EP3083099A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung warmumgeformter radschüsseln - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung warmumgeformter radschüsseln

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EP3083099A1
EP3083099A1 EP14821064.4A EP14821064A EP3083099A1 EP 3083099 A1 EP3083099 A1 EP 3083099A1 EP 14821064 A EP14821064 A EP 14821064A EP 3083099 A1 EP3083099 A1 EP 3083099A1
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EP
European Patent Office
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hot
trimming
pin
wheel
abstellbolzens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14821064.4A
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English (en)
French (fr)
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Arndt MARX
Christian Müller
David Pieronek
Axel GRÜNEKLEE
Markus ZÖRNACK
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp System Engineering GmbH, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21D53/00—Making other particular articles
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    • B60B2900/331—Safety or security
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a wheel disc of a
  • Vehicle wheel in which the wheel disc is made from a steel sheet by hot forming, the board during or after
  • Hot working is at least partially cured, preferably press-hardened, wherein the board using at least one stamp and
  • At least one die is hot worked and using
  • Hot cutting agents at least one opening is introduced into the board.
  • the invention relates to an apparatus for producing a wheel disc from a steel board, wherein the device for carrying out a
  • Hot stamping of the board is suitable for wheel disc, at least one stamp and at least one die for the hot forming and means are provided for performing a hot cut for introducing at least one opening in the board.
  • the wheels of a motor vehicle are safety components and therefore must be able to withstand the high mechanical cyclical stresses during operation.
  • Conventional steel wheels consist of a wheel disc, which ensures the connection to the wheel hub and a rim tape, which receives the tire.
  • Wheeled dishes are nowadays manufactured on cold presses with up to eleven stages on cold presses.
  • Almost exclusively cold-formable microalloyed dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa are used.
  • the weight plays an essential role, which in particular on the material costs, the unsprung masses, rotational inertia and thus affect the fuel consumption.
  • materials with higher strength for example higher vibration resistance, can be used.
  • the formability of the material generally decreases, so that at
  • CONFIRMATION COPY cold-forming materials the lightweight potential is considered exhausted.
  • hot forming it is possible to meet the requirements for a high formability at the same time very high strength and dimensional stability of the resulting components.
  • blanks are preferably heated to a temperature at which the forming behavior improves significantly.
  • the boards must be heated to a temperature above the Aa temperature point, which depends on steel composition. Due to the greater formability of the material during hot forming, especially when the steel material has austenitic structure, a significant
  • Hot forming is associated with considerable effort. This applies, for example, to a subsequent laser cutting of the holes or because of the enormous
  • the present invention has the object to provide a method for producing a wheel disc of a vehicle wheel, with which on the one hand a wheel well in a simple manner, can be made high precision, so that the wheel disc meets a further weight reduction and the required geometries and safety requirements. Moreover, it is an object of the present invention to propose an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • the stated object is achieved in a method for producing a wheel disc of a vehicle wheel, characterized in that at least one opening using at least one
  • the Absetzbolzen at least one region having a variable in the longitudinal direction of the Abstellbolzen cross-sectional shape and is calibrated using the Abstellbolzens the at least one opening on the variable cross-sectional shape.
  • the sheet thicknesses of the output boards are for example in the range of 1 mm to 7 mm, preferably in the range of 2 mm to 5 mm, further weight savings can be achieved.
  • Lower sheet thicknesses can be achieved by choosing a material with higher strength.
  • manganese-boron steels so-called tempered steels
  • the hot trimming and the hot forming is completed before the actual press hardening.
  • wheel stud holes, ventilation holes of the wheel and / or the wheel hub opening are introduced in the hot cut using at least one trimming pin and at least one Abstellbolzens. All three openings must be highest
  • Solid forming particularly smooth opening edges can be achieved without rework.
  • the expense of producing a wheel disc is further reduced by the fact that the hot forming and hot trimming of the board to the wheel disc takes place in one working stroke.
  • Blade pin and Abstellbolzen allows the implementation of the method in a single step or stroke.
  • at least one hollow Abstellbolzen is used, in which an associated
  • the cut edges of the openings are at least partially reshaped by massive forming.
  • massive forming By an at least partial massive deformation, for example, the required geometries of the wheel bolt holes, which are countersunk cone or spherical, are produced in a simple manner.
  • Corresponding opening edges also reduce the risk of cracking in the opening areas and provide the necessary rigidity in the opening.
  • the gravitational force can be utilized for easy removal of the trimming.
  • the travel paths of the at least one trimming pin and the at least one Abstellbolzens coupled to the travel of the punch and / or the die, so that simple positive guides in the apparatus for hot forming the board can be used to the travel paths of the trimming pin and the to ensure at least one Abstellbolzens in a simple manner.
  • the travel paths of the at least one trimming pin and the at least one Abstellbolzens be controlled separately from the travel paths of the punch and / or the die.
  • the Control can be done for example hydraulically, pneumatically or servo-electric and thus allows greater flexibility with respect to the timing and the tool position for performing the hot-cutting.
