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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugräder und mehr im
Einzelnen ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Radschüssel
zur Verwendung in einem solchen Fahrzeugrad.
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Eine
Art von herkömmlich hergestellten Fahrzeugrädern
weist einen zweiteiligen Aufbau auf mit einer inneren Schüssel
und einer äußeren Felge. Die Schüssel
weist einen inneren Radbefestigungsbereich und ein außen
liegendes, ringförmiges Teil auf. Der Radbefestigungsbereich
bildet eine innere Befestigungsfläche und hat ein zentrales
Führungs- oder Nabenloch und eine Mehrzahl von Bolzenaufnahmelöchern,
die darin zur Befestigung des Rades an einer Fahrzeugachse ausgebildet
sind. Die Felge besteht aus Stahl, Aluminium oder anderen Legierungen
und weist ein innen liegendes, den Reifen auf der Felgenschulter
haltendes Felgenhorn, eine innen liegende Felgenschulter, ein sich
in Achsrichtung erstreckendes Bett, eine außen liegende
Felgenschulter für den Reifen und ein äußeres,
den Reifen auf der Felgenschulter haltendes Felgenhorn auf. Der äußere,
ringförmige Bereich der Schüssel ist üblicherweise
mit der radial innen liegenden Fläche der Felge durch Schweißen
verbunden.
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Einige
bevorzugte Werkstoffe für die Schüssel sind Stahl
und andere Legierungen, die aus einem ebenen Blech unter Kaltverformung
in die gewünschte Form der Radschüssel umgeformt
werden können. In einem mehrstufigen Press- und Stanzverfahren
kann eine Radschüssel mit ausreichend guter Genauigkeit
hinsichtlich ihrer Abmessungen und Festigkeit wirtschaftlich hergestellt
werden. Ein Beispiel eines stufenförmig verlaufenden Press-Umformprozesses
zur Herstellung von Radschüsseln mit einer mehrstufigen,
Hochgeschwindigkeitstransferpresseinrichtung ist im
US-Patent 5,568,745 offenbart, das
an Daudi am 29. Oktober 1996 ausgegeben wurde und auf das hiermit
in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird.
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Neben
wachsenden Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit und Form sowohl
der Radschüssel als auch der Felge strebt man eine attraktive
Gestaltung der Radschüssel an. In einer üblichen
Radschüssel werden Fenster oder Ausnehmungen vorgesehen,
um dem Rad eine Speichengestaltung zu vermitteln, die von jeweils
einer einzelnen Speiche zwischen jedem Paar benachbarter Fenster
erzeugt wird. Die Fenster dienen auch dazu, den Zustrom von Kühlluft
zu den innerhalb des Rades installierten Bremseinheiten zu gestatten.
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Um
die Gestaltung einer gestanzten Radschüssel weiter zu verbessern,
können Abdeckungen unterschiedlicher Formen und Oberflächenbehandlungen
an der Außenseite der Radschüssel vorgesehen werden,
nachdem diese an der Felge angeschlossen wurde. Die Form der Abdeckung
kann an die Form der Radschüssel angepasst sein oder ein sehr
verschiedenes Aussehen haben. Unabhängig von der tatsächlichen
Gestaltung ist es vorteilhaft, wenn ein ausreichend großer
"Durchsicht"-Bereich nach Anbringen der Abdeckung erhalten bleibt,
um einen ausreichend großen Luftstrom zum Kühlen
des Rades und der Bremse sicherzustellen.
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Jüngere
Entwicklungen bei der Gestaltung von Rädern haben es wünschenswert
gemacht, große Öffnungen vorzusehen, so dass die
einzelnen Speichen zwischen den Öffnungen so zierlich wie möglich
sind. Wenn eine Abdeckung verwendet wird, gestattet eine größere
Fenstergröße in der Radschüssel eine
größere Flexibilität bei der Gestaltung der
Abdeckung, so dass Öffnungen in der Abdeckung mit mehr
Gestaltungsspielraum angeordnet werden können.
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Unter
Verwendung herkömmlicher Verfahren bei der Herstellung
von gestanzten Radschüsseln aus flachen Rohlingen ist es
nicht möglich gewesen, größere Fensterabmessungen
zu erhalten. Während der Herstel lung wird der Rohling üblicherweise
umgebogen, um den äußeren Schüsselring
auszubilden, bevor die Ausnehmungen ausgestanzt werden, da die Fenster,
wenn sie zuerst ausgestanzt würden, zu einer unzulässig
großen Deformation beim Biegen führen würden.
Mit größeren Fensterabmessungen wird ein Stanzvorgang
zunehmend schwierig, da es erforderlich ist, Raum für die
ausgestanzten Reststücke zu schaffen.
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Um
größere Fensterabmessungen möglich zu
machen, sind andere Herstellungsverfahren wie beispielsweise Gussverfahren
zum Einsatz gekommen. Allerdings sind diese anderen Verfahren und Materialien
weniger geeignet, bei einer preiswerten Massenherstellung zum Einsatz
zu gelangen. Es ist daher wünschenswert, größere
Fensterabmessungen bei einer im Tiefziehverfahren hergestellten
Radschüssel zu erhalten.
