DE19602298C2 - Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Teiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Teiles gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1. Insbesondere bei der Herstellung eines Fahrzeug­ rades ist es bekannt, eine Ronde an ihrem äußeren Umfangs­ bereich mittels einer Spaltrolle zur Erzeugung zweier Schenkel in radialer Richtung zu spalten und die zwei Schenkel anschließend in eine gewünschte Form zu bringen. Ein derartiges Verfahren wird auch bei der Herstellung von Riemenscheiben eingesetzt. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das Endprodukt aus einem ein­ zigen Materialstück gefertigt werden kann. Dieses Verfahren ist somit in bezug auf die Fertigung kostengünstig und gewährt auch gute Festigkeitseigenschaften bei dem Endpro­ dukt. Ein gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 35 19 719 A1 bekannt.

Aus der DE 39 17 925 C2 geht ein Verfahren zur Herstellung einer asymmetrischen Riemenscheibe hervor, bei dem eine Me­ tallronde mittels einer Stauchrolle in eine Ausnehmung an den Spannbacken geformt wird.

Abhängig von der gewünschten Form des Endproduktes wird die Ronde bei bekannten Verfahren mittig oder außermittig in die zwei Schenkel aufgespalten. Bei der außermittigen Spaltung besteht ein Problem darin, daß die Spaltrolle dazu neigt, zu der Seite der Ronde mit der geringeren Festigkeit zu laufen. Die Spaltrolle wandert also zu der Seite mit dem schmäleren Schenkel, wobei sich eine unerwünschte, ungleichmäßige Spaltung ergibt.

Eine asymmetrische Materialverteilung zwischen den beiden Schenkeln kann auch dadurch erreicht werden, daß eine Ronde mit einem relativ großen Außendurchmesser verwendet wird. Nach dem Spalten wird der Schenkel, an dem eine geringere Materialansammlung erwünscht ist, in einem separaten Ar­ beitsschritt abgelängt. Dieses Verfahren benötigt somit einen zusätzlichen Arbeitsschritt, bei dem auch noch Mate­ rialabfall entsteht.

Aus der DE 32 39 675 C2 geht ein Verfahren zum Herstellen eines einteiligen Fahrzeugrades hervor, bei dem zur Schaf­ fung einer asymmetrischen Materialverteilung der äußere Um­ fangsbereich der Ronde zu einer Seite hin abgebogen wird. Bei einer mittigen Spaltung der Ronde entsteht so an einem Schenkel eine Materialanhäufung und an dem anderen Schenkel eine Materialreduzierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Teiles aus einer Ronde zu schaffen, mit dem zwei Schenkel mit einer möglichst freien Materialverteilung an beiden Schenkeln in besonders einfacher Weise erzeugt werden können.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Verfahren wird die Auf­ gabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der äußere Umfangsbereich der Ron­ de wird zur Bildung einer Materialanhäufung vor dem Spalten ge­ staucht. Durch das Stauchen kann am äußeren Umfangs­ bereich der Ronde vor dem Spalten eine gewünschte Material­ ansammlung erzeugt werden. Die Ronde wird hierbei in ihrem Durchmesser entsprechend verringert. Die durch das Stauchen entstandene Materialansammlung kann symmetrisch oder asym­ metrisch zur Mittenlinie der Rondenbreite ausgebildet sein.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Materialanhäufung asymmetrisch zur Mittenlinie der Rondenbreite im äußeren Umfangsbereich der Ronde ausgeformt wird. Hierbei kann ein Schenkel mit einer großen Materialanhäufung und ein Schen­ kel ohne oder mit einer geringeren Materialanhäufung er­ zeugt werden. Die Materialanhäufung an beiden Enden der zu spaltenden Schenkel ermöglicht auch, bei der anschließenden Verformung der Schenkel Materialstärkenveränderungen der ausgeformten Schenkel vorzusehen. Insbesondere bei einem Fahrzeugrad für Luftreifen ist im Bereich des Felgenbettes an den äußeren Endbereichen der Felge eine Verdickung, ein sogenannter Hump, vorzusehen. Eine derartige Verdickung ist an beiden Seiten der Felge, ca. 2 cm vom Felgenrand ent­ fernt, vorgesehen und dient dazu, daß der Reifen in einer Kurve nicht ins Innere des Felgenbettes abgleiten kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, derartige Verdickungen bei Fahrzeugrädern ohne eine übermäßige Ver­ formung der Schenkelbereiche herzustellen.

Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit dem asymmetrischen Stauchen eine definierte Materialverteilung auf die beiden zu bildenden Schenkel durchgeführt. Für diese definierte Materialverteilung ist es notwendig, eine einteilige Ronde aus einem Blech konstanter Dicke mit einem entsprechend größerem Durchmesser auszuwählen. Erst nach der Stauchung besitzt die Ronde den für die Spaltung vorgesehenen Außendurchmesser. Das ent­ sprechend der Durchmesserreduzierung angefallene Material bildet vorgesehene rotationssymmetrische Materialwülste am Umfangsrand der Ronde.

Eine besonders genaue Materialverteilung ist erfindungs­ gemäß dadurch erreichbar, daß das Stauchen mit einer Stauchrolle ausgeführt wird. Die Stauchrolle weist an ihrem Umfangsbereich eine definierte Ringnut auf, deren Enden den Stauchungswulst an der Ronde ausformen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der äußere Umfangsbereich der Materialanhäufung im wesentlichen senkrecht zur Spaltrich­ tung ausgebildet wird. Dies bedeutet, daß der Umfangsrand der Ronde nach der Stauchung parallel zur Rotationsachse der Ronde verläuft. Die Spitze der Spaltrolle steht so beim Beginn des Spaltvorgangs im wesentlichen senkrecht auf dem äußeren Umfangsbereich der Ronde. Hierdurch wird die Gefahr des Verlaufens oder Auswanderns der Spaltrolle beim Beginn des Spaltvorganges vermindert.

Eine zusätzliche Möglichkeit, die Sicherheit und Genauig­ keit des Spaltvorganges zu erhöhen, besteht darin, daß der äußere Umfangsbereich der Stauchung mit einer Einkerbung zur Führung der Stauchrolle versehen wird. Diese Einkerbung ist dabei mit einer relativ geringen Tiefe versehen und an die Form der Spaltkante der Spaltrolle angepaßt. Die Einkerbung kann während des Stauchens mit einer vorspringenden Kante an der Stauchrolle erzeugt werden.

Grundsätzlich kann das Spalten mittels einer Spaltrolle an einer beliebigen Stelle am Umfangsrand durchgeführt werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß das Spalten mittig zur Ronden­ breite der ungestauchten Ronde ausgeführt wird. Hierdurch wird eine gleichmäßige Spaltung auch des ungestauchten Um­ fangsbereichs der Ronde erreicht.

Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die beiden Schenkel nach dem Spalten mit­ tels wenigstens einer Drückrolle verformt werden. Die Drück­ rollen können ebenfalls wie die Stauch- und die Spaltrolle seitlich in radialer Richtung an die Ronde heranbewegt werden. Die Ronde kann hierbei in ihrer rotierbaren Ein­ spanneinrichtung verbleiben. Zur Durchführung des Ver­ formungsvorgangs können eine oder mehrere Drückrollen mit unterschiedlichen Formen verwendet werden.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es von Vorteil, daß die Ronde vor dem Stauchen vorverformt wird. Durch eine derartige Vorverformung der Ronde, insbe­ sondere in deren zentralem Bereich, wird eine gewünschte Kaltverfestigung erzeugt. Hierdurch wird der Gefahr einer möglichen unerwünschten Verformung der Ronde während des sich anschließenden Stauchungs- und Spaltungsvorganges vor­ gebeugt.

