DE19727599A1 - Verfahren zur Herstellung von Metallrädern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von MetallrädernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallrädern mit einer ungeteilten
Felge und einer Radscheibe, insbesondere von Leichtmetallrädern für Kraftfahrzeuge, sowie
ein Formwerkzeug zur Herstellung von Felgen für Metallräder.
Metallräder für Kraftfahrzeuge werden gewöhnlich entweder aus Stahl oder aus Leichtmetall
hergestellt und bestehen im Allgemeinen aus einer den Sitz für den Reifen bildenden Felge
und einer die Felge mit einer Radnabe des Kraftfahrzeugs verbindenden Radscheibe oder
einem Radstern mit entsprechender Funktion. Bei Personenkraftwagen finden nahezu
ausschließlich Metallräder mit ungeteilten Felgen Verwendung.
Die Herstellung von Metallrädern mit ungeteilten Felgen erfolgt in Abhängigkeit vom Felgen
material und vom Radaufbau. Während als Scheibenräder ausgebildete Stahlräder gewöhn
lich durch Verschweißen von zwei Preßteilen aus Stahlblech gefertigt werden, werden
Leichtmetallräder entweder gegossen, geschmiedet oder aus Leichtmetallblech geschweißt,
wie in VDI Nachrichten Nr. 46, November 1996, S. 33 offenbart.
Leichtmetallräder bieten gegenüber Stahlrädern vor allem den Vorteil eines geringeren
Radgewichts, sind jedoch u. a. aufgrund einer erheblich größeren Anzahl von zeit- und
arbeitsaufwendigen Herstellungsschritten immer noch erheblich teurer als Stahlräder.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Metallrädern und insbesondere von Leichtmetallrädern für Kraftfahrzeuge sowie ein
Formwerkzeug für Felgen derartiger Metallräder zu entwickeln, mit denen sich die Anzahl
der erforderlichen Herstellungsschritte bei der Felgenfertigung ohne Einschränkungen im
Hinblick auf das Gewicht, die Festigkeit und die Formgenauigkeit der Felgen verringern läßt.
Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Patentan
spruch 1 oder 3 angegebene Merkmalskombination gelöst. Das erfindungsgemäße
Verfahren zeichnet sich besonders dadurch aus, daß die Felge des Metallrads in einem
Formwerkzeug durch Innenhochdruckumformen aus einem Rohrstück geformt wird, das
entsprechend dem gewünschten Felgenprofil in einem Schritt auf einem Teil seiner Länge
unterschiedlich stark aufgeweitet wird, um ein Felgenbett mit geringerem Durchmesser, zwei
Felgenhörner mit maximalem Durchmesser und zwei zwischen dem mittleren Felgenbett und
den äußeren Felgenhörnern angeordnete Felgenschultern zu erzeugen. Dabei ist es
möglich, im Formwerkzeug entweder jeweils nur eine Felge oder zur Verringerung der
Fertigungszeiten vorzugsweise mehrere hintereinander angeordnete und im Bereich ihrer
Felgenhörner miteinander verbundene Felgen gleichzeitig unter Aufweitung umzuformen. Im
zuletzt genannten Fall werden die Felgen nach ihrer Entnahme aus dem Formwerkzeug und
vor der Bestückung mit der Radscheibe getrennt.
Zwar ist es grundsätzlich bereits bekannt, ein Rohrstück in ein Formwerkzeug einzulegen
und durch Innenhochdruckumformen aufzuweiten, jedoch wurde dieses Herstellungsver
fahren für Felgen von Metallrädern bisher nicht vorgeschlagen. Der Grund dafür liegt
wahrscheinlich darin, daß derartige Felgen zwei durch einen Bereich mit kleineren Durch
messern (das Felgenbett und die beiden Felgenschultern) verbundene Stirnenden mit
maximalem Durchmesser (die Felgenhörner) aufweisen, wohingegen beim Aufweiten mittels
Innenhochdruckumformen in der Regel nicht die Stirnenden sondern ein zwischen den
Stirnenden liegender Bereich aufgeweitet wird, während der Durchmesser der Stirnenden
konstant gehalten wird, um diese unter Stauchung des Rohrstücks in axialer Richtung
zusammenzudrücken, so daß sie einen Teil des für die Aufweitung benötigten Materials
liefern.
