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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer einteiligen, zylindrischen Felgenvorform mit
wenigstens einem ersten Ringabschnitt mit einer Ausgangsmaterialstärke und
wenigstens einem zweiten Ringabschnitt mit einer von der Ausgangsmaterialstärke abweichenden
Endmaterialstärke
aus einem Ausgangszylinder mit einer Ausgangsmaterialstärke. Die
Erfindung betrifft ferner eine Felge für Fahrzeugräder, die aus einer entsprechenden
Felgenvorform hergestellt ist.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren
erzeugten Felgenvorformen bzw. Felgen können bei Fahrzeugrädern für Personenkraftwagen
und Nutzfahrzeuge eingesetzt werden, wobei die Fahrzeugräder bzw.
Felgen aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere Stahl oder
einem Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium bzw. einer entsprechenden
Legierung bestehen können.
Bekannte Stahl- oder Leichtmetallfelgen für Fahrzeugräder werden üblicherweise durch Walzen eines
Stahl- oder Leichtmetallblechabschnitts in eine zylindrische Gestalt,
anschließendes
Stumpfschweißen
und Verformung durch Profilwalzen hergestellt. Beim Profilwalzen
oder Profilrollen kann in der Felge lokal die Materialstärke beeinflußt und entsprechend
der am Fahrzeugrad zu erwartenden Belastung eingestellt werden.
Hierbei bestehen grundsätzlich
Bestrebungen, in den einzelnen Bereichen eine optimale Materialstärke und
Gefügestruktur
zu erreichen, wobei in den höher
belasteten Zonen der Felge die Materialstärke ein bestimmtes Maß nicht
unterschreiten darf und in den geringer belasteten Zonen zu große Materialstärken vermieden
werden sollen, um das Gesamtgewicht der Felge bzw. des Fahrzeugrades möglichst
niedrig zu halten und auch die Herstellkosten für die Felge zu minimieren.
Verschiedenen Herstellverfahren für Felgen oder Felgenvorformen
mit unterschiedlichen Materialstärken
sind beispielsweise aus der
EP
0 205 867 A1 ,
DE
32 39 675C2 ,
DD 38 769 ,
DE 35 28 362 A1 oder
DE 30 46 514 C2 bekannt.
Bei sämtlichen
Herstellverfahren für
Felgen oder Felgenvorformen wird die variable Materialstärke mittels
Werkzeugen erzielt, die unmittelbar auf die Oberfläche des
Ausgangszylinders einwirken und den Ausgangszylinder durch Anwendung
von Druck verformen. Der maschinelle Aufwand für ein derartiges Verfahren
ist vergleichsweise hoch.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Herstellverfahren zu schaffen, welches mit geringem apparativen
Aufwand ein kostengünstiges
Herstellen von Felgenvorformen bzw. Felgen mit über die Axiallänge unterschiedlichen
Materialstärken
ermöglicht.
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Diese und weitere Aufgaben werden
durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch
13 angegebene Felge gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
des Verfahrens und der Felge sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Ausgangszylinder
im Bereich einer Ringzone partiell erwärmt wird und die erwärmte Ringzone
durch Einleiten einer Axialkraft in den Ausgangszylinder auf die Endmaterialstärke warmverformt
wird. Abweichend von den bekannten Verfahren wird mithin erfindungsgemäß die partielle Änderung
der Materialstärke nicht
durch einen unmittelbaren Kontakt zwischen einem Werkzeug und der
Oberfläche
des Ausgangszylinders erreicht sondern die Dickenänderung
im Ausgangszylinder wird durch lokales bzw. partielles Erwärmen unter
gleichzeitiger Überlagerung
einer in den Ausgangszylin der eingeleiteten Axialkraft bewirkt.
Durch die Kombination dieser Maßnahmen
tritt lokal im Bereich der erwärmten
Zone eine plastische Verformung des Ausgangszylinders und damit
auch eine gezielte Materialstärkenänderung
ein. Es versteht sich, daß aufgrund
der gezielten Materialstärkenänderung
zugleich eine Längenänderung
des Ausgangszylinders eintritt. Voraussetzung für die Warmverformung bzw. plastische
Verformung ist hierbei, daß mit
der Axialkraft eine Zug- oder Druckspannung im Ausgangszylinder
aufgebaut wird, welche die Warmfließgrenze des Materials des Ausgangszylinders übersteigt.
Hierbei wird ausgenutzt, daß die
Warmfließgrenze
mit steigender Erwärmungstemperatur
der zu verformenden Ringzone sinkt.