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Die
ebenfalls anhängige US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
(Anwaltsaktenzeichen 1-27067), die zugleich mit der vorliegenden
Anmeldung unter dem Titel „Verfahren zum Herstellen von Radschüsseln
für Räder mit großen Fensterausschnitten"
hinterlegt wurde, beschreibt ein verbessertes Herstellungsverfahren
für Radschüsseln, das größere
Fensterabmessungen möglich macht, wobei die Schüsselfestigkeit
erhalten bleibt und Schüsseldeformierungen vermieden werden,
obgleich der äußere Streifen oder Ring umgebogen
wird, nachdem die größeren Fensteröffnungen
ausgestanzt wurden. Ein Zwischenbiegeschritt bewirkt eine vorläufige Formgebung
vor der endgültigen Formgebung mit Hilfe eines entlangstreifenden
Presswerkzeuges, so dass die Schüssel hergestellt werden
kann, ohne Spannungen einzubringen, welche die Schüssel schwächen
würden oder die Fensterform deformieren.
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Ein
mögliches Problem sowohl bei der vorläufigen als
auch der endgültigen Formgebung des äußeren
Randstreifens besteht in unerwünscht gebildeten Riffelungen.
Aufgrund des Vorhandenseins der großen Fenster kann es
zu zyklischen Veränderungen des Rades des äußeren
Streifens kommen. Die unbeabsichtigten Längenänderungen
können zu Wellungen im fertig gestellten äußeren
Ring führen, die in einer Richtung parallel zur Radachse
und/oder rechtwinklig zur Radachse verlaufen. Wenn die fertig gestellte
Radschüssel in die Felge eingepasst wird, um sie einzuschweißen,
bewirken etwaige Wellen, die parallel zur Radachse verlaufen, dass
die Schweißnaht wellig wird, was es schwieriger macht, die
Schweißung auszuführen. Wellen rechtwinklig zur
Radachse führen zu einem ungleichmäßigen Kontakt
zwischen der Radschüssel und der Felge entlang der Naht,
womit die Erzeugung einer starken Schweißverbindung verhindert
wird. Es ist daher wünschenswert, Riffel- oder Wellenbildungen
zu verringern.
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Zur
Herstellung einer Radschüssel kommen üblicherweise
Press-Stanzbearbeitungen zur Anwendungen, die eine Reihe von Pressenstationen verwenden,
zwischen denen teilweise fertig gestellte Werkstücke übergeben
werden. Zusätzlich zu den mehreren Stationen kann jede
Station so ausgebildet sein, dass sie mehr als eine geeignete Metallbearbeitungsoperation
ausführen, beispielsweise ein Biegen mancher Bereiche des
Werkstückes, während ein Loch in einem anderen
Bereich des Werkstückes ausgestanzt wird. Um ein Werkstück
möglichst wirtschaftlich unter Verwendung von minimalem
Maschinen- und Platzbedarf in der Fabrik herzustellen, wird angestrebt,
einen Herstellungsprozess zu nutzen, der eine geringst mögliche
Anzahl von Bearbeitungsstationen benötigt. Die Herstellungskosten
hängen auch von der Komplexität der Umformprozesse
ab, die von jedem der Presswerkzeugsätze ausgeführt werden,
und zwar sowohl in Hinsicht auf die Gestehungskosten der Werkzeuge
als auch im Hinblick auf die Wartung, die während der erreichbaren
Lebensdauer der Werkzeuge notwendig ist. Es ist daher ferner wünschenswert,
einen Ablauf von Bearbeitungsschritten zu finden, um eine gewünschte
Radschüssel herzustellen, bei dem weniger komplizierte
Arbeitsschritte erforderlich sind, ohne dabei die Anzahl der Bearbeitungsstationen
zu vergrößern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Herstellungsverfahren
für Radschüsseln, das größere
Fensterabmessungen möglich macht. Das Verfahren verringert
Riffel- oder Wellenbildungen und vermeidet gleichzeitig aufwendige
Stanzbearbeitungen und reduziert die Anzahl der Umformstationen.
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In
einer Hinsicht wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
einer Radschüssel geschaffen. Ein ebener Scheibenrohling
wird zu einer schüsselförmigen Radscheibe umgeformt.
Die schüsselförmige Radscheibe wird umgeformt,
um Speichen bildende Bereiche benachbart zu Fenster bildenden Bereichen
auszugestalten. In jedem der Fenster bildenden Bereiche wird ein
Fenster in einer im wesentlichen vertikalen Richtung ausgebildet,
wobei jedes Fenster einen zugehörigen äußeren
Rand nahe eines umlaufenden äußeren Bandes um
den Umfang der Radschüssel aufweist. Die Fenster begrenzen
eine Mehrzahl Speichen zwischen benachbarten Fenstern. Eine Umfangslänge
eines jeden Fensters entlang des äußeren Streifens
ist vorzugsweise größer ist als eine Umfangslänge
einer jeden Speiche. Der äußere Rand wird teilweise
zur Bildung einer Zylinderform mittels eines Umformwerkzeuges umgeformt,
das zumindest auf ein Teil des äußeren Randes
einwirkt, wobei das Umformwerkzeug eine Betätigungsfläche
mit eine Zwischenabsatz aufweist, um eine Umfangskante des äußeren
Streifens aufzunehmen, um wellenförmige Verformungen des äußeren
Streifens zu verringern. Der äußere Rand wird dann
vollständig durch einen zylindrischen Stempel in eine im
Wesentlichen zylindrische Form gebracht, indem er axial entlang
seines äußeren Rands gezogen wird.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden,
detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn diese
zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Darstellung einer gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten
Radschüssel.
