DE3717423A1 - Verfahren zum profilformen von als rollkoerper ausgebildeten werkstuecken und einrichtung zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, sowie auf eine Einrichtung zum Profilformen von als Rollkörper ausgebildeten Werkstücken insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugfelgen.

Zum Profilformen von als Rollkörper ausgebildeten Werkstücken, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugfelgen sind Einrichtungen bekannt, welche zwei rotationskörperförmige Werkzeuge aufweisen, die von verschiedenen Seiten aus auf ein Werkstück einwirken, indem deren gegenseitiger Abstand veränderbar ist. Zum Formen einer Fahrzeugfelge wird diese mit ihrem Rand zwischen den beiden oberen und unteren Werkzeugen eingespannt, wobei der Formdruck durch die Verringerung des gegenseitigen Abstandes der beiden Werkzeuge erfolgt, zwischen welchen der Felgenrand eingespannt ist. Das als Felge ausgebildete Werkstück rotiert zwischen den beiden angepreßten Rollen, wobei die eine Rolle an der äußeren Seite und die andere Rolle an der inneren Seite der Felge angreift. Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß die Flächenpressung auf der äußeren Seite der Felge annähernd dreimal größer ist als die entsprechende Flächenpressung auf der inneren Seite der Felge. Dies geht aus der Betrachtung der Fig. 1 hervor, welche die prinzipielle Anordnung einer solchen Einrichtung rein schematisch darstellt. Mit 1 ist das rollenförmige obere Werkzeug, mit 2 das ebenfalls rollenförmige unterer Werkzeug und mit 3 das Werkstück bezeichnet. Die Werkzeuge 1 und 2 werden mit einer Kraft P gegen das Werkstück 3 gepreßt. Der spezifische Druck auf der Außenseite des Werkstückes 3 wird mit P _a und der spezifische Druck auf der Innenseite des Werkstückes 3 mit P _i bezeichnet. Die entsprechenden Radien der Rollen und des Werkstückes sind mit ra, ri und rw bezeichnet.

Zur Berechnung des spezifischen Druckes auf der Außen- und auf der Innenseite wird die Herzsche Formel:

verwendet. Dabei bedeutet rm den mittleren Durchmesser der beiden Rollkörper mit den Durchmessern r 1 und r 2; L die Rollkörperlänge und E den Elastizitätsmodul. Dabei wäre noch zu berücksichtigen, daß:

Mit Hilfe dieser Beziehungen kann der Fachmann ohne weiteres ausrechnen, daß:

pa = pi · 2,77.

Dies bedeutet, daß der spezifische Druck auf der Außenseite des Werkstückes 2,77mal größer ist als der spezifische Druck auf der Innenseite des Werkstückes.

Dieser Nachteil wird bei der Fabrikation von Stahlfelgen in Kauf genommen, so daß diese in drei Rolloperationen geformt werden können. Anders verhält es sich bei der Herstellung von Rollkörpern aus Leichtmetall, wie z. B. aus Aluminium. Hier kann dieser Nachteil nicht in Kauf genommen werden, da das weiche Aluminium zu stark auf die ungleichen Flächenpressungen reagiert.

Aus diesem Grunde ist die Herstellung von Fahrzeugfelgen aus Aluminium besonders schwierig und kostspielig. Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß entsprechend bemessene Aluminiumplatten zu Rohren gebogen und die freien Kanten durch Schweißen miteinander verbunden werden, worauf die Bearbeitung durch rotationskörperförmige Werkzeuge in zahlreichen Arbeitsgängen erfolgt.

Dieses Herstellungsverfahren weist entscheidende Nachteile auf. Zunächst wird das Gefüge des Aluminiumrollkörpers an der Schweißstelle geändert, indem es dort eine gußähnliche Struktur enthält, wodurch die Festigkeit an der Schweißstelle wesentlich herabgesetzt wird. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß insbesondere die Ermüdungsfestigkeit auf einen Bruchteil der ursprünglichen Festigkeit vermindert wird, so daß eine so ausgebildete Felge an den Nahtstellen bruchanfällig wird, was fatale Folgen haben kann.

Darüber hinaus bewirkt die ungleiche Flächenpressung weitere große Nachteile. Das gegenüber Stahl weiche Aluminium reagiert stark auf ungleiche Flächenpressungen, so daß äußere Einflüsse wie Schläge, leicht zu Deformationen der Felgen führen.

