DE4442465A1 - Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrades im Fließdrückverfahren - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Bereich der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrades im Fließdrückverfahren.

2. Kurzbeschreibung des Standes der Technik

Ein typisches und übliches Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrades im Fließdrückverfahren schließt folgende Verfah­ rensschritte ein. Ein Radrohling bzw. das noch ungeformte Rad­ material wird einem Halte- oder Spanndorn zugeordnet und über die Arbeitsfläche des Dornes hinweg ausgebreitet, wobei dieses Ausbreiten des Rohmaterials über die Arbeitsfläche des Dornes mittels einer Drückkraft bewirkt wird, die von einem Drück­ werkzeug aufgebracht wird. Auf diese Weise wird das Ausgangs­ material in eine gewollte Form gebracht.

Wird jedoch bei dem vorgenannten üblichen Verfahren nur die Dehnfähigkeit des Radmaterials genutzt, so besteht die Gefahr, daß insbesondere bei zu rascher Umformung des Materials in ei­ ne komplizierte Endform zu große Kräfte auftreten, die die Be­ anspruchbarkeit des Materials übersteigen und dieses zerstö­ ren.

Ziel und Zusammenfassung der Erfindung

Daraus abgeleitet ist es ein Hauptziel der Erfindung, ein Ver­ fahren zum Fließdrücken eines Fahrzeugrades aufzuzeigen, das das vorgenannte Problem nicht auftreten läßt.

Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird zum Erreichen dieses Zieles ein Verfahren zum Fließdrüc­ ken eines Fahrzeugrades vorgeschlagen, bei dem das Ausgangsma­ terial für ein Fahrzeugrad während des Verfahrens erwärmt wird und das folgende Verfahrensschritte einschließt:
Verwendung eines Ausgangsmaterials, das als einem Hauptbe­ standteil Aluminium und als weitere Bestandteile 3 bis 6 Gew.-% Si und 0,2 bis 0,5 Gew.-% Mg aufweist und
Erwärmen des Materials auf eine Temperatur im Bereich von 230° bis 400°C.

Wenn das Material für ein Fahrzeugrad, dessen Verformbarkeit gesteigert wurde, einem Fließdrückverfahren unterworfen wird, kann das Material für das Fahrzeugrad ohne Schwierigkeiten entlang einem Spann- bzw. Formdorn ausgebreitet werden und es werden dabei keine schädlichen Kräfte auf das Material einwir­ ken, selbst wenn das Radmaterial rasch in eine komplizierte Kontur umgeformt wird. Das Radmaterial ist nicht der Gefahr ausgesetzt, defekt zu werden. Darüber hinaus wird, wie es in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, die Verformbarkeit gefördert, weil dem Material ein hohes Maß an "Reckbarkeit" vermittelt worden ist.

Vorzugsweise wird der Teil des Ausgangsmaterials für das Fahr­ zeugrad, der zur Bildung der Felgenbetten bestimmt ist, einem Dorn zugeordnet derart, daß die Umfangskante des Felgen­ materials höher als der höchste konvexe Teil der Arbeitsfläche des Dorns radial nach außen vorspringt. Dank dieser Ausbildung kommt das Felgenmaterial, wenn es entlang der Arbeitsfläche des Dorns verformt wird, in innigen Kontakt mit der Arbeits­ fläche. Als Folge hiervon kann das Felgenmaterial ohne Schwie­ rigkeiten dem Fließdrückverfahren unterzogen werden.

Falls der zur Bildung des Felgenbettes des Rades bestimmte Teil des Ausgangsmaterials bzw. Rohlings bereits eine Dicke im Bereich der Umfangskante hat, die größer ist als die Dicke im restlichen und Radscheibenbereich, so wird das Ausbreiten des Felgenbettmaterials über die konvexe Arbeitsfläche des Dornes erleichtert. Hierdurch kann in einfacher Weise eine vorbe­ stimmte Wanddicke im radial nach außen ansteigenden Bereich erreicht werden.

Eine etwas verdrehte Umfangswand wird vorzugsweise auf einer Außenwandfläche gebildet, die generell ein Verbindungsab­ schnitt zwischen einem Scheibenteil und dem zur Bildung des Felgenbettes bestimmten Materialteil des Radausgangsmaterials ist. Hierdurch kann der Verbindungsabschnitt zwischen Schei­ benteil und Felgenbett-Teil mit geringer Wandstärke ausgeführt werden und der Verbindungsabschnitt ist während des Verformens vor dem Verrotten geschützt. Es kann dadurch eine physikali­ sche Festigkeit eines auf diese Weise im Fließdrückverfahren hergestellten Fahrzeugrades auf hohem Niveau erreicht werden.

Das Material für die Bildung des Felgenbettes wird dem Dorn vorzugsweise derart zugeordnet, daß zwischen diesem Material und der Arbeitsfläche des Dorns zunächst ein Freiraum bleibt, der zum Umfangsende des Felgenbettmaterials hin schrittweise größer wird. Hierdurch kann, wenn das Felgenbettmaterial ent­ lang der Arbeitsfläche des Dornes ausgebreitet wird, dieses Felgenbettmaterial in enge Berührung mit der Arbeitsfläche ge­ bracht werden. Hierdurch wird es erleichtert, das Felgenbett­ material, d. h. das Material, das zur Bildung des Felgenbettes eingesetzt wird, in eine gewollte und vorbestimmte Endform zu bringen.