Dieses Problem wird jedoch einerseits dadurch gemildert, daß man gemäß einer Alternative
der Erfindung im Formwerkzeug aus einem Rohrstück mehrere hintereinander angeordnete
und miteinander verbundene Felgen gleichzeitig fertigt, wobei jeweils die aneinander
grenzenden Felgenhörner zweier benachbarter Felgen einen aufgeweiteten Bereich bilden,
der zwischen den im Durchmesser kleineren Felgenbetten dieser Felgen angeordnet ist.
Andererseits kann das Problem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
dadurch vollständig überwunden werden, daß das Rohrstück eine Länge aufweist, die
größer als die Breite der gefertigten Felge bzw. Felgen ist, und daß beim Aufweiten neben
der Felge bzw. den Felgen zwei mit dieser bzw. diesen verbundene, an Felgenhörner der
Felge bzw. der jeweils endseitigen Felgen angrenzende aufgeweitete Rohrabschnitte
erzeugt werden, die sich in Richtung zweier nichtaufgeweiteter Stirnenden des Rohrstücks
verjüngen und nach der Entnahme der Felge bzw. der Felgen aus dem Formwerkzeug von
den endseitigen Felgen abgetrennt werden.
Das Abtrennen der Rohrabschnitte und das Trennen der aus einem Rohrstück gefertigten
Felgen erfolgt bevorzugt nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug durch Laserstrahl
trennen oder durch Wasserstrahltrennen, wobei die Trennebenen im Bereich der maximalen
Durchmesser senkrecht zur Mittelachse verlaufen. Beim Trennvorgang werden die Felgen
und die damit verbundenen Rohrabschnitte gedreht, um sie in Umfangsrichtung an einem
stationären Trennwerkzeug, zum Beispiel einem Laser oder einer Hochdruckwasserstrahl
düse entlangzubewegen.
Zur Durchführung des Formvorgangs durch Hochdruckinnenumformen wird das Rohrstück
gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in ein Formwerkzeug eingebracht,
dessen Wände im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse des Rohrstücks
sind, wobei ihr Profil in axialer Richtung im wesentlichen dem Profil von einer oder mehreren
Felgen entspricht. Nach dem Schließen des Formwerkzeugs wird das Rohrstück vorzugs
weise in einem einzigen Formgebungsschritt umgeformt, um eine oder mehrere miteinander
verbundene Felgen zu erzeugen. Um dies zu erreichen, weist das Formwerkzeug minde
stens zwei in axialer Richtung im Abstand angeordnete Bereiche mit maximalem Durch
messer auf, die jeweils einem Felgenhorn bzw. zwei aneinandergrenzenden Felgenhörnern
entsprechen und zwischen sich einen Bereich mit kleineren Durchmessern begrenzen, der
dem Felgenbett und den beiden Felgenschultern sowie flankenartigen Übergängen zwischen
dem Bett und den Schultern bzw. zwischen den Schultern und den Hörnern entspricht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Bereich mit den
kleineren Durchmessern einen kleinsten Durchmesser aufweist, der dem späteren Felgen
bett entspricht und im wesentlichen denselben Durchmesser wie das zylindrische Rohrstück
aufweist, so daß zum einen das Rohrstück während des Umformens an dieser Stelle im
Formwerkzeug geführt und zum anderen das Maß der Aufweitung möglichst klein gehalten
wird.
Das Aufweiten des Rohrstücks zur Felge kann sowohl im geschlossenen Formwerkzeug als
auch durch Aufweitstauchen erfolgen, wobei in beiden Fällen längsgeteilte Formwerkzeuge
Verwendung finden, um eine Entnahme der Felge bzw. Felgen zu ermöglichen. Beim
Aufweitstauchen ist das Formwerkzeug außerdem quergeteilt.