  • the method is particularly preferred according to a further embodiment of the method.
  • a circuit board consisting of a manganese-boron steel, a multi-phase steel or a
  • Multi-layer steel composite material to the wheel bowl hot-formed.
  • Manganese boron steels, as well as other tempering steels, can be press hardened after hot forming so that particularly high strengths are achieved. This also applies to multiphase steels and correspondingly curable or press-hardenable
  • the object indicated by a device for producing a wheel disc is achieved in that at least one trimming pin and at least one associated Abstellbolzen are provided, wherein the Abstellbolzen at least one region having a variable in the longitudinal direction of the Abstellbolzens cross-sectional shape and means are provided for calibrating the openings using the area of variable cross-sectional shape of the Abstellbolzens.
  • the device provided for the hot forming with the integrated trimming and setting bolt simultaneously performs a hot forming and a trimming of the board or the hot-formed
  • Cross-sectional shape of the Abstellbolzens can be provided, for example, forced guidance, during the closing of the device and the
  • At least one parking bolt is hollow, so that the associated trim pin can dip into the parking bolt.
  • immersing the trimming pin in the Abstellbolzen the movement of the trimming pin and the Abstellbolzens in the tool can be realized in a simple manner by simple positive guides.
  • this configuration also provides advantages in terms of performing the hot forming of the board for
  • the parking bolt provide a high-strength cut edge, since the hollow running Abstellbolzen has, for example, a particularly high rigidity
  • At least one trimming pin is arranged in such a way that it dips from above into an assigned setting bolt, the trimming pin generated by the trimming bolt can
  • Trim pin and Absetzbolzen be provided with the travel of the punch and / or the die or means for separate movement control of
  • Motion control for example via positive guides, improves the
  • trimming bolts can be inserted into the parking bolt or the trimming by the punch can also be controlled separately.
  • Fig. 1 is a perspective view of a vehicle wheel of a
  • FIG. 3 to Fig. 5 in a schematic sectional view of an embodiment of an apparatus for producing a wheel disc from a
  • a typical vehicle wheel is first shown in a schematic view, which is composed of a wheel disc 1 and a rim tape 2.
  • the wheel disc 1 is firmly bonded to the rim tape 2 and transmits the forces of the wheel hub to the rim tape 2.
  • Fig. 2 shows the wheel disc 1 in a front view.
  • the wheel hub opening 3 is centrally provided, which is surrounded by a total of 5 wheel bolt openings 4, which are arranged concentrically.
  • ventilation holes 5 are then additionally provided, which for ventilation of the brakes necessary.
  • Ventilation holes 5 must be extremely precisely introduced into the wheel, since the wheel dish 1 otherwise causes problems with tolerances exceeded during use in the vehicle such as imbalances.
  • the device comprises a punch 7 and a die 8, with which the circuit board 6 is hot-formed. Hot working is usually done at high temperatures, i. For example, if the board has austenitic structure that ensures the preferred forming conditions.
  • a trim pin 9 and a Abstellbolzen 10 is also shown, the Abstellbolzen 10 is hollow and has a portion 10a, in which the cross-sectional shape of the Abstellbolzens 10 changes.
  • the plunger 7 dips into the openings provided by the die 8, so that, for example, the axle receiving opening 3 of the wheel disc is punched out.
  • the trim pin 9 is in Fig. 4, for example, on the board, does not cut them yet. However, in principle, this time of the cut can be chosen more or less freely.
  • the trimming pin 9 is then inserted into the Abstellbolzen 10 and the board 6, which is not shown in Fig. 4 and Fig.
  • FIGS. 6 to 8 show the trimming area 11 from that shown in FIGS. 3 to 5 of the device shown in FIG.
  • Fig. 6 shows the trim pin 9, the hot-formed board 6 and the
  • the trimming pin is arranged on the board 6 and is moved further in the direction of the Abstellbolzens.
  • the trimming pin dips, for example, in the Abstellbolzen 10 and transports the trimming by the Abstellbolzen from the transformation area.
  • the trim pin conveys the trimming of the board 6 preferably in the direction of the gravitational force down from the forming area.
  • the parking bolt 10 is moved vertically upward, so that the area of variable cross-sectional shape 10a calibrates the opening of the board 6.
  • a thickening of the opening region or the formation of a conical or spherical countersinking can take place during the calibration.
  • the edge 6a of the opening area of the board 6 can be thickened. Due to the thickening or smoothing of the surface of the cut edge, the opening experiences a higher strength and resistance to cracking.
  • other requirements for the rigidity of the wheel by a massive forming for example, a forging or a stowage over the variable cross-sectional shape of the Abstellbolzens be effected.
  • the usual areas of the die 8 and the punch 7, respectively may contribute to massive forming during the calibration of the openings.
  • the board 6 has a thickness of 2 mm to 7 mm, more preferably from 3 mm to 5 mm.
  • larger wall thicknesses may be required.
  • Hub opening and the ventilation holes of the wheel dish are introduced.