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2 ist
eine perspektivische Darstellung der Radschüsseln nach 1 nach
ihrem Zusammenbau mit einer Radfelge.
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3 und 3a sind
Querschnitte durch eine geschlossene Presse nach Bearbeitung einer Radschüssel
in einem ersten Bearbeitungsschritt einer ersten Ausführungsform.
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4, 4A und 4B sind
Querschnitte einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung einer Radschüssel
in einem zweiten Bearbeitungsschritt der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5, 5A und 5B sind
Querschnitte einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung einer Radschüssel
in einem dritten Bearbeitungsschritt der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6, 6A und 6B sind
Querschnitte einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung einer Radschüssel
in einem vierten Bearbeitungsschritt der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 und 7A sind
Querschnitte einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung einer Radschüssel
nach einem fünften Bearbeitungsschritt der ersten Ausführungsform
der vorliegenden.
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8 ist
ein Querschnitt einer offenen Presse vor der Bearbeitung einer Radschüssel
in einem sechsten Bearbeitungsschritt der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8A ist
eine Draufsicht auf einen Teil des Werkzeugsatzes des sechsten Bearbeitungsschritts.
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8B und 8C sind
Querschnittdarstellungen einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung
der Radschüssel gemäß des sechsten Bearbeitungsschritts.
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9 und 9a sind
Querschnitte einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung einer Radschüssel
in einem siebten Bearbeitungsschritt der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 und 10a sind Querschnitte einer geschlossenen Presse
nach Bearbeitung einer Radschüssel in einem achten Bearbeitungsschritt
der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine Schnittdarstellung einer geschlossenen Presse nach Bearbeitung
einer Radschüssel in einem vierten Bearbeitungsschritt
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die an stelle der in den 6, 6A und 6B im
Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung treten kann.
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12 und 12A sind Querschnitte einer geschlossenen Presse
nach Bearbeitung einer Radschüssel in einem fünften
Bearbeitungsschritt der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, der den fünften, in Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellten
Bearbeitungsschritt gem. 7 und 7A ersetzen
kann.
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12B ist eine Draufsicht auf einen teil des Presswerkzeugsatzes
für den fünften Bearbeitungsschritt der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
der Erfindung
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Die
in 1 dargestellte Radschüssel 10 weist
eine Form auf, die durch Kaltumformung aus einem flachen Rohling
erzeugt wird. Anschließend kann die Schüssel 10 mit
einer passenden Felge 11, wie sie z. B. in 2 dargestellt
ist, verschweißt, vernietet oder in sonstiger geeigneter
Weise verbunden werden, um ein Rad W herzustellen, das eine Rad- oder
Radschüsselnachse X besitzt. Die Radfelge 11 wird
aus einem geeigneten Material hergestellt, beispielsweise aus Stahl,
Aluminium oder Legierungen hiervon, Magnesium oder Titan.
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Die
Radschüssel wird aus einem geeigneten Material hergestellt
oder anderweitig geformt, das die nötige Duktilität
für eine Kaltumformung aufweist, beispielsweise aus Stahl,
Aluminium oder Legierungen hieraus, Stahl, Magnesium oder Titan.
Die Radschüssel 10 weist einen im Wesentlichen
zentrisch angeordneten Radbefestigungsbereich 12 auf und hat
mehrere, sich nach außen erstreckende, einzelne Speichen 13 und
einen äußeren, ringförmigen Anschlussstreifen
oder -flansch 14. Bei der dargestellten Ausführungsform
weist die Schüssel 10 fünf derartige
einzelne Speichen 13 auf, die einstückig mit dem
Radbefestigungsbereich 12 und dem äußeren Streifen 14 sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Speichen
als durchgehende Speichen ausgebildet; es ist aber auch möglich,
dass eine oder mehrere der Speichen eine oder mehrere Öffnung(en)
(nicht dargestellt) auf weist/aufweisen, die bei Wunsch darin ausgebildet
sind. Wie sich aus der in 1 dargestellten
Ausführungsform ergibt, definiert jede Speiche 13 weiterhin
eine Radiallinie R, welche die Radschüsselnachse X schneidet,
wobei jede Speiche 13 vorzugsweise symmetrisch zu der Radiallinie
R ausgebildet ist. Alternativ kann eine andere Anzahl, Ausrichtung
und/oder Form der Speichen 13 verwirklicht werden, wenn
dies gewünscht ist.
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Die
Radbefestigungsfläche 12 ist mit einer zentral
angeordneten Führungsöffnung 15 und mehreren
Aufnahmelöchern 16 für Befestigungsbolzen versehen,
die umfangsmäßig beabstandet um die Führungsöffnung 15 angeordnet
sind. Die Aufnahmelöcher 16 für die Befestigungsbolzen
nehmen Befestigungsbolzen (nicht dargestellt) zum Befestigen des
fertig gestellten Rades an der Nabe eines Fahrzeuges auf.