Das als Ausgangsmaterial für die Felge bzw. Felgen verwendete zylindrische Rohrstück
besteht bevorzugt aus Leichtmetall, da sich Stahlräder zweckmäßiger durch Pressen
herstellen lassen. Grundsätzlich eignen sich aus Stahlblech bestehende Rohrstücke jedoch
ebenfalls zur Herstellung von Felgen durch Innenhochdruckumformen. Das zylindrische
Rohrstück kann vor dem Einbringen in das Formwerkzeug in der benötigten Länge von
einem vorgefertigten Rohr abgetrennt werden, das zur Erhöhung der Festigkeit und zur
Vermeidung von Schweißnähten vorzugsweise durch Walzen oder Strangpressen herge
stellt worden ist. Grundsätzlich können jedoch an Stelle von nahtlosen Rohren auch
geschweißte Rohre verwendet werden, da die Schweißnaht im Formwerkzeug durch das
Anpressen gegen die Wand geglättet wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch ein Formwerkzeug vor und nach einem
Umformen eines Rohrstücks zu einer einzelnen Felge während eines Innen
hochdruckumformverfahrens durch Aufweitstauchen;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch ein Formwerkzeug vor und nach einem Um
formen eines Rohrstücks zu einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Felgen
während eines Innenhochdruckumformverfahrens durch Aufweiten im geschlossenen
Formwerkzeug.
Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1, jedoch durch ein abgewandeltes Formwerkzeug
zum Aufweitstauchen;
Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2, jedoch durch ein abgewandeltes Formwerkzeug
zum Aufweiten im geschlossenen Werkzeug;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht für eine weitere Formwerkzeugalternative.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellten Formwerkzeuge 2, 2', 4, 4' dienen zur Her
stellung von Felgen für Metallräder, wie beispielsweise Kraftfahrzeugräder, durch Innen
hochdruckumformen eines zylindrischen Rohrstücks 6. Die unteren Hälften der Figuren
unterhalb einer Längs- oder Mittelachse 8 des Formwerkzeugs 2, 2', 4, 4' und des Rohr
stücks 6 zeigen jeweils das Formwerkzeug 2, 2', 4, 4' vor dem Umformen des in das
Formwerkzeug 2, 2', 4, 4' eingelegten Rohrstücks 6, während die oberen Hälften das
Formwerkzeug 2, 2', 4, 4' mit dem umgeformten und dabei aufgeweiteten Rohrstück 6
zeigen.
Während die in Fig. 1 und 3 dargestellten Formwerkzeuge 2, 2' zur Herstellung jeweils einer
Felge 10 dienen, werden in den in Fig. 2 und 4 dargestellten Formwerkzeugen 4, 4' gleich
zeitig mehrere in Längsrichtung des Rohrstücks 6 hintereinander angeordnete und mit
einander verbundene Felgen 12 geformt, die nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug 4,
4' entlang von Trennebenen 14 voneinander getrennt werden. Die senkrecht zur Mittelachse
8 des Rohrstücks 6 verlaufenden, in Fig. 2 und 4 mit zweistrichpunktierten Linien darge
stellten Trennebenen 14 sind jeweils an den Stellen der maximalen Durchmesser des
umgeformten Rohrstücks 6 angeordnet, d. h. an den Stellen, an denen die Felgenhörner
zweier benachbarter Felgen 12 aneinanderstoßen.
Um das Einlegen des Rohrstücks 6 in das Formwerkzeug 2, 2', 4, 4' zu erleichtern und die
Entnahme der Felge 10 bzw. der Felgen 12 zu ermöglichen, sind sämtliche Formwerkzeuge
2, 2', 4, 4' längsgeteilt. Die Formwerkzeuge 2, 2', 4, 4' weisen somit jeweils zwei einander in
radialer Richtung gegenüberliegende Formwerkzeughälften 16, 18 auf, die in dem in den
Figuren dargestellten geschlossenen Zustand einen rotationssymmetrischen Hohlraum 20
zur Aufnahme des Rohrstücks 6 begrenzen und sich entlang einer zu den Trennebenen 14
senkrechten, die Mittelachse 8 enthaltenden Ebene öffnen lassen.