Der zwischen dem Felgenbettmaterial und der Arbeitsoberfläche des Dornes gebildete Winkel soll vorzugsweise im Bereich von 5° bis 30° liegen. Hierdurch kann das Fließdrückverformen des Felgenbettmaterials bis zur gewollten Endform des Felgenbettes in weniger zeitlich aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten durchgeführt werden.

Ferner erfolgt die Ausbreitung des Felgenbettmaterialanteiles des Radmaterials schrittweise zu seinem Umfangsende hin und der Ausbreitungswinkel wird zum Umfangsende hin schrittweise verändert. Hierdurch kann das Felgenbettmaterial, wenn es ent­ lang der Arbeitsfläche des Dorries vorgeschoben bzw. gezogen wird, in unmittelbaren Kontakt mit der Arbeitsfläche des Dor­ nes gebracht werden, die ihrerseits stufenweise ausgebildet wird. Hieraus ergibt sich eine Erleichterung bei der Umformung des Felgenbettmaterials in eine vorbestimmte Endform, wenn diese stufenweise ausgebildet ist, um eine stufenweise Aus­ breitung des Felgenbettmaterials zu bewirken.

Falls der Ausbreitungswinkel zum freien Umfangsende des Fel­ genbettmaterials hin stufenweise vergrößert wird, so begün­ stigt das die Arbeitseffizienz. Nochmals erhöht wird die Ar­ beitseffizienz, wenn der Ausbreitungswinkel des Felgenbettmate­ rials größer ist als der Ausbreitungswinkel der Arbeitsoberflä­ che des Dornes.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat seine Aufmerksam­ keit u. a. auch auf folgendes gerichtet. Es ist in den gelten­ den Richtlinien (E.T.R.T.O.) festgelegt, daß, wenn eine Kon­ turanschlußpunkte einschließende horizontale Linie in Richtung der Längung eines Materials als Bezugslinie für die Felgen­ bettretention auf Tiefziehfelgen dient, eine Sicherheitslinie H einen vorbestimmten Verlauf in einem vorgegebenen Abstand unterhalb der Referenz- bzw. Bezugslinie haben muß. Ist bei­ spielsweise, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, die Referenz­ linie durch L repräsentiert, so muß die Sicherheitslinie H ei­ nen Kurvenverlauf 8R in einem Bereich von 0,9 mm oberhalb der Referenzlinie L haben und zwar unabhängig von der Längenbemes­ sung der Form der Felgenbettretention bei Tiefbettfelgen. Von dieser Feststellung ausgehend hat der Erfinder ein Verfahren für die Festlegung des freien bzw. ziehenden Endes in eine Po­ sition entwickelt, in der es dem ziehenden Ende nicht gestat­ tet werden kann, den Dorn zu berühren, so daß die Felgenbett­ weite im Bedarfsfall geändert werden können, indem die Endpo­ sition für das ziehende Ende des Felgenmaterials exakt festge­ legt wird. Demzufolge genügt bei Anwendung dieses Fließdrück­ verfahrens ein Dorn für die Formung unterschiedlicher Radfel­ gen mit unterschiedlichen Felgenbettweiten. Es können so die Herstellungskosten bei Fahrzeugrädern reduziert werden.

Falls zur Materialaufnahme auf der Oberfläche des Dorns eine Umfangsnut vorgesehen ist und diese in der Weise ausgebildet ist, daß ihre Weite veränderbar ist, so sollte diese Verände­ rung der Weite in Abstimmung mit dem in ihr festzulegenden Ma­ terial erfolgen, so daß insbesondere Nutweite und Material­ breite zusammenpassen. Es ist deswegen nicht notwendig, für die Fertigung von Fahrzeugrädern mit unterschiedlichen breiten Felgenbetten verschiedene Vorrichtungen vorrätig zu halten, sondern eine Vorrichtung kann durch Verändern der Weite der Umfangsnut für Fahrzeugräder mit unterschiedlichen breiten Felgenbetten eingesetzt werden. Die Herstellung von Fahrzeug­ rädern im Fließdrückverfahren kann effizienter und kostengün­ stiger erfolgen.

Die Vorrichtung kann in der Weise weiter ausgestattet werden, daß der Spanndorn eines Tiefziehwerkzeuges in Durchmesserrich­ tung in einen äußeren und in einen inneren Teil geteilt wird und ein Hilfswerkzeug ausbaubar zwischen äußerem und innerem Teil eingespannt ist und daß dabei äußerer Teil, innerer Teil und Hilfswerkzeug durch stufenförmige Ausbildung der einander zugeordneten Berührungsflächen relativ zueinander auszurichten sind. Das Hilfswerkzeug weist eine Arbeitsfläche auf, die sich in der Arbeitsfläche des Spanndornes, d. h. in den Arbeitsflä­ chen von innerem und äußerem Dornteil fortsetzt. Es können Hilfswerkzeuge verschiedener Breiten vorrätig gehalten werden und zwischen den beiden Dornteilen einbaubar sein, so daß un­ ter Verwendung desselben inneren und äußeren Formteiles und verschieden breiter Hilfswerkzeuge Felgenbetten unterschied­ licher Weite gefertigt werden können, wodurch wiederum die Ar­ beitseffizienz erhöht und die Fertigungskosten verringert wer­ den können.