  • hot working and hot trimming of the blank 6 are preferably carried out in one work step.
  • the means for controlling the travel paths of the trimming pin, the Abstellbolzens or the punch and the die can be chosen very flexible.
  • the timing of the cutting or the calibration of the individual opening with a separate control of the travel paths of the trimming pin, the Abstellbolzens or the punch and the die can be chosen very flexible.
  • the Abstellbolzens and the punch and the die and simple coupled drive means, such as forced guides are provided. These are extremely robust and yet can provide very precise travel paths.
  • the forming forces during hot forming and hot trimming are relatively low in relation to the subsequent strength of the wheel, for example, in the case of partial press hardening.
  • further weight-saving potentials can be realized by the wheel dish produced by the method according to the invention, without sacrificing a relatively simple and cost-effective method of production.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Radschüssel (1) eines Fahrzeugrads, bei welchem die Radschüssel (1) aus einer Platine (6) aus einem Stahl durch Warmumformen hergestellt wird, die Platine (6) während oder nach der Warmumformung zumindest teilweise gehärtet wird, vorzugsweise pressgehärtet wird, wobei die Platine (6) unter Verwendung mindestens eines Stempels (7) und mindestens einer Matrize (8) warmumgeformt wird und unter Verwendung von Warmbeschnittmitteln (9,10) mindestens eine Öffnung (3, 4, 5) in die Platine (6) eingebracht wird. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (1) eines Fahrzeugrads anzugeben, mit welchem einerseits eine Radschüssel (1) auf einfache Weise, hoch präzise hergestellt werden kann, so dass die Radschüssel (1) eine weitere Gewichtsreduktion und die geforderten Geometrien und Sicherheitsanforderungen erfüllt, wird in einem Verfahren bzw. in einer Vorrichtung zur Herstellung einer Radschüssel (1) eines Fahrzeugrads dadurch gelöst, dass mindestens eine Öffnung (3,4,5) unter Verwendung mindestens eines Beschnittbolzens (9) und eines Abstellbolzens (10) im Warmbeschnitt eingebracht wird, wobei der Abstellbolzen (10) mindestens einen Bereich (10a) mit einer in Längsrichtung des Abstellbolzen (10) variablen Querschnittsform aufweist und unter Verwendung des Abstellbolzens (10) die mindestens eine Öffnung (3, 4, 5) über die variable Querschnittsform kalibriert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung warmumgeformter Radschüsseln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel eines
Fahrzeugrads, bei welchem die Radschüssel aus einer Platine aus einem Stahl durch Warmumformen hergestellt wird, die Platine während oder nach der
Warmumformung zumindest teilweise gehärtet wird, vorzugsweise pressgehärtet wird, wobei die Platine unter Verwendung mindestens eines Stempels und
mindestens einer Matrize warmumgeformt wird und unter Verwendung von
Warmbeschnittmitteln mindestens eine Öffnung in die Platine eingebracht wird.
Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Radschüssel aus einer Platine aus Stahl, wobei die Vorrichtung zur Durchführung einer
Warmumformung der Platine zur Radschüssel geeignet ist, mindestens einen Stempel und mindestens eine Matrize für die Warmumformung aufweist und Mittel zur Durchführung eines Warmbeschnitts zum Einbringen mindestens einer Öffnung in die Platine vorgesehen sind.
Die Räder eines Kraftfahrzeugs sind Sicherheitsbauteile und müssen daher die hohen mechanischen Wechselbeanspruchungen im Betrieb dauerfest aufnehmen können. Konventionelle Stahlräder bestehen aus einer Radschüssel, welche die Verbindung zur Radnabe sicherstellt und einem Felgenband, welches den Reifen aufnimmt.