Erfin­ dungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Ronde beim Stauchen und/oder Spalten seitlich abgestützt wird. Das Abstützen kann hierbei durch Abstützrollen erfolgen. Die Abstützrollen sind dabei paarweise parallel gegenüber­ liegend zueinander angeordnet, wobei die eine Rolle mit einer Seite der Ronde in Kontakt steht, während die zwei­ te Rolle mit der gegenüberliegenden Seite der Ronde kon­ taktiert. Durch diese Abstützrollen wird verhindert, daß der äußere Umfangsbereich aufgrund der Stauchungs- bzw. Spaltkräfte seitlich ausbricht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispieles weiter erläutert, welches in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer einge­ spannten Ronde im Ausgangszustand;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ronde beim Stauchungsvorgang;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Ronde beim Spaltvorgang;

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Ronde bei einem Formgebungsvorgang;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht einer Ronde beim abschließenden Formgebungsvorgang.

In Fig. 1 ist eine Ronde 10 in einer rotierbaren Spindel­ einheit 20 eingespannt. Die Ronde 10 ist auf einem Spindel­ stock 21 mittels eines Zentrierelementes 22, welches in ei­ ne Öffnung 14 der Ronde 10 eingreift, zentrisch zu einer Drehachse 24 angeordnet. Über ein Gegenstück 23 ist die Ronde 10 auf dem Spindelstock 21 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Ronde 10 in einem vorausge­ gangenen Formgebungsvorgang vorgeformt, wobei zur Verstei­ fung Vorformungen 13 erzeugt wurden.

An ihrem äußeren Umfangsbereich 11 ist die Ronde 10 jedoch noch unverformt und weist eine konstante Materialbreite auf. In dem äußeren Umfangsbereich 11 ist die Mitte der Rondenbreite durch die Mittellinie 15 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird die in der Spindeleinheit 20 einge­ spannte Ronde 10 einem Stauchungsvorgang unterworfen. Hier­ bei wird an die mit der Spindeleinheit 20 rotierende Ronde 10 in radialer Richtung zur Rotationsachse 24 hin eine Staucheinrichtung 30 mit einer Stauchrolle 31 zugeführt.

Die in einem Trägerrahmen 33 um eine Achse 34 drehbar gela­ gerte Stauchrolle 31 weist eine Ringnut 32 auf, welche ent­ sprechend einer gewünschten Form einer Materialanhäufung 12 an der Ronde 10 ausgeformt ist.

Die Stauchrolle 31 wird an die Ronde 10 zunächst so zuge­ stellt, daß der äußere Umfangsbereich 11 in die Ringnut 32 eingreift. Durch weitere Zustellung der Stauchrolle 31 in radialer Richtung zur Rotationsachse 24 hin wird der äußere Umfangsbereich 11 der Ronde 10 gestaucht. Hierbei entsteht entsprechend der Ringnut 32 eine wulstförmige Material­ anhäufung 12, welche asymmetrisch zur Mittenlinie 15 der Ronde 10 ausgebildet ist.

Für eine besonders genaue Ausformung der Materialanhäufung 12 und zur Verhinderung eines Abknickens der Ronde 10 wäh­ rend des Stauchvorganges sind an der Staucheinrichtung 30 Stützrollen 35 vorgesehen. Die Stützrollen 35 sind jeweils um Drehachsen 36 drehbar gelagert, welche im wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse 24 und der Drehachse 34 der Stauchrolle 31 angeordnet sind. Die beiden Stützrollen 35 sind zueinander parallel und versetzt angeordnet, wobei der Abstand der beiden Stützrollen 35 der Materialbreite der Ronde 10 entspricht. Des weiteren sind die beiden Stütz­ rollen 35 so ausgebildet und angeordnet, daß sie zur Form­ gebung der wulstförmigen Materialanhäufung 12 beitragen.