In weiterer Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugrädern im Fließdrückverfahren vorgeschlagen, bei dem das zu verformende Material zur Verarbeitung unter erhöh­ ter Temperatur erwärmt wird. Das zu verformende Material wird während der Durchführung des Fließdrückverfahrens auf erhöhter Temperatur gehalten. Es können aber auch Verfahrensschritte aufeinanderfolgen, gemäß denen das für die Formung des Rades vorgesehene Material zunächst erwärmt, dann bzw. dabei er­ weicht wird, anschließend im wieder erkalteten Zustand ver­ formt und schließlich einem Alterungsprozeß unterworfen wird.

Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Materialspannungen abgebaut, die sich während des Fließdrückens bei erhöhter Temperatur ausgebildet haben kön­ nen. Insbesondere können Verdrehspannungen durch das Fließ­ drücken im kalten Zustand abgebaut werden, die sich während des Fließdrückens bei erhöhter Arbeitstemperatur haben aufbau­ en können. Hierdurch wird nicht nur ein Produkt mit besseren Eigenschaften geschaffen, sondern das Herstellungsverfahren wird vereinfacht und effizienter gemacht.

Die geschilderten Eigenschaften und Wirkungen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, Möglichkeiten der Realisierung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und das Verfahren selbst werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Darstellung in der Zeichnung näher erläutert; die wesentlichen Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen An­ sprüchen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens für das Fließdrücken eines Materials im Bereich des Felgenhornes eines Fahrzeugrades gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 sind Graphiken, die die Verformbarkeit eines Rad­ materials erläutern;

Fig. 4 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines anderen Verfahrens zum Fließdrücken des Radmaterials im Bereich eines Felgenhornes eines Fahrzeugrades gemäß der Er­ findung;

Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines nochmals anderen Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 6 und 7 sind entsprechende Darstellungen zur Erläuterung weiterer Verfahren gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ist eine wiederum entsprechende Darstellung zur Er­ läuterung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung, mit der bzw. dem das Material im Bereich bis zu den Felgenhörnern eines Fahrzeugrades erfindungsgemäß verformt werden kann;

Fig. 9 ist eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Verformung des Randbereiches eines Fahrzeugrades und

Fig. 10 ist die Darstellung einer Ausbildung eines Teiles ei­ nes Fahrzeugrades.

Einzelbeschreibung von Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen S eine Fließdrückvorrich­ tung gekennzeichnet, deren Antriebswelle mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist. Die Antriebswelle 2 ist um ihre Längs­ achse drehbar. Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein Spanndorn ge­ kennzeichnet. Der Spanndorn 3 ist der Antriebswelle 2 lösbar zugeordnet. Die Ober- bzw. Umfangsfläche 31 des Spanndornes 3 wirkt beim Formen eines Fahrzeugsrades W als Arbeitsfläche auf das Radmaterial ein, um dieses im Fließdrückverfahren in das Fahrzeugrad umzuformen und ein Felgenhorn auszubilden. Mit dem Bezugszeichen 4 ist der gegossene Fahrzeugradrohling bzw. das Radmaterial gekennzeichnet. Zu den Materialbestandteilen des Radrohlings 4 gehören: Mg 0,15 bis 0,4 Gew.-%, Ti 0,2 Gew.-%, Fe 0,3 Gew.-% und Al als Rest oder Si 0,2 Gew.-%, Mg 2,5 bis 5,5 Gew.-%, Ti 0,2 Gew.-%, Mn 0,6 Gew.-% und Al als Rest. Der Radrohling kann jedoch auch aus einem AC4C-Mate­ rial gegossen worden sein. Der Radrohling 4 wird auf den Spanndorn 3 aufgeschoben und zwischen dem Spanndorn 3 und ei­ nem Reitstock 5 eingespannt. Demzufolge wird mit dem Spanndorn 3 auch der Radrohling 4 gedreht, wenn der Spanndorn 3 gedreht wird. Die Drehrichtung von Spanndorn 3 und Radrohling 4 ist da­ bei dieselbe. Der Radrohling 4 wurde im Gießverfahren herge­ stellt. Der Radrohling 4 weist einen Scheibenteil 41 auf, der zwischen dem Spanndorn 3 und dem Reitstock 5 eingespannt ist, sowie einen Randteil 42, der durch die unterbrochene Linie in Fig. 1 dargestellt ist. Während des erfindungsgemäßen Herstel­ lungsverfahrens wird der Randteil 42 zunächst auf dem Spann­ dorn 3 positioniert sein und mit diesem gedreht werden und dann mit einem Drückwerkzeug 6 in der durch einen Pfeil ge­ kennzeichneten Richtung auf der gesamten Länge des Spanndorns 3 an dessen Umfangsfläche 31 angelegt. Auf diese Weise wird das Felgenbett 421 mit dem Felgenhorn ausgebildet. Mit dem Be­ zugszeichen 7 ist ein Brenner gekennzeichnet. Mit diesem Bren­ ner 7 kann das Material 42 erwärmt werden, aus dem heraus das Felgenbett mit dem Felgenhorn gebildet wird. Der Brenner 7 ist dem Drückwerkzeug 6 zugeordnet und zusammen mit diesem gegen­ über dem Spanndorn 3 verstellbar. Auf diese Weise kann auch das Drückwerkzeug in seinem Arbeitsbereich erwärmt werden. Um das Material des Radrohlings zum Felgenbett 421 durch Fließ­ drücken verformen zu können, sollte eine Erwärmung im Bereich des Materials 42 auf eine Temperatur von etwa 230° bis 400°C erfolgen. Bleibt die Verarbeitungstemperatur unter 230°C, so wird die Verformbarkeit des Materials gering sein und es neigt zum Reißen. Überschreitung die Verarbeitungstemperatur 400°C, so wird das zu verformende Material zu weich und es wird mehr als gewollt und notwendig verformt. Liegt die Verarbeitungstem­ peratur dagegen im Bereich von 290° bis 360°C, so wird die Ver­ formbarkeit im wünschenswerten Maße begünstigt und ein Schad­ haftwerden ist wenig wahrscheinlich. Die Erwärmung des zu ver­ formenden Materials 42 kann über das erwärmte Drückwerkzeug 6 erfolgen, wobei es zweckmäßig ist, die Temperierung des Drück­ werkzeugs 6 zu messen. Hierzu kann ein Infrarotthermometer ver­ wendet werden und die von ihm gemessene Temperatur wird an den Regler des Brenners 7 zurückgemeldet. Die Zündung des Brenners 7 erfolgt bei Beginn der Drehung des Spanndorns 3 und die Brennerflamme wird bei Beendigung der Drehung des Spanndorns 3 gelöscht.

