern um einen geringen Winkel, hier etwa 1° schräg. Die in 7A rechte Ecke der Erhebung 184 taucht daher zu einem Zeitpunkt in das Material des zuvor aufgeweiteten Felgenrohlings ein, zu welchem die in 7A linke Seite der Erhebung 184 noch keinen Kontakt mit der Oberfläche des Rohlings hat. Beim Profilierungsschritt wird durch diese Maßnahme das Material nach außen, also auf das wenn auch erste später profilierte nächstliegende Felgenhorn zu verdrängt, weswegen die Materialreduzierung über ihre Länge betrachtet eine hier sich kontinuierlich ändernde Dicke hat, wobei die minimale Dicke näher am Felgentiefbett liegt als die maximale Dicke im gezielt wanddickenreduzierten Bereich der Steilschulterfelge.
Auf ähnliche Weise wird auch beim Felgentiefbett vorgegangen und auch hier hat die Erhebung 174 am Werkzeug 170 auf der einen Seite, hier der linken Seite, eine größere Erhebung gegenüber den angrenzenden Flächen als an der rechten Seite der Erhebung 174, so dass Material bezogen auf die Anordnung in 7B nach rechts verdrängt wird, weil die linke Hälfte der Erhebung 174 früher in das zu profilierende Material eintaucht als die rechte Hälfte der Erhebung 174. Anders als bei den Felgenschultern ist allerdings beim Felgentiefbett die Verdrängungsrichtung frei wählbar, auch wenn vorzugsweise die Verdrängung in Richtung auf das näherliegende Felgenhorn zu bzw. in Richtung der kürzeren Seite erfolgt.
8 verdeutlicht beispielhaft anhand eines Ausschnitts des Felgenprofilquerschnitts im Bereich der Felgenschulter 119 nochmals die sich kontinuierlich ändernde reduzierte Wanddicke und deren Verlauf im Bereich der Felgenschulter 119. Wie weiter oben erwähnt wird aufgrund der Formgebung der Werkzeuge die maximale Dickenreduzierung, also eine minimale Materialdicke D₂ an der Steilschulterfelge, am in 8 rechten, innenliegenden Bereich der Felgenschulter 119 erzeugt. Ausgehend von diesem Bereich nimmt die Materialdicke auf das näherliegende Felgenhorn kontinuierlich zu, wobei diese Dickenzunahme durch den Winkel α zwischen einer mit der Unterseite 119' zusammenfallenden ersten Linie sowie einer zweiten Linie 131 verdeutlicht wird. Die Linie 131 fluchtet mit den Oberflächen im nicht dickenreduzierten Bereich und entspricht daher der Materialdicke, die vorläge, wenn die Dickenreduzierung (bzw. Einbuchtung an der Oberfläche) dort nicht gemäß der Erfindung erzeugt worden wäre. Entsprechend der abnehmenden Wanddickenreduzierung verringert sich die Tiefe der Einbuchtung vom Felgentiefbett aus auf das spätere Felgenhorn zu kontinuierlich zu, wie mit den beiden Tiefen T₁ sowie T₂ zwischen den Linien 130, 131 verdeutlicht, wobei die Tiefe T₁ kleiner ist als die Tiefe T₂. Die Übergänge in den angrenzenden Bereichen werden jeweils mittels Radien R gebildet, wie 8 verdeutlicht, wobei zwischen zwei benachbarten Radien R noch ein Wendepunkt ausgebildet ist.