An oder in der Nähe der beiden Stirnenden 22, 24 des Rohrstücks 6 erstreckt sich jeweils
ein Kanal 26, 28 durch das Formwerkzeug 2, 2', 4, 4' hindurch, dessen eines Ende ins
Innere des vom Rohrstück umschlossenen Teils des Hohlraums 20 mündet. Das andere
Ende des Kanals 26, 28 ist mit einem unter Druck stehenden Fluid, wie beispielsweise
Wasser, Öl oder einem Öl/wasser-Gemisch beaufschlagbar, dessen Druck so gewählt ist,
daß er die Wand 30 des Rohrstücks 6 unter plastischer Verformung radial aufweitet, so daß
sich diese gegen die den Hohlraum 20 begrenzende Innenwand 32 des Formwerkzeugs 2,
2', 4, 4' anlegt. Die Innenwand 32 der beiden Formwerkzeughälften 16, 18 weist im Längs
schnitt in jeder von der Mittelachse 8 und einem Radius R des Rohrstücks 6 aufgespannten
Ebene ein Profil auf, das auf einem Teil der Länge des Rohrstücks 6 dem Profil der herzu
stellenden Felge 10 (Fig. 1 und 3) oder Felgen 12 (Fig. 2 und 4) entspricht und mindestens
zwei Bereiche 34 mit maximalem Durchmesser aufweist, welche den Felgenhörnern der
Felge 10 oder Felgen 12 entsprechen und jeweils durch einen Bereich 36 mit kleineren
Durchmessern, entsprechend dem Felgenbett und den Felgenschultern getrennt sind. Im
einzelnen weist das Profil zwischen den beiden Bereichen 34 mit maximalem Durchmesser
zwei steile Flanken 44, 46 auf, die in jeweils eine den Felgenschultern entsprechende
Abflachung 40, 42 übergehen. Eine der Abflachungen 40, 42 weist zur Ausbildung des
sogenannten Felgenhumps eine umlaufende Rille 48 auf. Zwischen den beiden Ab
flachungen 40, 42 ist ein in radialer Richtung nach innen vorstehender Vorsprung 50
angeordnet, dessen Boden den Bereich mit dem kleinsten Durchmesser bildet und im
wesentlichen denselben Durchmesser wie das Rohrstück 6 aufweist. Dieser Bereich
entspricht dem späteren Felgenbett, an dem die Radscheibe festgeschweißt wird.
In axialem Anschluß an das Felgenprofil (Fig. 1 und 3) bzw. an die beiden äußeren der vier
Felgenprofile (Fig. 2 und 4) weist die Innenwand 32 des Formwerkzeugs 2, 2', 4, 4' jeweils
einen Abschnitt 52 auf, der sich vom jeweils äußersten Bereich 34 mit maximalem Durch
messer zum Formen des jeweils äußersten Felgenhorns in Richtung einer benachbarten
Stirnwand 54 des Hohlraums 20 verjüngt und angrenzend an die Stirnwand 54 einen
Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Rohrstücks 6 entspricht.
Diese beiden Abschnitte 52, deren Breite zusammen mit der Breite des Felgenprofils (Fig. 1
und 3) bzw. der vier Felgenprofile (Fig. 2 und 4) der Länge des Rohrstücks 6 entspricht,
bilden jeweils einen Übergang, der es ermöglicht, während der Umformung mit dem
Hochdruckfluid eine axiale Kraft auf die Stirnenden 22, 24 des Rohrstücks 6 auszuüben, um
diese unter Verkürzung des Rohrstücks 6 zusammenzudrücken. Dies ermöglicht es, etwas
Material in die aufgeweiteten Teilbereiche 34, 40, 42, 44, 46 nachzuführen, um die Abnahme
der Wandstärke in diesen Bereichen möglichst klein zu halten.
Die in Fig. 1 und 3 dargestellten Formwerkzeuge 2, 2' sind nicht nur längs- sondern auch
quergeteilt und bestehen aus zwei in axialer Richtung hintereinander angeordneten
Formwerkzeugteilen 62, 64, 62', 64', auf die während der Aufweitung des Rohrstücks 6
durch das unter Druck stehende Fluid in dem vom Rohr umschlossenen Teil des Hohlraums
20 in Richtung der Mittelachse 8 entgegengesetzte Axialkräfte FA aufgebracht werden. Das
Öffnungsmaß A zwischen den beiden Formwerkzeugteilen 62, 64, 62', 64' entspricht der
Differenz zwischen der Länge des zylindrischen Rohrstücks 6 einerseits und der Breite der
fertigen Felge 10 plus der Länge der beiden Rohrabschnitte zwischen den Felgenhörnern
und den benachbarten Stirnwänden 54. Das Formwerkzeug 2 wird mit fortschreitender
Aufweitung nach und nach geschlossen, wobei sich die aufgeweitete Wand 30 des Rohr
stücks 6 an die Innenwand 32 des Formwerkzeugs 2, 2' anschmiegt. Um die Führung der
beiden Teile 62, 64, 62', 64' in Richtung der Mittelachse 8 zu verbessern, weist das eine Teil
62, 62' an seiner dem anderen Teil 64, 64' zugewandten Stirnfläche eine umlaufende Ring
schulter 66, 66' auf, die in eine entsprechende umlaufende Nut 68, 68' in der gegen über
liegenden Stirnfläche des anderen Teils 64, 64' eingreift.