Wird zumindest entweder das Material des Radrohlings direkt oder der Spanndorn vorgewärmt, so wird die Effizienz beim Fließdrücken begünstigt. Im Fall, daß der Spanndorn 3 auf eine geringere Temperatur als das Material des Radrohlings beheizt wird, kann eine optimale Bearbeitung des Materials des Radroh­ lings erfolgen, ohne daß der Spanndorn zu sehr erwärmt wird. Um das zu erreichen, sollte der Spanndorn vorzugsweise auf ei­ ne Temperatur von 230°C bis 260°C gebracht werden.

Im Fall, daß das Rad W in der Fließdrückvorrichtung S ausge­ formt werden soll, so wird der gegossene Radrohling 4 dem Spanndorn 3 zugeordnet. Nachdem der Radrohling 4 zwischen Spanndorn 3 und Reitstock 5 eingespannt worden ist, wird der Spanndorn 3 mit etwa 300 min^-1 angetrieben bzw. in Umdrehung versetzt. Gleichzeitig wird der Brenner 7 gezündet, um den Felgenbereich 42 des Radrohlings 4 zu erwärmen. Ist der Fel­ genbereich 42 auf eine gewollte Temperatur gebracht (230° bis 400°C), so wird der Rohling 4 im Felgenbereich 42 mittels des Drückwerkzeugs 6 in Pfeilrichtung verformt. Am Ende dieses Fließdrückverfahrens liegt das Rad W vor. Nach Ausbildung des Rades W wird die Umdrehung des Spanndorns 3 beendet. Gleich­ zeitig wird der Gasbrenner 7 gelöscht. Die Erwärmung des Spanndorns 3 und/oder des Drückwerkzeugs kann gleichzeitig mit der Erwärmung des Radrohlings 4 erfolgen.

Das Material des Radrohlings 4 kann einschließen Si: 3 bis 6 Gew.-% und Mg: 0,2 bis 0,5 Gew.-%. Der Grund dafür, daß der Si-Gehalt auf 3 bis 6 Gew.-% beschränkt ist, besteht darin, daß bei einem Si-Gehalt von weniger als 3% die Fließfähigkeit der heißen Schmelze beim Gießen des Rohlings 4 zu sehr verrin­ gert ist und sich Lunker ausbilden können bzw. die Gießform unzureichend ausgefüllt wird, das Produkt schrumpft, während bei einem Si-Gehalt über 6 Gew. -% die "Dehnfähigkeit" des Ma­ terials trotz Festigkeitserhöhung des Rades W gemäß Fig. 2, 3 verringert wird. Entsprechend ist der Grund dafür, daß der Mg- Gehalt auf 0,2 bis 0,5 Gew.-% beschränkt ist, darin zu sehen, daß bei einem Mg-Gehalt unter 0,2 Gew.-% die Zug- bzw. Dehnfe­ stigkeit unzulässig herabgesetzt ist und bei einem Mg-Gehalt über 0,5 Gew.-% und die "Dehnfähigkeit" des Rades gemäß Fig. 3 herabgesetzt ist. Der Dehnfähigkeitstest (vgl. Fig. 2 und 3) wurde in der Weise durchgeführt, daß ein tassenförmiger Prüf­ körper (mit einer Wanddicke von 10 mm) aus dem Radmaterial im Gießverfahren hergestellt wurde und zum Fließdrücken auf einer Fließdrückmaschine ausersehen wurde.

Die Materialzusammensetzung des Prüfkörpers war im einzelnen bei einem relativ geringen Si-Gehalt: CU = 0,004 Gew.-%, Si = 4,6 Gew.-%, Mg = 0,36 Gew.-%, Fe = 0,12 Gew.-%, Mn = 0,004 Gew.-%, Ti = 0,10 Gew.-%, Sb = 0,078 Gew.-% und Al = der Rest. Zum Vergleich wurde ein Prüfkörper aus einem Material wie folgt gegossen, bei dem es sich um 4C-Material handelte: CU = 0,006 Gew.-%, Si = 6,9 Gew.-%, Mg = 0,33 Gew.-%, Fe = 0,12 Gew.-%, Mn = 0,006 Gew.-%, Ti = 0,115 Gew.-%, Sb = 0,112 Gew.-% und Al = der Rest.

Dabei ergab sich, daß das Radmaterial 4 mit folgenden Be­ standteilen gemäß Fig. 2 und 3 eine ausgezeichnete Dehnfähig­ keit ergab: Si = 3 bis 6 Gew.-% und Mg = 0,2 bis 0,5 Gew.-%. Für die Anwendung des Fließdrückens hatte das Radmaterial 4 eine gute Verformungsfähigkeit.