Nach dem Abschluß des Stauchvorganges wird die Stauchein­ richtung 30 von der Ronde 10 entfernt und eine Spaltein­ richtung 40 wird an die Ronde 10 zugeführt. Die Spaltein­ richtung 40 weist eine Spaltrolle 41 mit einer Spaltkante 42 auf, wobei die Spaltrolle 41 um eine Achse 44, welche parallel zur Rotationsachse 24 angeordnet ist, drehbar an einen Trägerrahmen 43 gelagert ist. Die Spaltrolle 41 ist keilförmig und symmetrisch zu einer Mittenebene 47 ausge­ bildet. Die Zustellung der Spaltrolle 41 an die Material­ anhäufung 12 der Ronde 10 erfolgt in radialer Richtung, so daß die Spaltkante 42 im wesentlichen senkrecht auf den Rand der Ronde 10 ausgerichtet ist und die Mittenebene 47 mit der Mittenlinie 15 der Ronde 10 fluchtet. Durch weiteres ra­ diales Zustellen der Spaltrolle 41 wird so eine mittige Spaltung des äußeren Umfangsbereichs 11 der Ronde 10 er­ reicht.

In Fig. 3 ist in der oberen Hälfte der Ronde 10 bereits schematisch das Ergebnis des Spaltvorganges, nämlich die Ausbildung zweier Schenkel 16 und 17, dargestellt. Es ist zu erkennen, daß der eine Schenkel 17 auf Grund der voraus­ gegangenen Stauchung an seinem freien Ende eine Material­ ansammlung 18 aufweist. Der andere Schenkel 16 hingegen weist bei dieser Ausführungsform keine wesentliche Material­ anhäufung auf.

Zur Durchführung eines möglichst präzisen Spaltvorganges sind an der Spalteinrichtung 40 ebenfalls Stützrollen 45 vorgesehen. Ähnlich zu den Stützrollen 35 der Stauchein­ richtung 30 gemäß Fig. 2 sind die Stützrollen 45 um Dreh­ achsen 46 drehbar am Trägerrahmen 43 gelagert, wobei die Drehachsen 46 senkrecht zur Rotationsachse 24 und zur Dreh­ achse 44 der Spaltrolle 41 angeordnet sind.

Nach Abschluß des Spaltvorganges wird die gestauchte und gespaltete Ronde 10 in eine Formgebungseinrichtung 50 umge­ spannt, welche in Fig. 4 dargestellt ist. Diese ist im wesentlichen wie die zuvor beschriebene Spindeleinheit 20 ausgebildet. Zusätzlich weist die Formgebungseinrichtung 50 ein erstes und zweites Drückfutter 57, 58 auf, zwischen denen die Ronde 10 angeordnet ist.

Die beiden Drückfutter 57, 58 rotieren gemeinsam mit der Ronde 10 um die Rotationsachse 24. An ihren äußeren Umfangs­ bereichen sind die Drückfutter 57, 58 mit einer Kontur ver­ sehen. Mittels einer ersten und zweiten Drückrolle 51, 54 werden die in der oberen Bildhälfte gestrichelt angedeuteten Schenkel 16, 17 der Ronde 10 verformt und auf die Kontur der Drückfutter 57, 58 gedrückt. Bei diesem Drückvorgang kann eine Materialverdünnung und somit eine Streckung der Schen­ kel 16, 17 auftreten. Nach Abschluß dieses ersten Form­ gebungsschrittes mittels der Drückrollen 51, 54, welche jeweils um Drehachsen 53, 56 an Rollenhaltern 52, 55 drehbar gelagert sind, weist die Ronde 10 in ihrem äußeren Umfangs­ bereich eine Zwischenform 9 auf.

Der abschließende Formgebungsvorgang ist in Fig. 5 schema­ tisch dargestellt. Im oberen Teil der Fig. 5 ist die Zwi­ schenform 9 in gestrichelter Linie gezeigt. Ausgehend von der Zwischenform 9 wird die Ronde 10 durch weitere Drück­ rollen 61, 64 zur Endform eines Fahrzeugrades 5 umgeformt. Die Drückrollen 61, 64 sind wie die zuvor beschriebenen Drückrollen um Drehachsen 63, 66 an Rollenhaltern 62, 65 drehbar gelagert.

Die Schenkel der Zwischenform 9 werden durch die Drückrollen 61, 64 an die Konturen von weiteren Drückfuttern 67, 68 an­ gedrückt, welche vergleichbar zu den Drückfuttern 57, 58 aus Fig. 4 aufgebaut sind. Die Kontur der Drückfutter 67, 68 ist jedoch an die Form des Endproduktes angepaßt.