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Die
Radschüssel 10 weist ferner mehrere Öffnungen
oder Fenster 17 auf, die zwischen den Speichen 13 ausgebildet
sind. Wie dies bei der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform gezeigt ist, erstrecken sich die Fenster 17 über
einen größeren Umfangswinkel als die einzelnen
Speichen 13, insbesondere am radial äußeren
Umfang der Schüssel 10 in der Nähe des äußeren
Rings 14. Alternativ kann die Umfangslänge der
Fenster 17 relativ zu der der Speichen 13 auch
anders als darstellt gewählt sein, wenn dies gewünscht
ist.
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Der äußere
Streifen 14 erstreckt sich im Wesentlichen in Axialrichtung
und ist mit dem Rest der Schüssel 10 lediglich über
die Speichen 13 verbunden. Demgemäß sollten
die Übergänge zwischen jeder Speiche 13 und
dem außen liegenden Streifen 14 keine Brüche,
Risse oder andere Fehler aufweisen, welche die Strukturfestigkeit
der Schüssel und damit des Rades schwächen könnten.
Da der äußere Streifen 14 einen ringförmigen
Befestigungsflansch zum Anschweißen an der Felge 11 bildet,
wird er um etwa 90° Grad aus der Ebene des ursprünglichen
Rohlings während des Umformprozesses abgebogen. Wie sich
aus den 1 und 2 ergibt,
sind die Fenster 17 so groß, dass eine Seitenrandfläche 20 des
Fensters im Wesentlichen rechtwinklig zur Radachse X verläuft.
Mit anderen Worten ist der äußere Streifen 14 ein
im Wesentlichen schmaler Zylinder ohne nennenswerte Krümmungen
(zumindest im Bereich der Umfangsmitte jedes Fensters 17),
so dass er sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckt und eine
Seitenrandfläche 14A zwischen jedem Paar benachbarter
Speichen 13 definiert, die sich in einer im Wesentlichen
axial nach außen verlaufenden Richtung erstreckt. Diese
im Wesentlichen flache, zylindrische Form des äußeren
Randstreifens 14 beeinträchtigt den Blick durch
die Fenster 17 nach Verbindung der Schüssel 10 mit
der Felge 11 am wenigsten, was vom Blickpunkt der Gestaltung
wünschenswert ist. Allerdings würde das Maß der
Umformung und die schmale Gestaltung der einzelnen Speichen 13 zu übermäßigen
Spannungen im Werkstoff im Übergangsbereich zwischen den
Speichen 13 und dem äußeren Ringstreifen 14 führen,
wenn bekannte Umformverfahren zum Einsatz kämen.
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Die 3 und 3a zeigen
einen in seiner Gesamtheit mit 21 bezeichneten Werkzeugsatz,
um einen ersten Bearbeitungsschritt an einem Radschüsselrohling
(nicht dargestellt) auszuführen, um eine Radschüssel 20 herzustellen.
Der Werkzeugsatz 21 ist so ausgebildet, dass er an einer
(nicht dargestellten) Stanzpresse angeordnet sein kann und eine
Metallstanzbearbeitung durchführt, die für einen Fachmann
aufgrund der Zeichnung 3 leicht nachvollziehbar ist.
Ein im Wesentlichen ebener, kreisförmiger Rohling (nicht
dargestellt) wird dem Werkzeugsatz 21 zugeführt
und dann wird die Presse in ihre in 3 dargestellte
Schließlage gebracht. Im Ergebnis wird durch das Schließen
der Presse der Mittelbereich der Radschüssel 20 relativ
zum äußeren Umfangsbereich der Radschüssel 20 vertikal nach
oben gezogen, wodurch eine symmetrische Schüsselform ausgebildet
wird. Dies trägt zu einer Vergrößerung
des Volumens des Materials bei, das benötigt wird, um anschließende
Umformvorgänge durchzuführen und härtet
das Material durch Umformen.
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Vorzugsweise
wird nahe des äußeren Rands der Radschüssel
ein Radius 22 ausgeformt. Nach Beendigung des ersten in 3 dargestellten
Bearbeitungsschrittes wird der Werkzeugsatz 21 geöffnet und
die Radschüssel 20 wird einer nachfolgenden Presse
für die nächste Bearbeitung übergeben.
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Die 4, 4A und 4B zeigen
einen zweiten Bearbeitungsschritt, bei dem ein in seiner Gesamtheit
mit 30 bezeichneter Werkzeugsatz eine weitere Vorformung
der Radschüssel 20 durchführt. Die Werkzeugteile 31 und 32 bewirken
eine Vorformung eines inneren Radbefestigungsbereichs der Schüssel.
Die Werkzeugteile 33 und 32 wirken zusammen, um
einen speichenbildenden Bereich 35. Die Werkzeugteile 34 und 32 wirken
zusammen, um und einen fensterbildenden Bereich 36 auszustanzen.
Bei der in den 1 und 2 darstellten
Ausführungsformen gibt es insgesamt fünf speichenbildende
Bereiche 35 und fünf fensterbildende Bereiche 36,
die über den ganzen Umfang der Radschüssel 20 verteilt
angeordnet sind. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel
sind die fensterbildenden Bereiche 36 mit einer größeren
gestanzten Höhe gezeigt als die speichenbildenden Bereiche 35,
aber jedwede anderen relativen Höhen zwischen den fenster-
und speichenbildenden Bereichen sind möglich abhängig
von der gewünschten Endform der Radschüssel. Obwohl der
Werkzeugsatz 30 im Querschnitt dargestellt ist, ist für
den Fachmann ersichtlich, dass die Werkzeugelemente eine dreidimensionale
Form haben.