Demgegenüber sind die beiden Formwerkzeughälften 16, 18 des längsgeteilten Formwerk
zeugs 4, 4' bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet und
werden während der Beaufschlagung mit Druckfluid stationär festgehalten. Das Formwerk
zeug 4, 4' weist zwei Stirnwände 54 auf, die von den gegenüberliegenden Stirnflächen
zweier axial verschiebbarer Stempel 72 gebildet werden, deren Außendurchmesser dem
Außendurchmesser des Rohrstücks 6 entspricht. Die Stempel 72 sind mit entgegen
gesetzten Axialkräften FA beaufschlagbar, um das Rohrstück 6 während der Aufweitung in
axialer Richtung zu stauchen, so daß den aufgeweiteten Bereichen 34, 40, 42, 44, 48
Material zugeführt werden kann.
Die Zufuhr des Druckfluids ins Innere des vom Rohrstück 6 und den gegenüberliegenden
Stirnwänden 54 der Formteile 62, 64, 62', 64' bzw. der Stempel 72 begrenzten Teils des
Hohlraums 20 erfolgt durch die beiden Kanäle 26, 28, welche die Formteile 62, 64, 62', 64'
bzw. die Stempel 72 konzentrisch zur Mittelachse 8 durchsetzen und ins Rohrinnere
münden. Die beiden Kanäle 26, 28 sind über nicht dargestellte Leitungen mit einer Hoch
druckpumpe verbunden, die das Druckfluid ins Rohrinnere fördert und dort nach dem
Auffüllen mit Druckfluid einen Druck aufbaut, der ausreichend hoch ist, um die Wand des
Rohrstücks 6 in einem Schritt so weit aufzuweiten, daß sie sich gegen die Innenwand 32 des
Formwerkzeugs 2, 2', 4, 4' anlegt. Synchron zum Druckaufbau wird die Kraft FA auf die
Stempel 72 bzw. die Formteile 62, 64, 6', 64' geregelt, um eine gezielte Umformung unter
Aufweitung und gleichzeitiger Stauchung in axialer Richtung zu erzeugen
Um die Zufuhr großer Mengen Druckfluid ins Innere des Hohlraums 20 zu vermeiden,
können sich über die beiden Stirnwände 54 der Formteile 62', 64' bzw. der Stempel 72
überstehende Fortsätze 82, 84 ins Rohrinnere erstrecken, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt. Die
Fortsätze 82, 84 können beispielsweise aus einem starren Hohlzylinder bestehen, dessen
Außendurchmesser etwas kleiner als die Innendurchmesser des Rohrstücks 6 ist, so daß
zwischen den Fortsätzen 82, 84 und der Innenwand 86 des Rohrstücks 6 ein umlaufender
Spalt 88 von mehreren Zentimetern Stärke gebildet wird, der sich mit dem Druckfluid füllen
kann. Die Stirnwand 90 des Hohlzylinders kann zwecks höherer Druckfestigkeit gerundet
sein. Um die Wandstärke zu verringern, kann der Hohlzylinder mit einer inkompressiblen
Flüssigkeit gefüllt sein. Der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Stirnwände
90 der Fortsätze 82, 84 ist ausreichend groß, so daß auch nach dem Zusammendrücken der
Formteile 62', 64' bzw. der Stempel 72 zwischen diesen ein Spalt 92 freibleibt. Die Zufuhr
des Druckfluids erfolgt durch die entlang der Mittelachse 8 durch die Fortsätze 82, 84
hindurch verlängerten Kanäle 26, 28.