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Für
die Durchführung
des Verfahrens bieten sich zwei Verfahrensvarianten an. Bei der
ersten Verfahrensvariante wird die erwärmte Ringzone aufgrund der
Axialkraft auf Druck beansprucht, so daß in der erwärmten Ringzone
durch Stauchen eine Dickenzunahme erreicht wird. Die bevorzugte
Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß beide Stirnzonen des Ausgangszylinders
eingespannt werden und die erwärmte
Ringzone durch die Axialkraft auf Zug beansprucht wird. Bei dieser
Verfahrensvariante wird mithin die erwärmte Ringzone durch Strecken
in ihrer Materialstärke
reduziert. Diese Verfahrensführung hat
den besonderen Vorteil, daß diejenigen
Bereiche der Fahrzeugfelgenvorform, die am Ende eines Felgenherstellverfahrens
die höchste
Materialstärke
erhalten sollen, wie insbesondere die Felgenhörner und das Tiefbett, durch
die Ausgangsmaterialstärke bestimmt
werden und nur die weniger belasteten Bereiche durch Strecken eine
geringere Materialstärke erhalten. Über das
Ausgangsmaterial und dessen Gefügezustand
können
die Festigkeitseigenschaften in den höher belasteten Bereichen der
Felge dann voreingestellt werden. Außerdem besteht bei einer derartigen
Verfahrensführung
ein geringeres Risiko, daß die
Felgenvorform von der gewünschten,
vollständig
zylindrischen Form abweicht. Weiter von Vorteil ist, daß die ohnehin
schwieriger zugänglichen Stirnzonen
des Ausgangszylinders, die bei der fertigen Felge die Felgenhörner bilden
sollen, nicht erwärmt
werden müssen
und keiner Materialstärkenänderung
unterzogen werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung des
Verfahrens weist die erwärmte
Ringzone eine geringere Axiallänge
als der warmverformte Ringabschnitt an der Felgenvorform auf und/oder
die Heizmittel zum Erwärmen
der Ringzone werden während
der Einleitung der Axialkraft in Axialrichtung bewegt. Dies ermöglicht nicht
nur, den warmverformten Bereich annähernd exakt auf den gewünschten
lokalen Bereich zu begrenzen, sondern es kann über die Axiallänge auch
ein Ringabschnitt mit einer über
die Axiallänge kontinuierlich
ansteigenden bzw. absinkenden Materialstärke hergestellt werden. Zweckmäßigerweise sind
die Mittel zum Erwärmen
induktive Heizmittel und bestehen insbesondere aus einer ringförmigen Induktionsspule
od.dgl.. Um den partiellen Erwärmungsbereich
exakt definieren zu können,
kann die Induktionsspule nur wenige, insbesondere nur eine Windung
umfassen. Die plastische Verformung stellt sich dann jeweils nur
in der aktuell erwärmten
Ringzone ein, während
die an die erwärmte
Ringzone angrenzenden Bereiche eine plastische Verformung hemmen.
Weiter vorzugsweise können
die induktiven Heizmittel an einen Mittelfrequenzgenerator angeschlossen
werden, wobei vorzugsweise die Frequenz auf die Wandstärke und/oder
das Ausgangsmaterial einstellbar ist. Durch einen Mittelfrequenzgenerator
kann eine schnelle lokale Erwärmung über die
gesamte Dicke der Wand des Ausgangszylinders erzielt werden.
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Zur Verfahrenssteuerung werden beim
Herstellverfahren vorzugsweise mittels einer Regeleinrichtung die
Heizmittel, die Mittel zum Einleiten der Axialkraft und/oder die
Einrichtung zum Bewegen der Heizmittel geregelt. Insbesondere günstig ist hierbei, wenn
mit den Heizmitteln die Ringzone auf eine Temperatur erwärmt wird,
die oberhalb der Rekristallisationstemperatur für das Ausgangsmaterial liegt,
so daß die
Felgenvorform auch in den plastisch verformten Bereichen einen günstigen
Gefügezustand
erhalten kann. Es versteht sich, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
durch Warmverformung mehrere Zonen mit unterschiedlichen Endmaterialstärken erzeugt
werden können.
Ferner kann der Ausgangszylinder vorzugsweise aus einem Bandmaterial
mit konstanter Ausgangsmaterialstärke bestehen und das Material
für den
Ausgangszylinder kann Stahl oder ein Leichtmetall bzw. eine Leichtmetallegierung wie
z.B. Aluminium oder Magnesium sein. Besonders vorteilhaft ist, wenn
die Gefügestruktur
im auf die Endmaterialstärke
verformten Ringabschnitt zusätzlich
zur gewählten
Umformungstemperatur auch durch eine Beeinflussung der Abkühlgeschwindigkeit optimiert
wird. Die Gefügestruktur
in den plastisch verformten Bereichen kann – wie an sich bekannt- insbesondere
durch diffusionsgesteuerte Prozesse verbessert werden. Hierzu kann
in bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens die Abkühlgeschwindigkeit
durch Zuschalten eines Kühlmittelstroms,
insbesondere Kühlmittelluftstroms
im Inneren des Ausgangszylinders bzw. der Felgenvorform, beeinflußt werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch mit einer
Felge für
Fahrzeugräder
gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Felge aus einer partiell warmverformten
Felgenvorform mit unterschiedlichen Materialstärken hergestellt ist, wobei
das Herstellverfahren insbesondere einen oder mehrere der vorstehenden
Schritte umfaßt.
