EP3189909B1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines leicht-metallrades - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines leicht-metallrades Download PDF

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EP3189909B1
EP3189909B1 EP16002381.8A EP16002381A EP3189909B1 EP 3189909 B1 EP3189909 B1 EP 3189909B1 EP 16002381 A EP16002381 A EP 16002381A EP 3189909 B1 EP3189909 B1 EP 3189909B1
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EP
European Patent Office
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wheel
freely rotating
stretching
rolls
rotating rolls
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Giorgio MUFFATTO
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RONAL AG
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RONAL AG
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Publication date
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    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
    • B21D53/30—Making other particular articles wheels or the like wheel rims

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing a light metal wheel from a preform.
  • the invention relates to the production of light alloy wheels, in particular from aluminum or aluminum alloy, by means of flowforming.
  • This is a sub-form of shear forming, while in German different terms such as flow (pressure) rollers, rotary rollers or stretch rollers are used and the latter term should be used here.
  • Stretch rolling is a non-cutting forming process for the final forming of rotating bodies made of light metal, such as aluminum or aluminum alloys, in particular metal wheels.
  • the preform of a wheel with a rotationally symmetrical jacket formation is placed on a simple, rotating tool, a mandrel, which is set in rotation with the preform.
  • several differently shaped stretching rollers engage with radial pressure on the rotationally symmetrical peripheral wall of the Preform and are moved along it, i.e. in an axial component during the rotation of the preform, whereby on the one hand the material is compacted and on the other hand it is stretched and thus deformed by the stretching rollers moving essentially in the axial direction and precisely when a metal wheel is produced Rim of the same.
  • the usually inner rim flange of the wheel to be formed is formed on a shoulder of the rotating mandrel.
  • This machining process in itself a cold forming process, can be carried out at an elevated temperature of up to 350 ° C., whereby it should be noted that the forming process by means of the stretching rollers alone results in heating.
  • Such procedures are basically from the US 2003/0145466 A1 or the ITVI20040061 A known.
  • the disadvantage is that the inner or underside of the wheel to be manufactured is predetermined by the shape of the mandrel and the peripheral edge of the rim flange can possibly only be finished in a complex manner by moving it down with the stretching rollers, which on the one hand requires complicated movement control processes and on the other hand the mandrel can disturb.
  • the EP 1 712 310 and the EP 1 714 714 A1 concern the forming of a snap ring groove in the manufacture of tapered shoulder rims for trucks.
  • Such rims are usually machined in a flow-forming process.
  • a rim blank which as a rule consists of a sheet metal strip rounded to form a hollow cylinder and butt-welded, thus made of steel, is deformed by pressing on pressure rollers.
  • the workpiece is set in rotation about its longitudinal axis.
  • the molding takes place by deforming a groove and then by means of a - acting from the inside - forming element substantially away from the longitudinal axis of the end region of the workpiece around a - provided on the outside of the workpiece wall - a counter-element having a predetermined groove profile. So there is only a reshaping of the sheet metal strip in the area of the snap ring groove to be formed into this.
  • the DE 2 053 005 and the DE 2 231 842 relate to the method and device for the production of tapered shoulder rims per se (as they are then provided with a groove according to the aforementioned publications).
  • axially fixed tools act on the casing wall of the wheel to be produced during operation and in particular - as in the aforementioned publications - profile rollers 14, 15 from the inside on the lower area of the casing wall for producing the rim flange.
  • the flowforming process did not yet exist.
  • the DE 103 22 752 A1 relates to a method for producing workpieces from sheet metal with at least one branch by means of a forming process, whereby, inter alia, rims for motor vehicles are also addressed. But here, too, it is only a question of pure forming in that in the area of a previously introduced bending point, at least one flange pointing away from the plane of the sheet is formed from the sheet metal by means of an attacking forming roller (2-2c), with areas of this flange being fastened differently, i.e. compressed should be and thus have different strengths in the end product. There is also no axial stretching along the wall of the sheet metal jacket here.
  • the WO 2005/065049 A2 refers to the manufacture of a one-piece steel wheel.
  • the process is multi-stage and the individual stages are carried out in various shape-changing processing stages.
  • a short cylinder jacket wall is vertically applied over a cylindrical mandrel by means of rollers that exert radial pressure and move axially.
  • the shape of the rim and its individual sections are made on this by means of other rollers over a contoured mandrel that has been retracted into the interior of the cylinder jacket, which are also located in their working section (rim well 3, tire seat 2 and 4) have to move axially to a limited extent.
  • the inner and outer rim flanges continue to be formed by other roles (these two stages are preceded by further work steps in again other tools). It is essential that the rim flange is not formed by a roller acting in the first-mentioned stage of the stretching, but is formed between rollers / rollers that only act radially against one another, although a non-working feed movement and the two rollers only work radially pressing against one another.
  • the DE 1 452 610 relates to a method of forming an outwardly opening flute on a cylindrical tube.
  • a first step the tube is stretched by means of a first roller along the cylindrical area of a mandrel which has a taper at one end.
  • stretching and shaping processes are separated and are carried out by different tools.
  • the invention is based on the object of creating a method and a device for producing light metal wheels which, while optimizing production, form the inner rim flange in particular better, faster and less expensively.
  • the invention provides a device according to the invention with the features of claim 1 and a method according to the invention with the features of claim 8.
  • the device according to the invention has a mandrel receiving the preform of the wheel and stretching rollers which initially engage in the outer area (which is placed at the top for machining) of a rotationally symmetrical jacket of the preform.
  • radial pressure is exerted with - radial - compression and - axial - stretching - the stretching rollers can be moved along the shell wall.
  • the rim of the wheel is then finally shaped along the mandrel by means of the stretching rollers.