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In
dem zweiten, vorformenden Arbeitsschritt werden der innere Befestigungsbereich
und die Bereiche 35 und 36 relativ zum Außenumfang
der Radschüssel 20 vorzugsweise nach unten gezogen
(d. h. in entgegen gesetzter vertikaler Richtung). Im Ergebnis wird
eine weitere Materialumverteilung und ein weiteres Umformhärten
erreicht.
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Die 5 und 5a zeigen
einen Werkzeugsatz, der in seiner Gesamtheit mit 40 bezeichnet ist,
für den nächsten Bearbeitungsvorgang, der in einer
nachfolgenden Presse durchgeführt wird, der die Radschüssel 20 übergeben
wird, um Fenster in im Wesentlichen vertikaler Richtung auszustanzen.
Ein Stanzwerkzug 41 wird in Fenster bildende Bereiche längs
einer im Wesentlichen parallel zur Radschüsselachse X verlaufenden
Stanzachse P der Radschüssel 20 getrieben, und
die hierbei erzeugten Reststücke werden durch einen Auslasskanal 42 abgeführt.
Wie man bei diesem Ausführungsbeispiel erkennen kann, erstreckt
sich der äußere Rand der Radschüssel 20 im
Wesentlichen horizontal und wird von dem Werkzeugsatz 40 während
des Ausstanzvorgangs gehaltert, so dass das Ausstanzen in Vertikalrichtung
ausgeführt werden kann, was die Gestaltung der Werkzeuge
vereinfacht im Vergleich zu einer Gestaltung, bei der ein freies
Ausstanzen unter einem Winkel auszuführen ist.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Oberseite
der hergestellten Fensteröffnungen vorzugsweise gleichzeitig
geprägt, indem wie in 5B gezeigt,
ein Kragen 43 am Presswerkzeug 41 vorgesehen wird,
der sich hinter der führenden oder vorderen Schneidkante
des Werkzeugelements 41 befindet (der Kragen 43 ist
lediglich bei dem in 5B dargestellten Werkzeugelement 41 gezeigt). Der
Kragen 43 wird entlang der Kante des ausgestanzten Fensters
im Zuge derselben Abwärtsbewegung des Werkzeugelements 41.
Alternativ kann das Prägen der ausgestanzten Fenster auch
auf andere Weise im Anschluss an diesen Bearbeitungsschritt erfolgen,
wenn dies gewünscht wird.
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Der
nächste in den 6 und 6A illustrierte
Bearbeitungsvorgang bewirkt eine weitere Formgebung der Schüssel
unter Verwendung eines Werkzeugsatzes, der in seiner Gesamtheit
mit 50 bezeichnet ist. Der Werkzeugsatz 50 hat
einen oberen Ring 51 und ein mit einem Amboss 53 versehenes Presswerkzeugelement 52.
Komplementär zueinander ausgebildete Kanten des oberen
Rings 51 und des Ambosses 53 formen den äußeren
Randstreifen 55 in einen abgewinkelten Schenkel um. vorzugsweise
ist der abgewinkelte Schenkel des äußeren Randstreifens 55 unter
einem Winkel von etwa 20° Grad zur Radschüsselachse
X (d. h. zur vertikalen Mittelachse) geneigt ausgerichtet. Es ist
wünschenswert, den äußeren Randstreifen 55 nicht
mehr als auf etwa 20° Grad nach unten zu ziehen, um die
Speichenübergänge nicht über zu beanspruchen
oder unerwünschte Wellenbildungen zu bewirken. Darüber
hinaus wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt,
dass der obere Ring 51 und der Amboss 53 so geformt
sind, dass sie in dem äußeren Randstreifen 55 entgegengesetzte
Welligkeiten induzieren oder erzeugen, die bewirken, dass in diesem
Bearbeitungsschritt selbstinduzierte Wellungen reduziert oder eliminiert
werden.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise
zusätzlich Werkzeugelemente 56 und 57 vorgesehen,
um zugleich eine endgültige Formgebung der Radschüssel 20 zu
bewirken, indem Bereiche zur Aufnahme eines Mittenloches und mehrerer
Radbolzenlöcher ausgebildet werden. Abschließende
Formgebungsanpassungen können auch in den Bereichen der
Speichen und der Fenster erzielt werden, wenn dies gewünscht
ist. alternativ kann die Formgebung der Radschüssel 20 in
den Bereichen zur Aufnahme des Mittelloches und der Radbolzenlöcher
auch mittels anderer Verfahren anschließend an diesen Bearbeitungsschritt
erreicht werden, wenn dies gewünscht ist.
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In
dem anschließenden, in den 7 und 7A dargestellten
Bearbeitungsschritt wird das Mittelloch unter Verwendung eines Werkzeugsatzes ausgestanzt,
der in seiner Gesamtheit mit 60 bezeichnet wird. Mehr im
Einzelnen, wird ein Stanzwerkzeugelement 61 durch die Radschüssel 20 gestanzt
und ein hierdurch erzeugtes Abfallstück wird durch einen
Kanal 62 abgeführt.