Wie weiter oben bereits erläutert können auch mehrere Profilierungsschritte, insbesondere ein zusätzlicher Profilierungsschritt (mit 2.5 in 2 angedeutet) vorgesehen sein. Auch wenn angestrebt wird, die Profilierung der Steilschulterfelge in möglichst wenigen Profilierungsschritten vorzunehmen, könnte ein entsprechender zusätzlicher Profilierungsschritt beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Steilschulterfelge, wie unter Bezugnahme auf 5 erläutert, sowohl in beiden Steilschultern als auch im Felgentiefbett, jeweils eine Dickenreduzierung erhalten soll. Die 9 zeigt daher getrennte Werkzeuge zur Erzeugung der Dickenreduzierungen in den Steilschultern einerseits sowie im Felgentiefbett andererseits in separaten Profilierungsschritten. Die oben in 9 dargestellten Werkzeuge 270', 280' könnten beispielsweise im Profilierungsschritt 2.2 Anwendung finden, wobei in diesem Profilierungsschritt mit den Werkzeugen 270', 280' ausschließlich die Materialdickenreduzierung im Bereich des Felgentiefbetts erzeugt wird. Nur das Werkzeug 270' weist daher an seiner Oberflächenkontur eine entsprechende Erhebung 274' auf. Erst im zweiten Profilierungsschritt (2.5 in 2) würden dann die Dickenreduzierungen im Bereich der beiden Steilschultern erzeugt werden. Das hierzu dienende Werkzeug 280'' im unteren Bereich von 9 weist entsprechend Erhebungen 284'', 285'' auf, wohingegen das Felgentiefbett in diesem Profilierungsschritt keine weitere Dickenreduzierung oder Formänderung mehr erfährt, denn die einander gegenüberliegenden Mittelbereiche 276'', 286'' sind jeweils eben.
Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen. Die Dickenreduzierung im Felgentiefbett könnte auch an der Unterseite erzeugt werden. Die Dickenreduzierungen in beiden Steilschultern erfolgen vorzugsweise simultan mit demselben Werkzeug. Die zusätzliche Dickenreduzierung im Bereich des Felgentiefbetts, sofern eine solche vorgesehen wird, kann, wie erläutert, mittels eines Werkzeugs in einem Verfahrensschritt oder mittels unterschiedlicher Werkzeuge in unterschiedlichen Verfahrensschritten erzeugt werden. Die jeweils gezielt erzeugten verringerten Wanddicken können untereinander gleich oder unterschiedlich sein und es reicht aus, wenn die minimale Wanddicke in den Bereichen mit reduzierter Wanddicke um den geforderten Wert kleiner ist als im Bereich des Schlüsselanbindungsbereichs. Die Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich kann der Ausgangsdicke der zur Herstellung des Rohlings verwendeten Blechplatine entsprechen. Es könnte jedoch auch eine geringere Wanddicke vorherrschen, insbesondere wenn entsprechende Bereiche noch mechanisch bearbeitet werden. Ggf. könnten auch die Werkzeuge zum Profilieren und Ausbilden der Materialreduzierungen an den 15°-Steilschultern gesondert unter Schutz gestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19924062 A1 [0003]
DE 202005021881 U1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung von einteiligen, im wesentlichen rotationssymmetrischen Steilschulterfelgen für Fahrzeugräder von Nutzfahrzeugen, mit mehreren Materialumformungsschritten, in welchen die Steilschulterfelge als Zonen zumindest ein inneres Felgenhorn und ein äußeres Felgenhorn, eine innere Steilschulter und eine äußere Steilschulter sowie ein Felgentiefbett mit Tiefbettboden, innerer Bettflanke und äußerer Bettflanke zwischen den Steilschultern erhält, wobei eine der Zonen als Schüsselanbindungsbereich für eine Radschüssel vorgesehen ist, und wobei die Materialumformungsschritte wenigstens einen Profilierungsschritt umfassen und mittels wenigstens eines der Materialumformungsschritte die Materialdicke der Steilschulterfelge wenigstens eine Teilzone mit gegenüber den anderen Zonen verringerter Wanddicke erhält, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung der Wanddicke in der wenigstens einen Teilzone beim Profilierungsschritt wenigstens einer der Steilschultern stattfindet und die Steilschulter (12, 19; 112, 119) einen Abschnitt mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke (D) in der für den Schüsselanbindungsbereich (A) vorgesehen Zone erhält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die äußere Steilschulter (19; 119) und/oder die innere Steilschulter (12; 112) eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich erhält/erhalten, oder dass ausschließlich die äußere Steilschulter (119) und die innere Steilschulter (112) sowie das Felgentiefbett (113) eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der für den Schüsselanbindungsbereich vorgesehen Zone erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung der Abschnitte mit Reduzierung der Wanddicke in der/den Steilschulter/n in Richtung auf das nächstgelegene Felgenhorn zu vorgenommen wird, wobei die Abschnitte mit Wanddickenreduzierung vorzugsweise konisch verlaufen und tiefbettbodenseitig eine größere Dickenreduzierung erhalten als felgenhornseitig.