Zweck der Erfindung ist es nunmehr, die obenerwähnten Nachteile zu beheben und ein Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von als Rollkörper ausgebildeten profilierten Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugfelgen aus Aluminium vorzuschlagen, so daß die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden. Dieser Zweck wird mittels des vorgeschlagenen Verfahrens erreicht, welches darin besteht, daß aus Aluminium ein rohrförmiges Gebilde nahtlos geformt und dieses in einzelne ringförmige Teile zerlegt wird, deren Breite der Rollkörperbreite entspricht, wonach jeder Teil mittels zwei zusammenwirkenden rotationskörperförmigen Werkzeugen auf der Außenseite mit dem gleichen spezifischen Druck wie auf der Innenseite profiliert wird.

Zur Bildung des rohrförmigen Gebildes wird Aluminiumschmelze entweder in eine entsprechende metallische Dauerform vergossen oder unter hohem Druck der Form zugeführt.

Um den erwünschten gleichmäßigen spezifischen Druck auf der Innen- und der Außenseite des Rollkörpers zu erreichen, erfolgt das Profilformen desselben mit der konvexen Außenseite des einen und mit der konkaven Innenseite des anderen Werkzeuges, welche Werkzeuge gemeinsam und jeweils an der gleichen Stelle des ringförmigen Teiles eingesetzt werden.

Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens weist zwei zusammenwirkende rotationskörperförmige Werkzeuge auf, deren gegenseitiger Achsabstand veränderbar ist.

Bei einer solchen Einrichtung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das eine Werkzeug mit seiner bezüglich der Werkzeugmittelachse konvexen Außenseite und das andere Werkzeug mit seiner bezüglich der Werkzeugmittelachse konkaven Innenseite annähernd auf der gleichen Umfangsstelle auf das Werkstück wirkend angeordnet sind.

Es wird nachstehend gezeigt, daß bei der Einhaltung des vorangehend definierten Merkmals die gestellte Forderung erfüllt wird, indem der spezifische Druck auf der Innenseite und auf der Außenseite des Werkstückes annähernd gleich bleibt. Dies bedeutet aber, daß mit der gleichen Einrichtung beim Bedarf sowohl Stahl wie auch Leichtmetallfelgen problemlos hergestellt werden können. Dadurch wird eine wesentliche Vereinfachung und Verbesserung der Felgenproduktion erreicht.

Eine praktische Ausführung der Einrichtung sieht vor, daß ein ringförmig ausgebildetes Außenwerkzeug mit innerer Profilierungsfläche drehbar in einem Gehäuse Aufnahme findet und das andere Werkzeug als Innenwerkzeug mit äußerer Profilierungsfläche innerhalb des Außenwerkzeuges in derselben vertikalen Ebene verschiebbar angeordnet ist.

Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 die rein schematische Anordnung einer bekannten Anlage;

Fig. 2 die rein schematische Anordnung einer Anlage wie vorgeschlagen;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die Einrichtung; und

Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung derselben.

Zur Herstellung eines rohrförmigen Gebildes, welches keine Naht aufweisen darf, wird ein Aluminiumrohr mit Hilfe einer Strangpresse hergestellt, mittels welcher unter allseitigem Druck in einer einzigen Umformstufe eine große Formänderung erreicht wird. Ein Rohr wird aus vorerst gegossenen runden Strängen hergestellt, die auf Preßtemperatur erhitzt in den Blockaufnehmer einer Strangpresse eingeführt und mittels Stempel durch eine Matrize gepreßt wird. Es entsteht ein rohrförmiges Gebilde, welches keine Naht aufweist und welches dann in einzelne ringförmige Teile zerlegt wird. Die ringförmigen Teile weisen eine Breite auf, welche annähernd der Breite des Rollkörpers entspricht, der zu Felgen geformt werden sollte. Bei diesem Vorgang erfolgt die Profilierung auf der Außenseite mit dem gleichen spezifischen Druck wie auf der Innenseite.

Die Weiterverarbeitung erfolgt in der Anlage nach Fig. 2. Das Werkstück 4 ist als Rollkörper ausgebildet und wird mit Hilfe von zwei zusammenwirkenden rotationskörperförmigen Werkzeugen profilgeformt. Zu diesem Zweck ist eine innere Rolle vorgesehen, mittels welcher die innere Seite des Werkstückes 4 entlang der gemeinsamen Berührungslinie bei A bearbeitet wird. Die äußere Fläche des Werkstückes 4 wird mit Hilfe einer äußeren Rolle 6 geformt, welche das Werkstück entlang der gleichen Linie A aber außen berührt. Die innere Rolle 5 berührt das Werkstück 4 mit ihrer konvexen Außenseite, während die äußere Rolle 6 das Werkstück 4 mit ihrer inneren konkaven Innenseite berührt. Die Flächenpressung auf der Außenseite wird mit P _a und die Flächenpressung auf der Innenseite mit P _i bezeichnet. Die innere Rolle 5 weist einen Radius ri, das Werkstück einen Radius rw und die äußere Rolle, welche zweckmäßigerweise als Ring ausgebildet ist, einen Radius ra auf.