Radschüsseln werden heutzutage auf Stufenpressen mit bis zu elf Stufen durch eine Kaltumformung gefertigt. Dabei kommen fast ausschließlich kaltumformbare mikrolegierte Dualphasen-Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa zum Einsatz. Neben der Lebensdauer der Stahlräder spielt das Gewicht eine wesentliche Rolle, welches sich insbesondere auf die Materialkosten, die ungefederten Massen, rotatorische Massenträgheiten und damit auch auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Grundsätzlich können Materialien mit höherer Festigkeit, beispielsweise höherer Schwingfestigkeit, eingesetzt werden. Allerdings sinkt mit ansteigender Festigkeit der Stahlwerkstoffe in der Regel die Umformbarkeit des Werkstoffes ab, so dass bei
BESTÄTIGUNGSKOPIE kaltumformbaren Werkstoffen das Leichtbaupotential als ausgeschöpft gilt. Durch den Einsatz der Warmumformung besteht die Möglichkeit, den Anforderungen nach einer hohen Umformbarkeit bei gleichzeitig sehr hoher Festigkeit und Maßhaltigkeit der resultierenden Bauteile nachzukommen. Bei der Warmumformung werden Platinen bevorzugt auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher sich das Umformverhalten signifikant verbessert. Beispielsweise wird bei der Gefügeumwandlung in ein austenitisches Gefüge eine deutliche Verbesserung der Umformung erreicht. Hierzu müssen die Platinen auf eine Temperatur oberhalb des Aa-Temperaturpunktes erwärmt werden, der von Stahlzusammensetzung abhängt. Aufgrund des größeren Umformvermögens des Werkstoffs während der Warmumformung, insbesondere wenn der Stahlwerkstoff austenitisches Gefüge aufweist, kann eine deutliche
Reduzierung der in der Kaltumformung notwendigen Anzahl der Umformschritte erreicht werden. Hierbei werden möglichst viele Umform- bzw. Prozessschritte in das Werkzeug verlagert, so dass Folgeoperationen entfallen können. Problematisch ist jedoch, dass bei der Herstellung von Radschüsseln diverse Lochungen vorgesehen werden müssen, welche nicht vor der Warmumformung in die Platine eingebracht werden können. Bisher müssen diese nach dem Vergüten der Bauteile eingebracht werden, das jedoch bei Materialstärken von beispielsweise mehr als 3 mm lediglich mittels Laserschneiden erfolgen kann. In der Regel müssen die Öffnungen in der Radschüssel, beispielsweise bei Radbolzenlöchern, eine hohe Maßhaltigkeit aufweisen, so dass diese Löcher nicht vor der Warmumformung eingebracht werden können. Darüber hinaus wird auch eine genormte Geometrie zur Aufnahme der Radbolzen gefordert. Das Einbringen der Löcher in die Radschüssel nach dem
Warmumformen ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Dies gilt beispielsweise für ein nachträgliches Laserschneiden der Löcher oder aufgrund des enormen
Verschleißes für einen nachträglichen, mechanischen Beschnitt.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden Offenlegungsschrift DE 103 23 833 AI ist die Herstellung einer Radschüssel aus einem Vergütungsstahl, beispielsweise einem Mangan-Bor- Stahl der Güte 22MnB5 durch Warmumformen bekannt. Die Herstellung eines wenigstens bereichsweise gehärteten Blechbauteils aus einer Blechplatine mit mindestens einer Öffnung mit abstehendem Kragen ist darüber hinaus aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 117 066 AI bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel eines Fahrzeugrads anzugeben, mit welchem einerseits eine Radschüssel auf einfache Weise, hoch präzise hergestellt werden kann, so dass die Radschüssel eine weitere Gewichtsreduktion und die geforderten Geometrien und Sicherheitsanforderungen erfüllt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzuschlagen.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe in einem Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel eines Fahrzeugrads dadurch gelöst, dass mindestens eine Öffnung unter Verwendung mindestens eines
Beschnittbolzens und eines Abstellbolzens im Warmbeschnitt eingebracht wird, wobei der Abstellbolzen mindestens einen Bereich mit einer in Längsrichtung des Abstellbolzen variablen Querschnittsform aufweist und unter Verwendung des Abstellbolzens die mindestens eine Öffnung über die variable Querschnittsform kalibriert wird.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der Warmumformung auch der Beschnitt der Platine zum Einbringen von Öffnungen in die warmumgeformte Radschüssel eine deutliche Verringerung des Werkzeugverschleißes beim Warmbeschnitt mit sich bringt, so dass ein mechanischer Beschnitt der Radschüssel unter geringen Kosten und Aufwand möglich ist. Darüber hinaus kann durch einen Abstellbolzen mit einer zumindest bereichsweisen variablen Querschnittsform eine Kalibrierung der eingebrachten Öffnungen unmittelbar nach dem Beschnitt erfolgen. Auch hier kann ausgenutzt werden, dass die Kalibrierung noch in warmem Zustand, d.h. bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen oberhalb von Ms-Startpunktes, der abhängig von der Stahlzusammensetzung ist, erfolgt und geringere Kräfte erfordert. Unter Verwendung des Abstellbolzens können in den Öffnungsbereichen Massivumformungen und Kalibrierung gleichzeitig erfolgen. Unter einer Massivumformung werden beispielsweise eine Stauchung oder eine Schmiedung verstanden. Dadurch dass die Blechdicken der Ausgangsplatinen beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 7 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 5 mm liegen, können weitere Gewichtseinsparungen erreicht werden. Geringere Blechdicken können durch Wahl eines Werkstoffes mit höherer Festigkeit erzielt werden. Insbesondere bei der Verwendung von Mangan-Bor-Stählen, sogenannten Vergütungsstählen, besteht die Möglichkeit durch die Warmumformung gleichzeitig zumindest eine bereichsweise Härtung bzw. Presshärtung zu erzielen, so dass die fertige Radschüssel höchste Festigkeiten bei niedrigem Gewicht aufweist. Bevorzugt wird hier der Warmbeschnitt und die Warmumformung vor dem eigentlichen Presshärten abgeschlossen. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden unter Verwendung mindestens eines Beschnittbolzens und mindestens eines Abstellbolzens Radbolzenlöcher, Belüftungslöcher der Radschüssel und/oder die Radnabenöffnung im Warmbeschnitt eingebracht. Alle drei Öffnungen müssen höchste