Zum Umformen der Felgenvorform auf das Felgenendprofil kann insbesondere
als Fertigungsverfahren ein Profilrollen eingesetzt werden, wie
dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
schematisch in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung
zeigen:
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1A–1C verschiedene
Stadien der Warmverformung eines Ausgangszylinders bei axialer Zugbeanspruchung;
und
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2A-2C verschiedene
Stadien der Warmverformung eines Ausgangszylinders bei axialer Druckbeanspruchung.
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Der in 1A mit
10 bezeichnete konzentrische, einstöckige Ausgangszylinder ist
aus einem geeigneten Ausgangsmaterial wie Stahl oder einem Leichtmetall
in Bandform hergestellt und zu einem Zylinderrohr mit einer Umfangswand 1 gerundet.
Der Ausgangszylinder 10 hat eine über die gesamte Axialausgangslänge L1 konstante Ausgangsmaterialstärke a. Zur
Herstellung der in 1B nur
im Endzustand gezeigten Felgenvorform 20 werden die beiden
ringförmigen
Stirnzonen 2 des Ausgangszylinders 10 zwischen
ringförmige
Klemmbacken 3 od. dgl. einer Umformmaschine eingespannt
und mittels eines nur schematisch angedeuteten, ebenfalls ringförmigen induktiven
Heizmittels 5 wird eine schmale Ringzone des Ausgangszylinders 10 auf
eine Temperatur T partiell erwärmt,
die oberhalb der Rekristallisationstemperatur für das gewählte Ausgangsmaterial liegt. Über die
Klemmbacken 3 wird in den Ausgangszylinder 10 eine
Zugkraft Z eingeleitet, die im Bereich der mit dem Heizmittel 5 erwärmten Zone eine
plastische Warmverformung des Ausgangszylinders 10 und
sein Strecken auf die Axiallänge
L2 bewirkt. Da der axiale Wirkungsbereich
des Heizmittels 5 wesentlich kleiner ist als der abzustreckende
Ringabschnitt an der Felgenvorform 20, wird das Heizmittel 5 in
Richtung V bewegt, während
gleichzeitig die Zugkraft Z in Axialrichtung auf den Ausgangszylinder 10 einwirkt.
Die Felgenvorform 20 erhält durch dieses Herstell verfahren
mehrere Ringabschnitte 2 bzw. 4 mit der Ausgangsmaterialstärke a, einen
Ringabschnitt 6 mit der gegenüber dem Ausgangszustand verminderten
ersten Endmaterialstärke
b, einen Ringabschnitt 7 mit einer Endmaterialstärke c sowie
einen langgestreckten Ringabschnitt 8 mit einer über die
Axiallänge
sich kontinuierlich ändernden, ab-
bzw. zunehmenden Materialstärke.
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Aus der Felgenvorform 20 wird
z.B. durch Profilrollen die in 1C gezeigte
Felge 30 hergestellt. Hierbei behalten die Felgenhörner 32 und
das Felgentiefbett 34 die Ausgangsmaterialstärke a, da sie
unmittelbar von den profilverformten Ringabschnitten 2,4 der
Felgenvorform 20 gebildet werden. Die Felgenschultern 36, 37 und
der Übergangsbereich 38 erhalten
eine geringere Endmaterialstärke, da
sie von den zuvor im erfindungsgemäßen Herstellverfahren dickenangepaßten und
anschließend
nur profilverformten (kaltverformten) Ringabschnitten 6, 7 bzw.
8 gebildet werden.
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2A zeigt
einen Ausgangszylinder 10' mit einer
Ausgangsmaterialstärke
a'. Abweichend vom ersten
Herstellverfahren wird der Ausgangszylinder 10' durch Stauchen
unter gleichzeitiger lokaler Erwärmung
plastisch verformt. Hierzu wird z.B. mittels eines oder zweier Pressstempel 3' der Ausgangszylinder 10' mit der Axialkraft
D unter Druckbeanspruchung gesetzt, so daß er in der mittels des Heizmittels 5' lokal erwärmten Ringzonen
gestaucht wird und eine Dickenzunahme in dieser Ringzone stattfindet. Die
Felgenvorform 20' erhält an den
Stirnzonen 2' und
im mittleren Ringabschnitt 4' die
größte Materialstärkenzunahme
auf die Endmaterialstärke
b', wobei diese
Ringabschnitte bei der in 2C gezeigten Felge 30' das Felgentiefbett 34 bzw.
die Felgenhörner 32 bilden.