Steilschulterfelge für Fahrzeugräder von Nutzfahrzeugen, mit mehreren Zonen, die ein inneres Felgenhorn (11; 111) und ein äußeres Felgenhorn (20; 120), eine innere Steilschulter (12; 112) und eine äußere Steilschulter (19; 119) sowie ein Felgentiefbett mit Tiefbettboden (13; 113), innerer Bettflanke (14; 114) und äußerer Bettflanke (15; 115) zwischen den Steilschultern bilden, wobei eine der Zonen als Schüsselanbindungsbereich (A) für eine Radschüssel vorgesehen ist und die Steilschulterfelge wenigstens eine Teilzone mit gegenüber den anderen Zonen verringerter Wanddicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Steilschultern (12, 19; 112, 119) einen Abschnitt mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke (D) in der als Schüsselanbindungsbereich (A) vorgesehen Zone aufweist.
Steilschulterfelge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich eine Felgenschulter, oder ausschließlich beide Felgenschultern (12, 19), eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der für den Schüsselanbindungsbereich (A) vorgesehen Zone aufweisen, oder dass ausschließlich die äußere Steilschulter (119) und die innere Steilschulter (112) sowie das Felgentiefbett (113) eine Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke in der für den Schüsselanbindungsbereich (A) vorgesehen Zone aufweisen.
Steilschulterfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte mit einer Wanddickenreduzierung von mehr als 20% gegenüber der Wanddicke im Schüsselanbindungsbereich konisch verlaufen und tiefbettbodenseitig eine größere Dickenreduzierung erhalten als felgenhornseitig, wobei der Schrägwinkel (α) im konischen Bereich vorzugsweise zwischen 0,5° und 1,5° liegt.
Steilschulterfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Wanddickenreduzierung (D₁, D₂) in den Abschnitten mit Wanddickenreduzierung relativ zu einer Ausgangswanddicke des zur Herstellung der Steilschulterfelge verwendeten Ausgangsblechs zwischen 20% und 40%, vorzugsweise zwischen 25% und 35%, und insbesondere zwischen 28% und 32% bezogen auf die Ausgangswanddicke beträgt.
Steilschulterfelge nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte mit Wanddickenreduzierung in die hieran unmittelbar angrenzenden Zonen jeweils mittels Radien (R) und zwischen den Radien ausgebildetem Wendepunkt übergehen.
Steilschulterfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steilschulterfelge eine Oberseite und eine Unterseite (110') aufweist, wobei die Wanddickenreduzierung in den Steilschultern (112, 119) an der Unterseite (110') ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Steilschulterfelge nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch einen Übergangsabschnitt zwischen Felgentiefbett und einer der Steilschultern zum Vorsehen eines Ventillochs im Übergangsabschnitt.
Fahrzeugrad für Nutzfahrzeuge, mit einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Steilschulterfelge und einer im Innern der Steilschulterfelge angeordneten, Bolzenlöcher zur Befestigung des Fahrzeugrades an einem Fahrzeug aufweisenden Radschüssel, die im Schüsselanbindungsbereich (A) an die Steilschulterfelge angeschlossen ist, insbesondere angeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steilschulterfelge gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10 ausgebildet ist.