Genauigkeitsanforderungen erfüllen und dürfen nicht rissanfällig sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht die Möglichkeit insbesondere die
Schnittkantenbereiche der Öffnungen einer Massivumformung zu unterziehen, so dass die Rissgefahr im Öffnungsbereich reduziert wird. Zudem können durch die
Massivumformung besonders glatte Öffnungskanten ohne Nacharbeit erzielt werden. Der Aufwand zur Herstellung einer Radschüssel wird dadurch weiterverringert, dass die Warmumformung und der Warmbeschnitt der Platine zur Radschüssel in einem Arbeitshub erfolgt. Insbesondere die erfindungsgemäße Verwendung von
Beschnittbolzen und Abstellbolzen ermöglicht die Durchführung des Verfahrens in einem Arbeitsschritt bzw. Arbeitshub. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein hohler Abstellbolzen verwendet, in welchen ein zugeordneter
Beschnittbolzen während des Warmbeschnitts eintaucht. Einerseits kann durch den Abstellbolzen hierdurch eine besonders verschleißfeste Schnittkante bereitgestellt werden. Andererseits wird eine Möglichkeit zum Abtransport des Beschnitts gegeben. Zudem ermöglicht ein hohler Abstellbolzen und ein entsprechend zugeordneter Beschnittbolzen die Kopplung des Beschnitts beispielsweise mit der Bewegung des Stempels bzw. der Matrize. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Schnittkanten der Öffnungen durch eine Massivumformung zumindest teilweise umgeformt. Durch eine zumindest teilweise Massivumformung können beispielsweise auf einfache Weise die geforderten Geometrien der Radbolzenlöcher, welche kegel- oder kugelförmig angesenkt sind, hergestellt werden. Entsprechende Öffnungskanten verringern zudem die Gefahr einer Rissbildung in den Öffnungsbereichen und sorgen für die notwendige Steifigkeit in der Öffnung.
Erfolgt der Warmbeschnitt gemäß einer nächsten Variante durch Ausschneiden des Beschnitts nach unten, kann die Gravitationskraft zum leichten Abtransport des Beschnitts ausgenutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Verfahrwege des mindestens einen Beschnittbolzens und des mindestens einen Abstellbolzens mit dem Verfahrweg des Stempels und/oder der Matrize gekoppelt, so dass einfache Zwangsführungen in der Vorrichtung zum Warmumformen der Platine ausgenutzt werden können, um die Verfahrwege des Beschnittbolzens und des mindestens einen Abstellbolzens auf einfache Weise zu gewährleisten.
Alternativ hierzu können beispielsweise zumindest teilweise die Verfahrwege des mindestens einen Beschnittbolzens und des mindestens einen Abstellbolzens separat von den Verfahrwegen des Stempels und/oder der Matrize angesteuert werden. Die Ansteuerung kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder servoelektrisch erfolgen und ermöglicht insofern eine größere Flexibilität in Bezug auf den Zeitpunkt und die Werkzeugposition zur Durchführung des Warmbeschnitts. Besonders bevorzugt wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die
umzuformende Platine derart zugeschnitten, dass die Warmumformung mit integriertem Warmbeschnitt zur Radschüssel ohne Verwendung von Niederhaltern durchgeführt werden kann. Hierdurch werden die Umformkräfte während der Warmumformung weiter reduziert, da der Materialeinzug während des Umformens minimiert ist.
Schließlich wird gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens eine Platine bestehend aus einem Mangan-Borstahl, einem Mehrphasenstahl oder einem
mehrschichtigen Stahlverbundwerkstoff zur Radschüssel warmumgeformt. Mangan- Borstähle, wie auch andere Vergütungsstähle, können nach der Warmumformung pressgehärtet werden, so dass besonders hohe Festigkeiten erreicht werden. Dies gilt auch für Mehrphasenstähle und entsprechend härtbare bzw. presshärtbare
Stahlverbundwerkstoffe.
Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Radschüssel dadurch gelöst, dass mindestens ein Beschnittbolzen und mindestens ein zugeordneter Abstellbolzen vorgesehen sind, wobei der Abstellbolzen mindestens einen Bereich mit einer in Längsrichtung des Abstellbolzens variablen Querschnittsform aufweist und Mittel zum Kalibrieren der Öffnungen unter Verwendung des Bereiches mit variabler Querschnittsform des Abstellbolzens vorgesehen sind.
Wie bereits zuvor ausgeführt, wird durch die für die Warmumformung vorgesehene Vorrichtung mit den integrierten Beschnitt- und Abstellbolzen eine gleichzeitige Warmumformung und ein Beschnitt der Platine bzw. der warmumgeformten
Radschüssel erreicht, so dass neben verringerten Umformkräften gleichzeitig auch hoch präzise Öffnungen der Radschüssel hergestellt werden können. Als Mittel zum Kalibrieren der Öffnungen unter Verwendung des Bereiches mit variabler
Querschnittsform des Abstellbolzens können beispielsweise Zwangsführungen vorgesehen sein, die während des Schließvorgangs der Vorrichtung und des
Einfahrens des Stempels in die Matrize eine entsprechende Bewegung des
Abstellbolzens ermöglichen.