Das als Ausgangsmaterial für das Umformverfahren dienende, aus Leichtmetall bestehende
Rohrstück 6 wird vorzugsweise in der benötigten Länge von einem Leichtmetallrohr abge
trennt, dessen Wandstärke im wesentlichen der Materialstärke der späteren Felge 10 bzw.
Felgen 12 entspricht oder wegen der beim Aufweiten etwas abnehmenden Wandstärke ggf.
geringfügig größer ist, und dessen Innendurchmesser im wesentlichen dem Innendurch
messer der späteren Felge 10 bzw. Felgen 12 im Bereich ihres kleinsten Durchmessers, d. h.
im Felgenbett entspricht, so daß dort im wesentlichen keine Aufweitung stattfindet. Die
Länge des Rohrstücks 6 wird so gewählt, daß sie der Breite von einer als Einzelstück
geformten Felge 10 oder von mehrerer gemeinsam geformten Felgen 12 sowie zusätzlich
etwa einer Felgenbreite entspricht. Die zusätzliche Felgenbreite wird für zwei Rohrabschnitte
94 an den entgegengesetzten Stirnenden des Rohrstücks 6 benötigt, welche als Übergang
vom ursprünglichen Rohrdurchmesser an den beiden Stirnflächen des Rohrstücks 6 zum
größten Aufweitdurchmesser an den jeweils benachbarten Felgenhörnern dienen und eine
Beaufschlagung der beiden Stirnflächen des Rohrstücks 6 mit den aufeinander zu ge
richteten Axialkräften FA ermöglichen.
Das als Halbzeug eingekaufte oder vor dem Umformen im Zuge der Radherstellung
hergestellte Leichtmetallrohr wird bevorzugt nahtlos durch Strangpressen oder Walzen
gefertigt, kann jedoch auch durch Biegen und Schweißen eines ebenen Leichtmetallblechs
gefertigt werden.
Nach dem Abtrennen der beiden äußeren Rohrabschnitte und dem Trennen der Felgen, z. B.
durch Wasserstrahltrennen oder Laserstrahltrennen, werden diese mit vorgefertigten Rad
scheiben (nicht dargestellt) verbunden, die zum Beispiel aus Leichtmetallblech ausgestanzt
und durch Pressen geformt, gegossen, geschmiedet oder auf beliebige andere Weise aus
Leichtmetall hergestellt werden können. Die Verbindung zwischen der Felge und der Rad
scheibe erfolgt am besten durch Schweißen, vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen,
Reibschweißen, MIG/WIG-Schweißen mit und ohne Zusatzwerkstoffe oder Plasma
schweißen, jedoch können grundsätzlich auch andere Fügeverfahren eingesetzt werden.
Nach einer anschließenden Wärmebehandlung zum Tempern der Schweißnähte werden die
Radscheibe und die Felge im Bereich der Schweißnaht spanend nach bearbeitet und die
Befestigungslöcher in der Radscheibe und die Ventilöffnung in der Felge gebohrt. Den
Abschluß des Herstellungsverfahrens bilden ein nachfolgendes Glanzdrehen und ein
Beschichten des endbearbeiteten Metallrades mit Klarlack.
Alternativ zu der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Verfahrensweise ist auch
eine Parallelanordnung von Rohrstücken 6.1 bis 6.n (n ist eine beliebig wählbare natürliche
Zahl) in einem gemeinsamen Formwerkzeug 2'' möglich, wie sie in Fig. 5 grob skizziert ist.
Aus Übersichtlichkeitsgründen ist hier auf die Darstellung von Schnittlinien zwischen Werk
zeugsegmenten, die zum Zwecke der Entnahme der Felgen 10.1 bis 10.n voneinander ent
fernbar sind, verzichtet worden. Die für die Umformung in dem Formwerkzeug 2'' notwen
dige Verfahrensweise ist Gegenstand des Anspruchs 25.