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Der
nächste in den 8, 8A, 8B und 8C dargestellte
Bearbeitungsschritt schließt den äußeren
Ringstreifen teilweise unter Verwendung eines insgesamt mit 65 bezeichneten
Werkzeugsatzes. Der Werkzeugsatz 65 ist in 8A in seiner
offenen Stellung gezeigt, in der die Radschüssel 20 in
Position gehalten wird, so dass der äußere, den
Ringstreifen bildende Bereich 55 beim Schließen des
Werkzeugsatzes 65 in eine Form gebogen werden kann, die
näher an einer Zylinderform liegt. Der Werkzeugsatz 65 weist
ein Nocken-Umformwerkzeug 66 auf, das radial nach Innen
mittels eines Nockenantriebs 67 angestellt werden kann.
Geneigte Flächen 68 und 69 an dem Umformwerkzeug 66 bzw. an
dem Nockenantrieb 67 sind derart ausgerichtet, dass bei
Bewegung des Nockenantriebs 67 nach unten das Nocken-Umformwerkzeug 66 radial
nach Innen bewegt wird.
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Vorzugsweise
weisen das Nockenbetriebene Presswerkzeug 66 und der Nockenantrieb 67 jeweils mehrere
separate, im Umfangsrichtung beabstandete Segmente auf, um der Änderung
des Radius Rechnung zu tragen, zu dem es kommt, wenn sich die Nocken-Presswerkzeuge 66 nach
Innen bewegen, um dabei entsprechende Bereiche des äußeren Streifens 55 umzuformen.
Wie sich aus 8A entnehmen lässt,
können vergleichsweise kleine Spalte 70 zwischen
einzelnen Presswerkzeugabschnitten etwa Zoll (6,35 mm) auf dem kleineren
Radius betragen. Die Abstände 70 können
sich vorzugsweise an Stellen am Umfang befin den, die entfernt von
den Speichen sind (d. h. gegenüber der Fenster) da dort keine
nennenswerte Biegung erforderlich ist.
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Das
Nockenwerkzeugelement 66 hat eine geneigte Betätigungsfläche 71 mit
einem horizontalen Zwischenabsatz 72, an dem sich die Umfangskante
des äußeren Randstreifens 55 abstützt,
um Wellungen zu verringern, zu denen es sonst im äußeren
Randstreifen 55 kommt. Nachdem die Radschüssel 20 in
den Werkzeugsatz 65 eingesetzt ist und das Nockenwerkzeugelement 66 beginnt,
sich radial nach innen zu bewegen, gelangt die Umfangskante des äußeren
Randstreifen 55 in Kontakt mit der Betätigungsfläche 71.
Der äußere Streifen 55 verbiegt sich
nach unten, während die Umfangskante entlang der Fläche 71 nach
unten gleitet, bis sie in Kontakt mit dem Absatz 72 kommt.
Sobald die Umfangskante des äußeren Streifens 55 gegen
den Absatz 72 drückt, verbiegt sich der äußeren
Randstreifen 55 weiter nach unten, wobei etwaige Wellen,
die vorhanden sein können, geglättet oder entfernt
werden, infolge der Zwangsbewegung auf den Schenkelabschnitt des äußeren
Randstreifens 55, die aus dem Vorhandensein des Absatzes 72 resultiert.
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Die 8B und 8C zeigen
das Nocken-Presswerkzeugelement 66 in seiner geschlossenen,
radial nach innen angestellten Lage, in der es den äußeren
Randstreifen 55 radial nach innen getrieben hat, um ihn
teilweise zu schließen. Nach dem Umformen des äußeren
Streifens 55 wird der Antrieb 67 nach oben bewegt,
um den Umformnocken 65 in seine radial äußere
Stellung zu bewegen, so dass die Radschüssel 20 dann
der nächsten Bearbeitung übergeben werden kann.
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Die 9 und 9a zeigen
einen Werkzeugsatz, der generell mit 75 bezeichnet ist,
um den äußeren Randbereich vollständig
zu einem im Wesentlichen zylindrischen Flansch umzuformen. Wie dies
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehr im Einzelnen
gezeigt ist, bewegt sich hierzu ein Presswerkzeugelement 76 gleitend
nach unten um den äußeren Streifenbereich 55 in
Axialrichtung ziehend umzuformen, so dass er auf einen Winkel von etwa
90° Grad gegenüber seiner ursprünglichen
horizontalen Ausrichtung gezogen wird. So wird eine im Wesentlichen
zylindrische Gestaltung parallel zur Radschüsselachse X
erzeugt, die in das Innere der Felge passt.
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Die 10, 10A und 10B zeigen den
nächsten Bearbeitungsschritt, in dem der nach unten gerichtete
Schenkelabschnitt des äußeren Randes 55 kalibriert
wird, um eine genauer kontrollierte Endlänge zu erhalten.
Darüber hinaus können etwaige noch vorhandene
Wellungen weiter reduziert werden. Hierzu dient ein (im Schließzustand
dargestellter) Werkzeugsatz 80, der Pressteile 81 und 82 zum
Einspannen der Radschüssel 20 in einer Lage aufweist,
während ein Kalibrierungswerkzeugelement 83 gegen
die umlaufende Kante des äußeren Streifens 55 in
einer Richtung im wesentlichen parallel zur Radschüsselnachse
X drückt. Das Werkzeugelement 82 durchdringt das
Fenster 17 oder ist in diesem angeordnet, um die Radschüssel
zur Kalibrierung akkurat zu positionieren. Wie die 10A und 10B zeigen,
hat das Werkzeugelement 83 einen Absatz 84, mit
dem es die Umfangskante des äußeren Streifens 44 aufnimmt.