Als letzter Formgebungsvorgang wird der seitliche Rand ei­ nes Felgenbettes 8 durch Profilierrollen 71, 73 ausge­ formt. Etwa zwei Zentimeter entfernt vom seitlichen Rand des Felgenbettes 8 sind Verdickungen 7 vorgesehen, welche später zur besseren Fixierung eines Reifens auf dem Fahr­ zeugrad dienen. Die Profilierrollen 71, 73 weisen eine entsprechende Kontur zur Ausbildung des Randbereiches auf. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Drückrollen können jedoch die Drehachsen 72, 74 der Profilierrollen 71, 73 geneigt zur Rotationsachse 24 ausgerichtet werden.

Nach Abschluß der Randformung ist ein Fahrzeugrad 5 mit ei­ nem zentralen Nabenbereich mit einer großen Materialstärke und ein Felgenbett mit einer kleineren Materialstärke fer­ tiggestellt. Der Verformungsgrad der Schenkel 16, 17 der Ronde 10 zu dem Felgenbett 8 ist so gewählt, daß eine aus­ reichende Kaltverfestigung des Werkstoffs im Bereich des Felgenbettes 8 eingetreten ist. Als Werkstoff für die Ronde 10 werden vorzugsweise Fe-Metalle oder Leichtmetalle ein­ gesetzt.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Herstellung eines Fahrzeugrades, sondern auch zur Fertigung beliebiger rotationsmetrischer Teile, bei­ spielsweise von Riemenscheiben, verwendet werden. Durch die Möglichkeit der Materialanhäufung durch eine Stauchung am Rand der Ronde wird bei diesen Teilen eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit bei einer nachfolgenden Spaltung und Umformung der Ronde erreicht.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Teils, insbesondere eines Fahrzeugrades, bei dem eine Ronde (10) zentrisch und drehbar um eine Rotationsachse (24) eingespannt wird und ein freier äußerer Umfangsbereich (11) der Ronde (10) mittels einer Stauchrolle (31) zur Bildung einer Ma­ terialanhäufung (12) gestaucht und anschließend mit­ tels einer Spaltrolle (41) zu zwei Schenkeln (16, 17) gespalten und aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß der äußere Umfangsbereich (11) während des Stau­ chens zu beiden Seiten der Ronde (10) durch drehbare Stützrollen (35) abgestützt wird, deren Drehachsen (36) im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse (24) angeordnet sind,
• 2. daß die Materialanhäufung (12) zwischen der Stauch­ rolle (31) und den Stützrollen (35) ausgeformt wird, und
• 3. daß nach Abschluß der Ausformung der Materialanhäu­ fung (12) in derselben Einspannung die Materialan­ häufung (12) gespalten und die beiden Schenkel (16, 17) gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß nur ein Außenrand des freien äußeren Umfangs­ bereichs (11) zu der Materialanhäufung (12) ge­ staucht wird und
• 2. daß die Materialanhäufung (12) und der ungestauchte äußere Umfangsbereich (11) durch die Spaltrolle (41) zur Bildung der zwei Schenkel (16, 17) gespalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spalten mittig zur Rondenbreite der unge­ stauchten Ronde (10) ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialanhäufung (12) asymmetrisch zur Mitten­ linie (15) der Rondenbreite im äußeren Umfangsbereich (11) der Ronde (10) ausgeformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem asymmetrischen Stauchen eine definierte Ma­ terialverteilung auf die beiden zu bildenden Schenkel (16, 17) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Umfangsbereich (11) der Material­ anhäufung (12) im wesentlichen senkrecht zur Spalt­ richtung ausgebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Umfangsbereich der Materialanhäu­ fung (12) mit einer Einkerbung zur Führung der Spaltrolle (31) versehen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel (16, 17) nach dem Spalten mittels wenigstens einer Drückrolle (51, 54, 61, 64, 71, 73) verformt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronde (10) vor dem Stauchen vorverformt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronde (10) beim Spal­ ten seitlich abgestützt wird.