In Fig. 4 und 5 sind Vorrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des Radmaterials 4 gezeigt.

In Fig. 4 ist mit dem Bezugszeichen 422 die dem Spanndorn 3 abgekehrte Seite des Teiles des Radrohlings gekennzeichnet, aus dem Felge und Felgenhorn im Fließdrückverfahren herge­ stellt werden sollen. Auf diese Seite dieses Abschnitts wirkt ein Drückwerkzeug ein, wenn aus dem Radrohling im Fließdrück­ verfahren Felgenbett und Felgenhorn gebildet werden sollen. Der Materialteil 422 ist hülsenförmig ausgebildet und einstüc­ kig mit dem Radscheibenbereich 41 des Radrohlings. Die Wand­ dicke A des Bereichs nahe dem Umfangsrand ist größer als die Wanddicke B des Grundkörpers. Mit dem Bezugszeichen 426 ist ein Schulterbereich gekennzeichnet. Die Schulter 426 ist an der Außenseite der Wand im Verbindungsbereich zwischen dem Ma­ terialbereich 422 und dem Scheibenbereich 4 angeformt. Die Schulter 426 kann sich nach der Art einer Umfangsnut über dem gesamten Umfang der Außenseite des Materialteils 422 für die Bildung von Felgenbett und Felgenhorn erstrecken.

Der auf diese Weise vorbereitete Radrohling 4 wird dem Spann­ dorn 3 zugeordnet. Dabei bleibt ein Abstandsraum P zwischen dem Rohlingteil 422 zur Bildung von Felgenbett und -horn und der Arbeitsfläche 31 des Spanndorns 3. Der zwischen Rohling­ teil 422 und Arbeitsfläche 31 bestehende Abstand bildet einen Winkel Θ von vorzugsweise 8° (Fig. 5). Mit seinem vordersten Ende ist der Rohlingteil 422 vom Rohlingscheibenteil 41 aus radial nach außen gerichtet und steht damit über einen Ar­ beitsflächenabschnitt 311 des Spanndorns 3 hinaus (dieser Ar­ beitsflächenabschnitt 311 ist im Anspruch 2 als "der höchste Punkt eines konvexen Abschnittes" bezeichnet).

Wird der Spanndorn 3 um seine Längsachse gedreht und der Mate­ rialteil 422 zur Bildung des Felgenbettes und -hornes unter Verwendung des Drückwerkzeugs 6 in der durch einen Pfeil (Fig. 4, 5) gekennzeichneten Richtung verformt bzw. gedrückt bzw. gezogen, so durchläuft der Materialteil 422 mehrere Zwischen­ konturen, die von rechts nach links aufeinanderfolgen in Fig. 4, 5 durch unterbrochene Linien dargestellt sind. Auf diese Weise entsteht schließlich die Endkontur von Felgenbett mit dem einen Felgenhorn und letzlich das Rad W.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird der Radrohling 4 dem Spann­ dorn 3 derart zugeordnet, daß der Freiraum P verbleibt, der sich gegen das vorderste Ende des zur Bildung des Felgenbettes mit dem einen Felgenhorn bestimmten Radrohlingsteils 422 hin zwischen dem Radrohlingsteil 422 und der Arbeitsfläche 31 des Spanndorns 3 erstreckt. Der Winkel Θ zwischen Radrohlingsteil 422 und Arbeitsfläche 31 beträgt vorzugsweise etwa 5° bis 30°. Die Gründe hierfür sind die folgenden: ist der Winkel Θ klei­ ner als 5°, so kommt die Innenseite des zur Bildung von Fel­ genbett und einem Felgenhorn bestimmten Rohlingsteils 422 be­ reits vom Beginn der Einwirkung des Drückwerkzeugs 6 zur Auf­ lage auf der Arbeitsfläche 31 des Spanndorns 3. Der Zieh- Drückvorgang muß deshalb mehrfach wiederholt werden, bis schließlich die gewollte Endkontur erreicht ist, wobei das Rohlingsteil 422 stets ein Stück weiter an der Arbeitsfläche des Spanndornes zur Anlage kommt und der jeweilige kleine Be­ reich der Anlage Anfangspunkt für einen neuen Arbeitsschritt ist. Der Zieh-Drückvorgang setzt sich aus einer Vielzahl von Einzel- oder Teilschritten zusammen. Ist dagegen der Winkel Θ größer als 30°, so ist der Bereich des Kontaktes zwischen Roh­ lingteil 422 und Drückwerkzeug 6 zu groß, wenn das Drückwerk­ zeug 6 in Kontakt gekommen ist mit dem Rohlingteil 422. Hier­ aus entsteht die Gefahr, daß das Material des Rohlingteils bricht, wenn der Zieh-Drückvorgang durchgeführt wird.

Gemäß Fig. 5 ist der Rohlingteil, -abschnitt bzw. -bereich 422 zu seinen Umfangsende hin stufenförmig erweitert und die Er­ weiterungswinkel α1, α2 und α3 werden zum äußeren bzw. Um­ fangsende hin stufenförmig größer. Ist der Radrohling 4 mit dieser Ausgangskontur dem Spanndorn 3 zugeordnet, so sind die Erweiterungswinkel β1, β2, β3 der Arbeitsfläche 31 des Spann­ dorns 3 kleiner als die Erweiterungswinkel α1, α2 und α3 im Be­ reich des Rohlingteiles 422. Entsprechend verändert sich der Zwischenraum P zwischen der Arbeitsfläche des Spann- bzw. In­ nendorns 31 und dem Rohlingsabschnitt 422 stufenweise zum vor­ deren Umfangsende hin.