Die Berechnung des spezifischen Innendruckes und Außendruckes P _i und P _a erfolgt wiederum mit Hilfe der Herzsche- Formel und ergibt als Resultat, daß: pi = pa.

Das Verhältnis des Durchmessers rw des Werkstückes 4 zum Durchmesser ri der inneren Rolle 5 kann z. B. 1,5 betragen.

Aufgrund der Fig. 3, 4 und 5 wird nun der praktische Aufbau der vorgeschlagenen Einrichtung näher erläutert:

Die Einrichtung weist ein Gehäuse 7 auf, in welchem mit Hilfe von Kugellagern 8 ein Außenring 9 gelagert ist, welcher zur Aufnahme des Außenwerkzeuges 10 dient. Dieses Außenwerkzeug 10 ist ringförmig ausgebildet und weist eine innere Profilierungsfläche 11 auf. Mit dem Außenwerkzeug 10 arbeitet ein Innenwerkzeug 12 zusammen, welches ebenfalls als Rotationskörper ausgebildet ist, eine äußere Profilierungsfläche 13 besitzt, welche dem Abdruck der Profilierungsfläche 11 entspricht. Der Durchmesser des inneren Werkzeuges 12 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser des Außenwerkzeuges 10, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Außenfläche des inneren Werkzeuges 12 die Innenfläche des äußeren Werkzeuges 10 berührt. An der Berührungsstelle erfolgt die Profilierung des Werkstückes 14 in der Weise, indem das Innenwerkzeug 12 gegen das Außenwerkzeug 10 gepreßt wird. Das Gehäuse 7 ist vorne durch einen ringförmigen Lagerdeckel 15 begrenzt.

Das Innenwerkzeug 12, welches in der Fig. 5 entfernt ist, ist auf einer Welle 16 gelagert, welche sich durch das Gehäuse 7 erstreckt und außerhalb des Gehäuses mit Hilfe von zwei in der vertikalen Richtung in der Höhe beweglichen Lagern 17 und 18 gelagert ist. Am anderen dem Innenwerkzeug 12 abgekehrten Ende der Welle 16 ist mittels einer flexiblen Kupplung 19 ein Hydraulikmotor 20 angeflanscht.

Zur vertikalen Höhenverschiebung der Welle 16 sind die Lager 17 und 18 in Gleitorganen 21 und 22 angeordnet, die ihrerseits in Lagerführungen 23 und 24 Aufnahme finden. Die Gleitorgane 21 und 22 stehen unter dem Einfluß von hydraulischen Pressen 25 und 26, deren Kolbenstangen 27, 28 mit den Gleitorganen 21 und 22 verbunden sind. Die hydraulische Presse 25 ist wesentlich größer dimensioniert als die hydraulische Presse 26, da, durch die Hebelarmverhältnisse bedingt, mit der Presse wesentlich größerer Druck ausgeübt werden muß, als mit der Presse 26, wobei die Bewegung der beiden Pressen gekoppelt ist und mit Hilfe von Glasmaßstäben 29 überwacht wird.

Mit 30 ist ein weiterer Hydraulikmotor bezeichnet, welcher zum Antrieb des Außenwerkzeuges 10 dient. Vollständigkeitshalber sei noch erwähnt, daß eine weitere Welle 31 zur Aufnahme einer Seitenführung 32 dient, mittels welcher die Zentrierung des Werkstückes 14 in nicht näher beschriebener Weise erfolgt. Der Zu- und Abtransport des Werkstückes erfolgt mit Hilfe eines nicht dargestellten Lade-Entladekorbes, welcher auf einer axial verschiebbaren Welle 33 Aufnahme findet. Schließlich sei noch erwähnt, daß zur Schwenkung der Seitenführung 32 ein Pneumatikzylinder 34 mit Übersetzung vorhanden und an der Seitenplatte 35 befestigt ist.