Bevorzugt ist mindestens ein Abstellbolzen hohl ausgebildet, so dass der zugeordnete Beschnittbolzen in den Abstellbolzen eintauchen kann. Durch das Eintauchen des Beschnittbolzens in den Abstellbolzen kann über einfache Zwangsführungen die Bewegung des Beschnittbolzens und des Abstellbolzens im Werkzeug auf einfache Weise realisiert werden. Insbesondere ergeben sich bei dieser Konfiguration auch Vorteile in Bezug auf die Durchführung der Warmumformung der Platine zur
Radschüssel und des Warmbeschnitts in einem einzigen Arbeitsgang. So kann beispielsweise der Abstellbolzen eine hochfeste Schnittkante bereitstellen, da der hohl ausgeführte Abstellbolzen beispielsweise eine besonders hohe Steifigkeit besitzt
Ist mindestens ein Beschnittbolzen so angeordnet, dass dieser von oben in einen zugeordneten Abstellbolzen eintaucht, kann der vom Beschnittbolzen erzeugte
Beschnitt der Platine über den zugeordneten Abstellbolzen aus dem
Vorrichtungsbereich entfernt werden. Insbesondere die Gravitation kann hier den Beschnitt automatisch aus dem Vorrichtungsbereich transportieren.
Schließlich können einerseits Mittel zur gekoppelten Bewegungssteuerung von
Beschnittbolzen und Abstellbolzen mit dem Verfahrweg des Stempels und/oder der Matrize vorgesehen sein oder Mittel zur separaten Bewegungssteuerung von
Beschnittbolzen, Abstellbolzen, Stempel und/oder Matrize. Die gekoppelte
Bewegungssteuerung, beispielsweise über Zwangsführungen, verbessert die
Prozesssicherheit durch die besonders einfache Ausgestaltung der
Bewegungssteuerung von Beschnittbolzen, Abstellbolzen sowie Stempel und/oder Matrize. Andererseits ergibt die Alternative, eine separate Bewegungssteuerung von Beschnittbolzen, Abstellbolzen, Stempel und/oder Matrize vorzusehen, eine größere Flexibilität in Bezug auf die Einstellung spezifischer Arbeitsschritte während der Herstellung der Radschüssel. So können die Zeitpunkte, bei welchem der
Beschnittbolzen beispielsweise in den Abstellbolzen eintaucht oder aber auch der Beschnitt durch den Stempel erfolgt separat gesteuert werden.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugrads eines
Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 eine Radschüssel eines Fahrzeugrads in Vorderansicht,
Fig. 3 bis Fig. 5 in einer schematischen Schnittansicht ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer Radschüssel aus einer
Platine zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Verfahrens und
Fig. 6 bis Fig. 8 in einer schematischen Schnittansicht das Zusammenwirken von
Beschnittbolzen und Abstellbolzen während der Durchführung des Verfahrens.
In Fig. 1 ist zunächst in einer schematischen Ansicht ein typisches Fahrzeugrad dargestellt, welches aus einer Radschüssel 1 und einem Felgenband 2 aufgebaut ist. Die Radschüssel 1 ist mit dem Felgenband 2 stoffschlüssig verbunden und überträgt die Kräfte der Radnabe auf das Felgenband 2.
Die Fig. 2 zeigt die Radschüssel 1 in einer Vorderansicht. Zu erkennen sind drei verschiedene Öffnungen, welche die Radschüssel 1 aufweist. Zunächst ist zentral die Radnabenöffnung 3 vorgesehen, welche von insgesamt 5 Radbolzenöffnungen 4, die konzentrisch angeordnet sind, umgeben ist. Im äußeren Bereich der Radschüssel sind dann zusätzlich Belüftungslöcher 5 vorgesehen, welche zur Belüftung der Bremsen notwendig sind. Die Radnabenöffnung 3, die Radbolzenöffnungen 4 und die
Belüftungsöffnungen 5 müssen äußerst präzise in die Radschüssel eingebracht werden, da die Radschüssel 1 ansonsten bei Maßtoleranzüberschreitungen Probleme während des Einsatzes im Fahrzeugrad wie beispielsweise Unwuchten verursacht.
Fig. 3, 4 und 5 zeigen nun das Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel eines Fahrzeugrads zu drei verschiedenen Zeitpunkten, wobei der Einfachheit halber die Platine 6 lediglich in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Platine 6 wird beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb des Aci-Temperaturpunktes des Werkstoffes erwärmt und in die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung eingelegt. In diesem Zustand liegt
überwiegend austenitisches Gefüge vor, welches die Umformbarkeit positiv beeinflusst. Die Vorrichtung umfasst einen Stempel 7 sowie eine Matrize 8, mit welchen die Platine 6 warmumgeformt wird. Die Warmumformung erfolgt in der Regel bei hohen Temperaturen, d.h. wenn die Platine beispielsweise austenitisches Gefüge aufweist, das die bevorzugten Umformbedingungen gewährleistet.