Das Werkzeugelement 83 kann entlang des Umfanges des Werkzeugsatzes 80 in
Abschnitte unterteilt sein, jedenfalls wenn die Abstände
zwischen den Abschnitten ausreichend klein sind, so dass alle Bereiche
des äußeren Randstreifens 55 korrekt
kalibriert werden.
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Zugleich
mit der Kalibrierung des äußeren Randstreifens
können entlang des Umfangs des Mittellochs ein oder mehrere
"Verfahrenslöcher" mit einem Stanzwerkzeugelement 85 hergestellt
werden. Abfallstücke von diesen Löchern werden über
einen Schacht 86 abgeführt. Das Verfahrensloch
oder die Löcher dienen dazu, die Radschüssel während
anschließender Bearbeitungsschritte richtig auszurichten
und zu handhaben. Die Anzahl und Anordnung der Verfahrenslöcher
hängen von speziellen Anforderungen der nachfolgenden Bearbeitungsschritte ab.
Vorzugsweise befinden sich die Verfahrenslöcher an den
Stellen für die Befestigungsbolzenlöcher, so dass
in der fertigen Radschüssel keine Verfahrenslöcher
verbleiben.
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Bei
dem erläuterten, bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Herstellung der Radschüssel nach Kalibrierung des äußeren
Randstreifens 55 gemäß 10 beendet.
Anschließend wird die Radschüssel an der Radfelge
durch Schweißen, Nieten oder ein anderes geeignetes Befestigungsverfahren (beispielsweise
durch Kleben oder ein anderes mechanisches Befestigungsmittel) befestigt
und dann werden die Felge und die Radschüssel gerichtet
(beispielsweise in einer Zentrier- Richtmaschine an den Felgenschultern,
wodurch das Rad in eine runde Form mit hoher Genauigkeit gepresst
wird). Anschließend wird die Radschüssel maschinell
bearbeitet (beispielsweise unter Verwendung einer Fräse),
um das Mittelloch korrekt anzuordnen. Das Mittelloch kann dann aufgeweitet
und/oder in einer Presse geprägt werden, während
abschließend Befestigungsbolzenlöcher gestanzt
werden. Bei einer anderen Ausführungsform können
das endgültige Mittelloch und die Befestigungsbolzenlöcher
in der Radschüssel mittels einer Stanzpresse hergestellt
werden, bevor die Schüssel an der Felge angeordnet wird.
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Wendet
man sich nun den 11, 12 und 12A zu, in denen gleichartige Bezugszeichen gleichartige
Teile bezeichnen, so ist dort ein anderer Teilablauf von Verfahrensschritten
dargestellt, der zur Herstellung der Radschüssel nach der
vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Insbesondere kann 11 anstelle
des im Zusammenhang mit den 6, 6A und 6B beschriebenen
Arbeitsschritts zur Anwendung kommen und die 12 und 12A können anstelle der in Zusammenhang
mit den 7 und 7A beschriebenen Arbeitsschritte
eingesetzt werden.
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Wie
sich aus dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel
ergibt, ist dabei ein Werkzeugsatz vorgesehen, der insgesamt mit 150 bezeichnet ist.
Der Werkzeugsatz 150 hat Pressenwerkzeuge 151 und 152,
um vorzugsweise gleichzeitig eine abschließende Formgebung
der Radschüssel 20 zu bewirken, um Bereiche auszubilden,
die ein Mittenloch und mehrere Radbolzenlöcher aufnehmen.
Der Werkzeugsatz 150 enthält auch Presswerkzeuge 153 und 154,
die eine Prägebearbeitung an der Rückseite der
Fenster ausführen. Es ist somit ersichtlich, dass bei dem
Arbeitsschritt bei der Ausführungsform, wie sie in Verbindung 11 illustriert
ist, der äußere Randstreifen 55 nicht
zu Anfang nach unten gezogen wird, wie dies im Zusammenhang mit
der in den 6, 6A und 6B gezeigten
Ausführungsform der Fall ist, wie oben beschrieben wurde.
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Wie
bei der in 12 dargestellten Ausführungsform
gezeigt ist, ist dort ein generell mit 160 bezeichneter
Werkzeugsatz vorgesehen. Der Werkzeugsatz 160 weist einen
oberen Ring 161 und ein einen Am boss 163 bildendes
Presswerkzeug 162 auf. Komplementär geneigte Ränder
des oberen Rings 161 und des Ambosses 163 formen
den äußeren Randstreifen 55 in einen
abgewinkelten Schenkel um. Vorzugsweise ist der abgewinkelte Schenkel
des äußeren Randstreifens 55 unter einem
Winkel von etwa 20° Grad zur Radscheibenachse X (d. h.
zur vertikalen Mittelachse) ausgerichtet. Es wird angestrebt, den äußeren
Rand 55 nicht mehr als etwa 20° Grad zu ziehen,
um Spannungen in den Speichenübergängen oder einer
Erzeugung von unerwünschten Wellen zu vermeiden. Bei dieser
in 12 dargestellten Ausführungsform ist
das Presswerkzeug 161 (auch schematisch dargestellt in 12A) so ausgebildet, dass in den Bereichen des
Presswerkzeuges 161, die sich benachbart zu den Fensterbereichen der
Radscheibe befinden, ein schmaler Spalt G zwischen aneinander angrenzenden
Flächen des Presswerkzeuges 161 und dem äußeren
Randstreifen 55 vorhanden ist, wenn sich das Presswerkzeug 161 in seiner
vollständig abgesenkten oder ausgefahrenen Arbeitsstellung
befindet.