Die zu bearbeitenden Felgen werden automatisch zugeführt, wobei die dazu notwendige Felgentransporteinrichtung an den Flanschen 36 des Gehäuses 7 befestigbar ist. Das zu bearbeitende Werkkstück 14 gelangt auf das Innenwerkzeug 12, welches im Durchmesser wesentlich kleiner ist als die kleinste zu bearbeitende Felge. Die Zentrierung erfolgt mittels der Seitenführung 32. Bei allen diesen Operationen nimmt die Welle 16 eine untere Lage ein, bei welcher die Kolbenstangen 27 und 28 eingezogen sind. Zur Durchführung der Profilierung wird mittels der hydraulischen Pressen 25 und 26 Druck ausgeübt, so daß die Kolbenstangen 27 und 28 ausfahren und die Welle 16 nach oben verschieben, wobei die eingenommene horizontalte Lage ständig eingehalten wird. Dies kann mittels den Glasmaßstäben 29 kontrolliert werden. Die eigentliche Profilierung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Außenwerkzeug 10 in der Weise, daß die entsprechenden Teile in Rotation versetzt werden, wobei gleichzeitig Druck ausgeübt wird. Nach Fertigstellung des Werkstückes, nachdem dieses die gewünschte Profilform angenommen hat, werden die Kolbenstangen 27 und 28 wieder eingefahren, so daß das fertige Werkstück am Innenwerkzeug 12 durchhängend aufliegt und vom Außenwerkzeug 10 nicht mehr gehalten wird. Mit Hilfe der Lade-Entladekörbe wird das fertige Werkstück vom Innenwerkzeug 12 abgehoben und einem Transporter übergeben zur Weiterförderung.

Mit der beschriebenen Einrichtung können als Rollkörper ausgebildete Werkstücke, insbesondere Fahrzeugfelgen sowohl aus Stahl als auch aus Leichtmetall wie Aluminium, gefertigt werden. Wie eingangs erwähnt, sind die auftretenden Flächenpressungen beim Profiliervorgang auf der Innenseite und auf der Außenseite des Werkstückes gleich, so daß bei der Bearbeitung von Aluminiumfelgen keine Probleme entstehen. In dieser Weise kann die Fahrzeugfelgenproduktion vereinfacht, verbilligt und beschleunigt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Profilformen von als Rollkörper ausgebildeten Werkstücken, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugfelgen aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß aus Aluminium ein rohrförmiges Gebilde nahtlos geformt und dieses in einzelne ringförmige Teile zerlegt wird, deren Breite der Rollkörperbreite entspricht, wonach jeder Teil mittels zwei zusammenwirkenden rotationskörperförmigen Werkzeugen auf der Außenseite mit dem gleichen spezifischen Druck wie auf der Innenseite profiliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilformen eines ringförmigen Teiles mit der konvexen Außenseite des einen und mit der konkaven Innenseite des anderen Werkzeuges erfolgt, welche Werkzeuge gemeinsam und jeweils an der gleichen Stelle des ringförmigen Teiles eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des rohrförmigen Gebildes Aluminiumschmelze entweder in eine entsprechende metallische Dauerform vergossen und unter erhöhtem Druck der Form zugeführt wird.

4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, welche zwei zusammenwirkende rotationskörperförmige Werkzeuge (10, 12) aufweist, deren gegenseitiger Achsabstand veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkzeug (12) mit seiner bezüglich der Werkzeugmittelachse konvexen Außenseite (13) und das andere Werkzeug (10) mit seiner bezüglich der Werkzeugmittelachse konkaven Innenseite (11) an der gleichen Umfangsstelle auf das Werkstück (14) wirkend angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkzeug als ringförmig ausgebildetes Außenwerkzeug (10) mit innerer Profilierungsfläche (11) drehbar in einem Gehäuse (7) Aufnahme findet, und das andere Werkzeug als Innenwerkzeug (12) mit äußerer Profilierungsfläche (13) innerhalb des Außenwerkzeuges (10) in derselben vertikalen Ebene verschiebbar angeordnet ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenwerkzeug (12) am einen Ende einer anderenends angetriebenen Welle (16) angeordnet ist, die in zwei in der vertikalen Richtung beweglichen Lagern (17, 18) Aufnahme findet.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Höhenverstellung der Welle (16) die Lager (17, 18) in Gleitorganen (21, 22) vertikal verschiebbar geführt sind und unter Einfluß von hydraulischen Pressen (25, 26) stehen.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pressen (25, 26) verschieden groß sind und miteinander in Wirkverbindung stehen.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Bewegungen der beiden miteinander gekoppelten Pressen (25, 26) und der horizontalen Lage der Welle (16) Glasmeßstäbe (29) vorhanden sind.