In Fig. 3 ist ferner ein Beschnittbolzen 9 sowie ein Abstellbolzen 10 gezeigt, der Abstellbolzen 10 ist hohl ausgebildet und weist einen Bereich 10a auf, in welchem sich die Querschnittsform des Abstellbolzens 10 ändert. Im Verlauf des Verfahrens, wie in Fig. 4 dargestellt, taucht der Stempel 7 in die durch die Matrize 8 bereitgestellten Öffnungen ein, so dass beispielsweise die Achsaufnahmeöffnung 3 der Radschüssel ausgestanzt wird. Der Beschnittbolzen 9 liegt in Fig. 4 beispielsweise auf der Platine auf, schneidet diese noch nicht. Dieser Zeitpunkt des Beschnitts kann jedoch im Prinzip mehr oder weniger frei gewählt werden. Der Beschnittbolzen 9 wird dann in den Abstellbolzen 10 eingeführt und die Platine 6, welche in Fig. 4 und Fig. 5 nicht dargestellt ist, in dem Bereich beschnitten, so dass eine Radbolzenöffnung entsteht. In Fig. 5 ist beispielsweise der Beschnittbolzen in den Abstellbolzen eingetaucht. Der Abstellbolzen 10 weist darüber hinaus einen Bereich 10a auf, welcher eine variable Querschnittsform besitzt. So nimmt der Querschnitt des Abstellbolzens vertikal nach unten in diesem Bereich zu. Der eigentliche Warmbeschnitt während der Warmumformung der umgeformten Platine 6 soll in den Fig. 6 bis 8 näher erläutert werden. Die Fig. 6 bis 8 zeigen den Beschnittbereich 11 aus der in Fig. 3 bis 5 der dargestellten Vorrichtung in
vergrößerter Ausführung.
Fig. 6 zeigt den Beschnittbolzen 9, die warmumgeformte Platine 6 sowie den
Abstellbolzen 10 aus dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 bis Fig. 5. Zum Zeitpunkt des Verfahrens, welcher in Fig. 6 dargestellt ist, ist der Beschnittbolzen auf der Platine 6 angeordnet und wird weiter in Richtung des Abstellbolzens verfahren. Wie in Fig. 7 dargestellt, taucht der Beschnittbolzen beispielsweise in den Abstellbolzen 10 ein und transportiert den Beschnitt durch den Abstellbolzen aus dem Umformungsbereich. Dabei befördert der Beschnittbolzen den Beschnitt der Platine 6 vorzugsweise in Richtung der Gravitationskraft nach unten aus dem Umformbereich. Nach dem
Beschnitt der Öffnung wird der Abstellbolzen 10 vertikal nach oben bewegt, so dass der Bereich mit variabler Querschnittsform 10a die Öffnung der Platine 6 kalibriert. Beispielsweise, wie in Fig. 8 dargestellt, kann bei der Kalibrierung eine Aufdickung des Öffnungsbereichs bzw. die Einformung einer kegel- oder kugelförmigen Ansenkungen erfolgen. Beispielsweise kann die Kante 6a des Öffnungsbereichs der Platine 6 aufgedickt werden. Durch die Aufdickung bzw. die Glättung der Oberfläche der Schnittkante erfährt die Öffnung eine höhere Festigkeit und Beständigkeit gegen Rissbildung. Darüber hinaus können auch weitere Anforderungen an die Steifigkeit der Radschüssel durch eine Massivumformung, beispielsweise ein Schmieden oder eine Stauung über die veränderliche Querschnittsform des Abstellbolzens bewirkt werden. Zusätzlich können die üblichen Bereiche der Matrize 8 bzw. des Stempels 7 während des Kalibrierens der Öffnungen zu einer Massivumformung beitragen.
Bevorzugt hat die Platine 6 eine Dicke von 2 mm bis 7 mm, besonders bevorzugt von 3 mm bis 5 mm. Für Radschüsseln, welche für LKW-Räder vorgesehen sind, können auch größere Wanddicken erforderlich werden. Mit dem in Fig. 6 bis 8 dargestellten Verfahrensprinzip können nicht nur die
Radbolzenöffnungen 4 der Radschüssel 1, sondern auch die zentrale
Radnabenöffnung sowie die Belüftungslöcher der Radschüssel eingebracht werden. Wie an den Fig. 6 bis 8 ebenfalls zu erkennen ist, erfolgt die Warmumformung und der Warmbeschnitt der Platine 6 bevorzugt in einem Arbeitsschritt.