Claims (25)
1. Verfahren zur Herstellung von Metallrädern mit einer ungeteilten Felge und einer
Radscheibe oder einem Radstern, insbesondere von Leichtmetallrädern für
Kraftfahrzeuge, umfassend die Schritte:
- - Formen eines zylindrischen Rohrstücks (6) aus Metall,
- - Einbringen des Rohrstücks (6) in ein Formwerkzeug (2, 2'),
- - Aufweiten des Rohrstücks (6) im Formwerkzeug (2, 2') durch Innenhochdruckumformen zur Erzeugung der Felge (10),
- - Verbinden der Felge (10) mit der getrennt gefertigten Radscheibe oder mit dem Radstern nach einer Entnahme der Felge (10) aus dem Formwerkzeug (2, 2').
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (6) eine Länge
aufweist, die größer als die Breite der erzeugten Felge (10) ist, daß beim Aufweiten
neben der Felge (10) zwei mit dieser zusammenhängende, Felgenhörnern der Felge
(10) benachbarte Rohrabschnitte (94) angrenzend an die Felgenhörner aufgeweitet
werden, während ihr Durchmesser an den Stirnenden (22, 24) des Rohrstücks (6)
konstant bleibt, und daß die beiden Rohrabschnitte (94) nach der Entnahme aus dem
Formwerkzeug (2, 2') abgetrennt werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Metallrädern mit einer ungeteilten Felge und einer
Radscheibe oder einem Radstern, insbesondere von Leichtmetallrädern für
Kraftfahrzeuge, umfassend die Schritte:
- - Formen eines zylindrischen Rohrstücks (6) aus Metall,
- - Einbringen des Rohrstücks (6) in ein Formwerkzeug (4, 4'),
- - Aufweiten des Rohrstücks (6) im Formwerkzeug (4, 4') durch Innenhochdruckumformen zur Erzeugung mehrerer miteinander verbundener Felgen (12),
- - Trennen der Felgen (12) nach einer Entnahme aus dem Formwerkzeug (4, 4'), - Verbinden der Felgen (12) mit jeweils einer Radscheibe oder einem Radstern.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (6) eine Länge
aufweist, die größer als die Breite der erzeugten Felgen (12) ist, daß beim Aufweiten
neben den miteinander verbundenen Felgen (12) zwei mit diesen zusammenhängende,
äußeren Felgenhörnern der jeweils äußersten Felgen (12) benachbarte Rohrabschnitte
(94) angrenzend an die Felgenhörner aufgeweitet werden, während ihr Durchmesser an
den Stirnenden (22, 24) des Rohrstücks (6) konstant bleibt, und daß die beiden
Rohrabschnitte (94) nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug (4, 4') abgetrennt
werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
miteinander verbundenen Felgen (12) bzw. die Rohrabschnitte (94) in den Bereichen
(34) der maximalen Durchmesser senkrecht zur Mittelachse (8) des Rohrstücks (6)
durchtrennt bzw. abgetrennt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) bzw. die
miteinander verbundenen Felgen (12) beim Durchtrennen bzw. beim Abtrennen der
Rohrabschnitte (94) gedreht werden, um ein Trennwerkzeug an ihrem Umfang
entlangzubewegen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennung der miteinander verbundenen Felgen (10) bzw. das Abtrennen der
Rohrabschnitte (94) durch mindestens einen Wasserstrahl erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennung der miteinander verbundenen Felgen (10) bzw. das Abtrennen der
Rohrabschnitte (94) durch mindestens einen Laserstrahl erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rohrstück (6) in ein Formwerkzeug (2, 2', 4, 4') eingebracht wird, dessen Innenwände
(32) rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse (8) des Rohrstücks (6) sind, wobei ihr
Profil in axialer Richtung im wesentlichen dem Profil von einer oder mehreren Felgen
(10,12) entspricht, und daß das Rohrstück im Formwerkzeug (2, 2', 4, 4') in einem
Schritt umgeformt wird, um eine oder mehrere miteinander verbundene Felgen (10,12)
zu erzeugen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Formwerkzeug (2, 2', 4, 4') mindestens zwei in axialer Richtung im Abstand
angeordnete Bereiche (34) mit maximalem Durchmesser aufweist, die jeweils einen
Bereich (32) mit kleineren Durchmessern begrenzen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinster Durchmesser
des Bereichs (32) mit den kleineren Durchmessern im wesentlichen dem Durchmesser
des zylindrischen Rohrstücks (6) entspricht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rohrstück (6) im geschlossenen Formwerkzeug (4, 4') aufgeweitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rohrstück (6) durch Aufweitstauchen aufgeweitet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
zylindrische Rohrstück (6) vor dem Einbringen in das Formwerkzeug (2, 2', 4, 4') in der
benötigten Länge von einem vorgefertigte Rohr abgetrennt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Rohrstück
(6) von einem durch Walzen oder Strangpressen hergestellten nahtlosen Rohr
abgetrennt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Rohrstück
(6) vor dem Einbringen in das Formwerkzeug von einem geschweißten Rohr abgetrennt
oder durch Biegen und Schweißen aus einem ebenen Blech geformt wird.