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Der
Spalt G ist auf der linken Seite von 12 zur
besseren Erkennbarkeit vergrößert dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Presswerkzeug 161 auch
benachbart eines jeden Speichenbereiches der Radschüssel
mit einem nach innen gekrümmten oder gebogenen Profil 161A versehen,
so dass beim Absenken des Presswerkzeuges 161 in die vollständig
abgesenkte Stellung (wie sie in den 12 und 12A dargestellt ist) diese Bereiche des äußeren
Randstreifens 55, die benachbart zu den Speichenbereichen
sind, stärker nach innen gedrückt oder verformt
werden als die Bereiche des äußeren Streifens 55,
die benachbart zu den Fensterbereichen liegen (die nach innen gebogenen Profilbereiche 161A des
Presswerkzeuges 161 sind in 12B zur
besseren Erkennbarkeit übertrieben dargestellt). Bei diesem
Ausführungsbeispiel liegt der Grund für die Gestaltung
des Presswerkzeuges 161 darin, dass verhindert werden soll,
dass der äußere Ringstreifen 55 einbeult
oder sich nach außen in die Spalte 70 drückt,
die in dem Presswerkzeug 66 vorgesehen sind, das oben beschrieben
und am Besten in Zusammenhang mit den 8 und 8A dargestellt
ist, was auf eine natürliche Neigung eines "Zurückspringens"
des Materials beim im Zusammenhang mit diesen Figuren beschriebenen
Ausbilden des Schenkels auftreten kann. Der Betrag, um den die Profilbereiche 161A von
dem Presswerkzeug 161 nach innen gebogen wer den, hängt
von vielen Faktoren ab, einschließlich, aber nicht beschränkt
auf die besonderen Kennwerte der Radschüssel wie beispielsweise
der Art des Werkstoffes, der Werkstoffdicke, der Größe
der Radschüssel und dgl.. Grundsätzlich wird angenommen,
dass eine Abhängigkeit von der Dicke des Materials der
Radschüssel besteht; allerdings kann die Form und/oder
der Betrag der nach innen umgebogenen Profilbereiche 161A des
Presswerkzeuges 161 auch anders als dargestellt und beschrieben
sein, wenn dies gewünscht ist. darüber hinaus
kann das Presswerkzeug 161 bei manchen Radschüsselkonstruktionen
auch mit einem kontinuierlichen oder gleichbleibenden äußeren
Profil ausgestattet sein, d. h. ohne die nach innen verzogenen Profilbereiche 161A.
Wie sich aus 12 ergibt, ist auch ein Presswerkzeug 164 zum
Prägen der Radschüssel im Bereich der Befestigungsbolzenlöcher vorgesehen.
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Gemäß der
vorstehenden Beschreibung ergibt sich ein Tiefzieh- oder Metallumformverfahren, mit
dem vergleichsweise große Fensteröffnungen in einer
Radschüssel ausgeformt werden können. Zur Befestigung
der Radschüssel an einer Felge erhält man einen
zylindrischen Flansch ohne nennenswerte Wellungen am außen
liegenden Befestigungsring aufgrund einer Vorbearbeitung mit einem
Umformnocken unter Verwendung eines Nockenwerkzeugs mit einem Zwischenabsatz.
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In Übereinstimmung
mit den Grundlagen der Patentgesetze wurde das Prinzip und die Abfolge
des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit
einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben und dargestellt.
Es soll jedoch klargestellt sein, dass die Erfindung auch auf andere
Weise ausgeübt werden kann als auf die beschriebene und
dargestellte Weise, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung:
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Verfahren
zum Herstellen einer Radscheibe, bei dem zunächst aus einem
ebenen Rohling mehrere Fenster in der Radschüssel ausgebildet
werden, wobei jedes Fenster einen zugehörigen äußeren Rand
nahe einem umlaufenden äußeren Streifen am Umfang
der Radschüssel aufweist. Die Fenster definieren mehrere
Speichen zwischen benachbarten Fenstern, wobei der Umfangswinkel
jedes Fensters entlang des äußeren Streifens vorzugsweise
größer als der Umfangswinkel einer jeden Speiche
ist. Der äußere Streifen ist teilweise in eine
Zylinderform umgeformt unter Verwendung eines Nocken-Presswerkzeugs,
das auf zumindest einen Teil des äußeren Streifens
einwirkt. Der äußere Streifen wird im Wesentlichen
vollständig in eine Zylinderform gebracht, indem der äußere
Streifen gleitend an einem zylindrischen Werkzeug vorbeibewegt wird.
Durch die Vorverformung mit dem Nocken-Presswerkzeug wird erreicht,
dass beim Umformen in die endgültige Gestalt keine Spannungen
erzeugt werden, die die Radschüssel schwächen
oder verwerfen könnten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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