Fig. 6 und 7 zeigen Vorrichtungen für weitere Ausführungsfor­ men der Erfindung.

In Fig. 6 ist mit dem Bezugszeichen 81 ein erster Fließ-Drück­ vorgang gekennzeichnet, der nachfolgend der Einfachheit wegen als "erster Dorn" bezeichnet wird. Dieser erste Dorn 81 ist um seine Achse drehbar. Mit dem Bezugszeichen 812 ist ein Reit­ stock gekennzeichnet, der gleichachsig mit dem ersten Dorn 81 angeordnet ist. Sowohl der erste Dorn 81 als auch der Reit­ stock 812 haben eine rauhe Arbeitsfläche 811. Diese rauhe Ar­ beitsoberfläche 811 ist nützlich und wird vorgesehen, wenn ein nachfolgend noch näher zu erläuterndes Material 813 zur Her­ stellung eines Zwischenproduktes 814 verwendet wird, das der Gefahr ausgesetzt ist, zerstört zu werden, wenn es rauhen Be­ arbeitungsbedingungen ausgesetzt ist.

Ein Verfahren für die Herstellung eines Fahrzeugrades W unter Verwendung des vorgenannten ersten Dornes 81 und eines zweiten Dornes 82 mit rauher Arbeitsoberfläche wird nachfolgend be­ schrieben.

Es wird zunächst ein Radrohling 813 aus einer Al-Legierung im Gießverfahren oder durch Schmieden hergestellt und zwischen erstem Dorn 81 und Reitstock 812 eingespannt. Ist dies gesche­ hen, so werden erster Dorn 81 und Reitstock 812 um ihre ge­ meinsame Achse gedreht und ein flanschartiger Abschnitt 812R des Radrohlings 813 wird auf eine Temperatur von etwa 300°C erwärmt und mittels eines Trennwerkzeuges 817 in zwei gleiche Teile zerlegt, die in die Positionen gebracht werden, die in Fig. 6 durch die beiden unterbrochenen Linienzüge gekennzeich­ net sind und noch kurze Abschnitte sind. Danach wird das Mate­ rial des ursprünglichen flanschartigen Abschnittes im Zieh- Drückverfahren entlang den rauhen Arbeitsflächen 811 des er­ sten Dornes 81 und des Reitstockes 812 verformt, wozu ein Drückwerkzeug 818 zur Anwendung kommt, so daß das Zwischenpro­ dukt 814 entsteht. Zu diesem Zeitpunkt sind die einander abge­ kehrten Endabschnitte des Zwischenproduktes bereits in ihre endgültige Form gebracht.

Danach wird das Zwischenprodukt bei einer Temperatur im Be­ reich von 520° bis 540°C während einer Zeit von 30 bis 90 Mi­ nuten weich bzw. plastisch verformbar gemacht, um seine innere Spannung (Werkstoffeigenhärte) abzubauen. Danach wird das Zwi­ schenprodukt im Wasser bei einer Temperatur im Bereich von 45° bis 70°C abgekühlt.

Wie in Fig. 7 dargestellt, wird das so vorbehandelte Zwischen­ produkt 814 zwischen dem zweiten Spanndorn 82 und dem Reit­ stock 826 eingespannt, woraufhin der zweite Spanndorn 82 und der Reitstock 826 mit dem eingespannten Zwischenprodukt um die gemeinsame Längsachse bei normaler Umgebungstemperatur ge­ dreht, so daß das Zwischenprodukt 814 entlang einer Endbear­ beitungsfläche 822 des zweiten Spanndornes 82 und des Reit­ stockes 826 unter dem Einfluß einer Druckrolle 819 gezogen wird und das Rad W entsteht. Dieser Verfahrensschritt dient dazu, genaue Abmessungen des Rades W zu erhalten und im Rad Wärmespannungen abzubauen. Danach wird das Produkt bei einer Temperatur im Bereich von 170° bis 180°C während 5 bis 7 Stun­ den gealtert. Wird die Endverformung durch Ziehen über die Endbearbeitungsfläche bei der Temperatur durchgeführt, bei der das Altern bewirkt wird, kann die für das Altern benötigte Zeit verringert werden.

Anschließend an diesen Verfahrensabschnitt des abschließenden Ziehdrückens ist es möglich, die beiden Felgenhörner 824 durch Beschneiden in ihre endgültige Form zu bringen. Es liegt schließlich das gewünschte Fertigprodukt vor, wie es in Fig. 7 durch unterbrochene Linien gekennzeichnet ist.

Die vorliegende Erfindung ist auch bei einem Fließdrückverfah­ ren anwendbar, bei dem unter Verwendung eines Metallrohres ein Felgenhorn für ein aus zwei Teilen bestehendes Rad hergestellt werden soll.

Bei diesem Fließdrückverfahren wird das Radmaterial zum Erwei­ chen gebracht, nachdem es im warmen Zustand fließgedrückt wird und falls dabei innere Spannungen erzeugt werden, werden diese durch das Fließdrücken im warmen Zustand beseitigt, worauf das Material im kalten Zustand fließgedrückt wird. Der Erfolg hiervon ist, daß Verdrehspannungen, falls solche beim Fließ­ drücken im warmen Zustand sich eingestellt haben sollten, durch das Fließdrücken im kalten Zustand beseitigt werden.