Nicht dargestellt sind in den Figuren 3 bis 5 sowie 6 bis 8 die Mittel zur Steuerung der Verfahrwege des Beschnittbolzens, des Abstellbolzens bzw. des Stempels und der Matrize. Es ist jedoch leicht vorstellbar, dass der Zeitpunkt des Beschnitts bzw. der Kalibrierung der einzelnen Öffnung bei separater Ansteuerung der Verfahrwege des Beschnittbolzens, des Abstellbolzens bzw. des Stempels und der Matrize sehr flexibel gewählt werden kann. Zur besonders einfachen Steuerung der Verfahrwege des Beschnittbolzens, des Abstellbolzens sowie des Stempels und der Matrize können auch einfache gekoppelte Ansteuerungsmittel, beispielsweise Zwangsführungen vorgesehen seien. Diese sind äußerst robust und können dennoch sehr präzise Verfahrwege bereitstellen.
Aufgrund der hohen Temperatur der umzuformenden Platine sind die Umformkräfte bei der Warmumformung sowie beim Warmbeschnitt relativ gering im Verhältnis zu der nachträglichen Festigkeit der Radschüssel beispielsweise bei bereichsweiser Presshärtung. Insofern können durch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Radschüssel weitere Gewichtseinsparungspotentiale realisiert werden, ohne auf eine relativ einfache und kostengünstige Herstellungsweise zu verzichten.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel eines Fahrzeugrads, bei welchem die Radschüssel aus einer Platine aus Stahl durch Warmumformen hergestellt wird, die Platine während oder nach der Warmumformung zumindest teilweise gehärtet wird, wobei die Platine unter Verwendung mindestens eines Stempels und mindestens einer Matrize warmumgeformt wird und unter Verwendung von Warmbeschnittmitteln mindestens eine Öffnung in die Platine eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Öffnung unter Verwendung mindestens eines Beschnittbolzens und eines Abstellbolzens im Warmbeschnitt eingebracht wird, wobei der
Abstellbolzen mindestens einen Bereich mit einer in Längsrichtung des
Abstellbolzen variablen Querschnittsform aufweist und unter Verwendung des Abstellbolzens die mindestens eine Öffnung über die variable Querschnittsform kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
unter Verwendung mindestens eines Beschnittbolzens und mindestens eines Abstellbolzens Radbolzenlöcher, Belüftungslöcher der Radschüssel und/oder die Radnabenöffnung im Warmbeschnitt eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Warmumformung und der Warmbeschnitt der Platine in einem Arbeitshub erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein hohler Abstellbolzen verwendet wird, in welchen ein
zugeordneter Beschnittbolzen während des Warmbeschnitts eintaucht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnittkanten der Öffnungen durch eine Massivumfomung zumindest teilweise umgeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Warmbeschnitt durch Ausschneiden des Beschnitts nach unten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verfahrwege des mindestens einen Beschnittbolzens und des mindestens einen Abstellbolzens mit dem Verfahrweg des Stempels und/oder der Matrize gekoppelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verfahrwege des mindestens einen Beschnittbolzens und des mindestens einen Abstellbolzens separat von den Verfahrwegen des Stempels und/oder der Matrize angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die umzuformende Platine derart zugeschnitten ist, dass die Warmumformung mit integriertem Warmbeschnitt zur Radschüssel ohne Verwendung von Niederhaltern durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Platine bestehend aus einem Mangan-Borstahl, einem Mehrphasenstahl oder einem mehrschichtigen Stahlverbundwerkstoff zur Radschüssel warmumgeformt wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Radschüssel (1) aus einer Platine (6), wobei die Vorrichtung zur Durchführung einer Warmumformung der Platine (6) zur Radschüssel (1) geeignet ist, mindestens einen Stempel (7) und mindestens eine Matrize (8) für die Warmumformung aufweist und Mittel (9,10) zur
Durchführung eines Warmbeschnitts zum Einbringen mindestens einer Öffnung (3,4,5) in die Platine (6) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Beschnittbolzen (9) und mindestens ein zugeordneter
Abstellbolzen (10) vorgesehen sind, wobei der Abstellbolzen mindestens einen Bereich (10a) mit einer in Längsrichtung des Abstellbolzens (10) variablen Querschnittsform aufweist und Mittel zum Kalibrieren der Öffnungen unter Verwendung des Bereiches (10a) mit variabler Querschnittsform des
Abstellbolzens (10) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Abstellbolzen (10) hohl ausgebildet ist, so dass der zugeordnete Beschnittbolzen (9) in den Abstellbolzen eintauchen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
Beschnittbolzen (9) und Abstellbolzen (10) zur Erzeugung der Radbolzenlöcher (4), der Belüftungslöcher (5) und/oder des Radnabenöffnung (3) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Beschnittbolzen (9) so angeordnet ist, dass dieser von oben in einen zugeordneten Abstellbolzen (10) eintaucht.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zur gekoppelten Bewegungssteuerung von Beschnittbolzen (9) und Abstellbolzen (10) mit dem Verfahrweg des Stempels (7) und/oder der Matrize (8) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mittel zur separaten Bewegungssteuerung von Beschnittbolzen (9), Abstellbolzen (10), Stempel (7) und/oder Matrize (8) vorgesehen sind.
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