17. Formwerkzeug (2, 2', 4, 4') zur Herstellung einer oder mehrerer ungeteilter Felgen (10,
12) für Metallräder aus einem zylindrischen Rohrstück (6) im Innenhochdruckumform
verfahren, umfassend:
- - zwei Formwerkzeugteile (16, 18), die einen rotationssymmetrischen Hohlraum (20) zur Aufnahme des Rohrstücks (6) begrenzen und parallel zu einer Mittelachse (8) des Rohrstücks (6) trennbar sind,
- - mindestens einen an einem der Stirnenden (22, 24) des Rohrstücks (26) durch das Formwerkzeug hindurch ins Innere des Rohrstücks (6) mündenden Kanal, der mit einem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar ist,
- - wobei eine den Hohlraum (20) begrenzende Innenwand (32) der beiden Form werkzeugteile (16, 18) parallel zur Mittelachse (8) ein Profil aufweist, das auf einem Teil der Länge des Rohrstücks (6) dem Profil der herzustellenden Felge (10) oder Felgen (12) entspricht und mindestens zwei Bereiche (34) mit größerem Durchmesser aufweist, die durch einen Bereich (32) mit kleineren Durchmessern getrennt sind.
18. Formwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (32) im
Anschluß an das Felgenprofil jeweils einen Abschnitt (52) aufweist, der sich von einem
der Stirnwand (54) des Hohlraums (20) benachbarten Bereich (34) mit maximalem
Durchmesser in Richtung der Stirnwand (54) verjüngt und angrenzend an die Stirnwand
(54) einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser des Rohrstücks (6) entspricht.
19. Formwerkzeug nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch einen Vorsprung (82,
84), der sich von mindestens einer der Stirnwände (54) aus ins Innere des Rohrstücks
(6) erstreckt, um das zuzuführende Druckfluidvolumen zu verringern.
20. Formwerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (82, 84)
rotationssymmetrisch ist.
21. Formwerkzeug nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung
(82, 84) mindestens die Hälfte des vom Rohrstück (6) umschlossenen Teils des Hohl
raums (20) füllt.
22. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stirnwände (54) des Hohlraums (20) von axial verschiebbaren Stempeln (72) gebildet
werden.
23. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß es
quergeteilt ist, und daß mindestens eines der Teile (62, 62'; 64, 64') während der Beauf
schlagung des Rohrinneren mit Druckfluid in Richtung der Mittelachse (8) auf das
andere Teil (64, 64'; 62, 62') zu verschiebbar ist.
24. Radfelge für ein Metallrad, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch ein Verfahren nach
einem der Ansprüche 1 bis 16 ohne den Schritt eines Verbindens mit einer getrennt
gefertigten Radscheibe oder einem Radstern hergestellt ist.
25. Verfahren zur Herstellung von Metallrädern mit einer ungeteilten Felge und einer
Radscheibe oder einem Radstern, insbesondere von Leichtmetallrädern für Kraft
fahrzeuge, umfassend die Schritte:
- - Formen mehrerer Rohrstücke (6.1-6.n) aus Metall,
- - Einbringung der Rohrstücke (6.1-6.n) in ein Formwerkzeug (2, 2', 2''),
- - weitgehend gleichzeitiges Aufweiten der Rohrstücke in dem Formwerkzeug (2, 2', 2'') durch Innenhochdruckumformung zur Erzeugung der Felgen (10),
- - Verbinden der Felgen (10) mit den getrennt gefertigten Radscheiben oder mit den Radsternen nach Entnahme der Felgen (10) aus dem Formwerkzeug.
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