Anhand von Fig. 8 soll eine weitere Ausführungsform der Erfin­ dung erläutert werden. In Fig. 8 kennzeichnet das Bezugszei­ chen 5 einen ersten Spanndorn. Dieser erste Spanndorn 5 weist als äußeren Randbereich eine Arbeitsfläche 51 auf. Mit 52 ist ein zylindrischer Zapfen bezeichnet, in dem sich der erste Spanndorn 5 auf seiner einen Seite fortsetzt und dessen Funk­ tion noch zu erläutern sein wird.

Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein zweiter Spanndorn bezeichnet. Dieser zweite Spanndorn 3 weist als inneren Randbereich eine Arbeitsfläche 31 auf. Mit dem Bezugszeichen 32 ist eine zylin­ drische Aufnahmeöffnung des zweiten Spanndorns gekennzeichnet. Der zweite Spanndorn 3 ist rotationssymmetrisch zur Längsachse der Aufnahmeöffnung 32 ausgebildet. Der erste Spanndorn 5 ist mit seinem Zapfen 52 in die Aufnahmeöffnung 32 des zweiten Spanndornes 3 einzuführen, so daß erster Spanndorn 5 und zwei­ ter Spanndorn 3 relativ zueinander festgelegt, aber in Achs­ längsrichtung relativ zueinander verschiebbar sind, wenn der Zapfen 52 im Schiebesitz sich in der Aufnahmeöffnung 32 befin­ det.

Mit dem Bezugszeichen 91 ist eine ringumlaufende Aufnahmenut bezeichnet, die sich zum einen Teil im ersten Spanndorn 5 und zum anderen Teil im zweiten Spanndorn 3 befindet. In die Auf­ nahmenut 91 ist ein zu bearbeitendes Material 9 so einzufüh­ ren, daß es in der Nut 91 gehalten ist. Durch entsprechendes Spalten kann das Material 9 zu einem etwas hülsenförmigen Roh­ ling geformt werden. Die Weite der Aufnahmenut 91 kann durch axiales Verschieben von erstem und zweitem Spanndorn relativ zueinander in bzw. entgegen der Richtung des Pfeiles A einge­ stellt werden, um entsprechend unterschiedliches Rohmaterial 9 aufnehmen zu können.

Ist das Rohmaterial 9 in die umlaufende Aufnahmenut 91 einge­ setzt und in dieser gehalten - ersteres ehe die beiden Dorne zusammengefügt sind, letzteres nachdem beide Dorne zueinander zugeordnet sind - so werden erster und zweiter Spanndorn 5 bzw. 3 mit dem ihnen zugeordneten Rad- bzw. Rohmaterial 9 um die gemeinsame Längsachse gedreht, wobei das Rohmaterial 9 in eine Y-Form gespalten wird, wie es in Fig. 8 durch einen un­ terbrochenen Linienzug dargestellt ist. Als Spaltwerkzeug dient eine entsprechend ausgebildete Rolle 61. Anschließend wird das so vorbereitete Material 9 unter Verwendung eines Drückwerkzeuges 6 entlang den Arbeitsflächen 51 und 31 von er­ stem und zweiten Spanndorn 5 bzw. 3 ausgebreitet, bis das Ma­ terial 9 bis zu den sich dabei ausbildenden Randbereichen ver­ formt ist. Am Ende dieses Fließdrückens des Materials 9 bis zur Ausbildung der Randbereiche ist der Randbereich 91′ ausge­ bildet, ohne auf der Arbeitsfläche 3 des zweiten Spanndornes 3 aufzuliegen. Danach wird das so entstandene Werkstück weiter bearbeitet, zumindest teilweise spanabhebend, bis es die durch einen unterbrochenen Linienzug R gekennzeichnete Form erhalten hat. Durch exaktes Bestimmen des Endes des Ausbreitens des Endteiles 91 durch einander überlagerndes Ziehen und Drücken über die Arbeitsfläche 31 des zweiten Spanndornes 3 kann ein im wesentliches zylindrisches Bauteil einer gewünschten Breite bzw. Länge erhalten werden. Bei dieser Lösung wird das Ende 91′ des im wesentlichen zylindrischen bzw. hülsenförmigen Bau­ teiles frei ausgeformt und es besteht nicht die Notwendigkeit, ein entsprechend zwangsweise formgebendes Endteil am Spanndorn 3 anzubringen bzw. vorzusehen, wie es bei früheren Lösungen der Fall ist.

Anhand von Fig. 9 soll eine nochmals weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Dabei ist mit dem Bezugszei­ chen 311 ein Tiefziehteil des bereits erwähnten zweiten Spann­ dornes 3 gekennzeichnet. Insgesamt ist der Spanndorn 3 dreige­ teilt und er weist außer dem Tiefziehteil 311 ein Außenteil 321 und ein Innenteil 322 auf. Die Teilungsebenen zwischen den drei Teilen sind Durchmesserebenen. Das Bezugszeichen 323 kennzeichnet ein Hilfswerkzeug. Das Hilfswerkzeug 323 ist aus­ baubar zwischen Außenteil 321 und Innenteil 322 angeordnet. Die Außen- bzw. Umfangsfläche des Hilfswerkzeuges 323 setzt sich einerseits in der Außen- bzw. Umfangsfläche des Tiefzieh­ punktes 311, andererseits in der Außen- bzw. Umfangsfläche des zweiten Spanndornes 3 fort. Die Außen- bzw. Umfangsfläche des Hilfswerkzeuges 323 wirkt als Tiefziehzentrum, wenn das zu verformende Material 9 dem Fließdrückverfahren unterworfen wird. Mit dem Bezugszeichen 324 ist eine Stufe gekennzeichnet, die an den einander zugekehrten Flächen von Innenteil 322 und Außenteil 321 ausgebildet ist. Die Stufe 324 dient dem Posi­ tionieren des Hilfswerkzeuges 323 gegenüber Außenteil 321 und Innenteil 322. Außenteil 321, Innenteil 322 und Hilfswerkzeug 323 werden durch einen Haltebolzen 325 zusammengehalten. Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, ein Fahrzeugrad W im Fließdrückverfahren herzustellen. Die Weite des Felgenbettes kann dadurch eingestellt werden, daß ein Hilfswerkzeug 323 entsprechender Breite ausgewählt und zwischen Außenteil 321 und Innenteil 322 eingefügt ist. Die Vorrichtung gemäß Fig. 8 kann gegebenenfalls gemäß Fig. 9 ergänzt werden.

Trotz der Beschreibung der Erfindung in Einzelheiten von vor­ zugsweisen Ausführungsformen soll die Erfindung nicht auf die­ se Ausführungsformen und ihre Beschreibung eingeschränkt sein. Für den Fachmann sind ohne weiteres Abwandlungen möglich, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Fließdrücken eines Fahrzeugrades, bei dem ein vorzugsweise gegossenes Radmaterial bei erhöhter Temperatur im Fließdrückverfahren in die gewollte Form eines Rades verformt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• 1.1 Verwendung eines Radmaterials das als wesentlichen Be­ standteil Aluminium enthält und das als weitere Bestand­ teile 3 bis 6 Gew.-% Si und 0,2 bis 0,5 Gew.-% Mg enthält und
• 1.2 Erwärmen des vorzugsweisen gegossenen Radmaterials auf eine Temperatur im Bereich von 230° bis 400°C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Bildung des Felgenbettes bestimmter Anteil des Radmaterials einem Spanndorn (3) zugeordnet wird, wobei es dem Materialan­ teil zur Bildung des Felgenbettes im Bereich der Umfangskante ermöglicht wird, über den höchsten konvexen Abschnitt einer Arbeitsfläche des Spanndornes in radialer Richtung vorzuste­ hen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist, in dem der Felgenbettmaterialanteil im Bereich der freien Um­ fangswand dicker ist als in dem Bereich, der zur Radscheibe führt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Verfahrensschritt, in dem die Außenseite des Ver­ bindungsteiles des Felgenbettes zwischen freiem Rad und Rad­ scheibe verdreht ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Felgenbettmaterialanteil des Radmaterials auf dem Spanndorn (3) unter Einhaltung eines Abstandes zuge­ ordnet ist, wobei sich dieser Abstand zum freien Umfangsende des Felgenbettmaterials hin schrittweise oder stetig erwei­ tert.

6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Felgen­ bettmaterial und Arbeitsfläche des Dornes einen Winkel (α) im Bereich von 5° und 30° einschließen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Abstand zwischen Felgenbettmaterial und Arbeitsfläche des Dornes (3) zum freien Umfangsende des Fel­ genbettes hin stufenförmig verändert und sich der Neigungs­ winkel (α) zwischen Felgenbettmaterial und Dornarbeitsfläche entsprechend stufenförmig verändert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) zwischen Felgenbettmaterial und Dornar­ beitsfläche zum freien Rand des Felgenbettes hin stufenförmig größer wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) zwischen Felgenbettmaterial und Arbeitsflä­ che des Dornes größer ist als der Neigungswinkel (β) der Ar­ beitsfläche des Dornes zu dessen Längsachse.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) zwischen Felgenbettmaterial und Arbeitsflä­ che des Dornes größer ist als der Neigungswinkel (β) der Ar­ beitsfläche des Dornes zu dessen Längsachse.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der freie Rand des Felgenbettmaterials zunehmend vom Radscheibenmaterial entfernt wird, ohne Berührung mit der Arbeitsfläche des Dornes zu haben.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Dornes, der eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut zur Aufnahme von zu verformendem Radmaterial aufweist, wobei die Weite dieser Umfangsnut veränderbar ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung eines geteilten Dornes (3, 5) zur Herstel­ lung einer Tiefbettfelge im Tiefziehverfahren, wobei die Tei­ lungsebene eine Durchmesserebene ist, so daß ein inneres und ein äußeres Dornteil entstehen und zwischen diesen beiden Dornteilen ein Hilfswerkzeug (323) einzufügen ist, wobei jedes von mehreren wechselweise zu verwendenden Hilfswerkzeugen eine andere Breite hat und Dornteile und Hilfswerkzeuge durch stu­ fenförmige Ausbildung (324) zueinandergehörender Flächen rela­ tiv zueinander festlegbar sind.

14. Verfahren vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ge­ kennzeichnet durch das Fließdrücken bei Wärmezufuhr zum zu verformenden Material und die aufeinanderfolgenden Verfah­ rensschritte: Bilden eines Radmaterials in der Form eines Rad­ rohlings; dessen Erweichen durch Aufbringen einer erhöhten Temperatur; Anwenden des Fließdrückverfahrens nach Abkühlen des Radmaterials; abschließendes Altern des im Fließdrückver­ fahren gebildeten Rades.