  • the mandrel in the interior of the preform of the wheel or in the interior of the wheel to be produced is a rotationally symmetrical body and has no undercuts in the jacket area; the mandrel preferably widens slightly conically from the outside of the wheel to the inside.
  • the mandrel therefore does not have to be a multi-part body, as would be the case with undercuts, the individual parts of which would then have to be withdrawn by additional hydraulic fasteners to remove the wheel, which makes such a tool construction vulnerable and also the precision of the wheel with regard to the important roundness and can cause imbalances.
  • the mandrel protrudes inside the wheel to be produced to the level of the inner rim flange, but does not reach under it.
  • the device according to the invention is designed so that at least one of the stretching rollers engaging the side of the wheel undertake the (flow) shaping of the wheel jacket over its entire height, including the shaping of the outside of the inner rim flange.
  • the forming can take place as hot or cold forming, the former working with a hot preform and hot tool, the latter using a cold preform and cold tool, which heat up to a certain extent due to the machining process.
  • the former is used in particular for cast preforms, the latter for forged preforms.
  • a device according to the invention can also be designed in that the freely rotating rollers have an axis of rotation inclined at an angle of inclination of 50 ° to 70 ° to an axis of rotation of the preform, in particular the angle of inclination of the axes of rotation of the freely rotating rollers to the axis of rotation of the preform is adjustable. Further developments of the device according to the invention provide that the freely rotating rollers form the rim flange with its jacket wall reach under, in particular the freely rotating rollers are frustoconical and / or the jacket wall of the freely rotating rollers encloses an angle between 20 ° and 40 ° to the axis of rotation of the freely rotating rollers.
  • a profile stretching roller that finally forms a rim flange can also be provided.
  • the method according to the invention provides that the freely rotating rollers rotate about axes that include angles of inclination of 50 ° to 70 ° to the axis of rotation of the preform, with the freely rotating rollers in particular engaging under the lower edge of the preform with its shell, the one Angle of 20 ° to 40 ° to the axis of rotation of the freely rotating rollers includes.
  • the invention in particular creates the possibility of a rapid, precise and optimal design of the inner rim flange of a light metal wheel.
  • the Fig. 1 and 4th show a motor vehicle metal wheel 1 dashed as a preform and drawn with its final contour in a sectional view ( Fig. 4 only in partial representation).
  • the wheel 1 has a rim 1.1 and, on its outside 1a, a wheel disc or a spoke area 1.3 with a hub 1.4. In the inner area of the wheel disc 1.3 outside the hub 1.4, openings 1.5 are provided for fastening the wheel to the vehicle by means of screws.
  • the rim 1.1 has an outer rim flange 1.6 near the wheel disc 1.3 and an inner rim flange 1.7 facing away from the wheel disc 1.3 - on the inside 1b.
  • the jacket of the preform 1.8 extends, in particular in its inner area, radially well beyond the end contour of the wheel.
  • the jacket in the preform 1.8 extends in the axial direction over only part of the height of the finished wheel, preferably over 50% to 75%.
  • the essential tool elements of the device according to the invention for producing such a metal wheel are shown from the preform, namely a simple tool 2 in the form of a mandrel that engages the preform or the wheel, several differently engaging the circumferential wall of the preform or the wheel formed stretching rollers 3, the lower edge of the inner or lower rim edge 1.5 of the almost finished wheel 1 freely rotating rollers 4 reaching under and at least one profile stretching roller 5 ( Fig. 3 , 4th ).
  • the stretching rollers 3 are each rotatable about a substantially vertically extending axis of rotation.
  • the preform of the wheel 1 rests on a simple tool in the form of a mandrel 2 designed as a rotational body, which determines the inner shape of the wheel 1.
  • the mandrel 2 is in one piece. It has no undercuts in the circumferential area and widens slightly conically from the outside 1a of the wheel 1 to its inside 1b, so that the completely formed wheel can be easily removed from the mandrel 2.
  • stretching rollers 3 engage, in particular evenly distributed over the circumference, which, as in the left-hand overlay illustration of the Fig. 1 shown, can be designed differently. They first attack the upper area of the preform of the wheel 1, thereby exerting radial pressure and at the same time driving downwards along the preform of the wheel, whereby the pressure exerted on the later wheel casing or the actual Rim 1.1 of the wheel 1 forming part 1.8 stretch the preform of the wheel downwards and compress it at the same time.
  • the preform of the wheel 1 or the wheel 1 is carried on the one hand by the mandrel 2. This extends over the entire height of the wheel to be produced up to the axial height of the inner rim flange 1.7, but does not reach under the edge, the later inner rim flange 1.7 of the wheel. Rather, this is undercut by additional free-running rollers 4. Preferably, three rollers are arranged, which are provided distributed evenly over the circumference, namely each under a stretching roller 3.
  • FIG. 1 It can be seen, with its axis of rotation 4.1 aligned with the axis of rotation 2.1 of the mandrel 2 and thus of the wheel 1 non-rotatably seated thereon at an angle ⁇ of approximately 60 °.
  • the freely rotating rollers 4 are designed in the shape of a truncated cone and taper from their underside to the upper side, the jacket wall 4.2 enclosing an angle of 20 ° to 30 ° with the axis of rotation 4.1.
  • the freely rotating rollers 4 engage with their jacket wall on the inner underside of the wheel 1 to form the inner rim flange 1.7.
  • the axis of rotation of the freely rotating rollers 4.1 is freely adjustable to a certain extent, for example between 50 ° and 70 ° relative to the axis of rotation 2.1 of the Mandrel 2, so that in this way the inner face of the inner rim flange 1.7 can be adjusted by the angle of incidence of the axis of rotation 4.1.
  • the manufacturing process is essentially the following: First, the preform of the wheel 1 is cast and the connecting pins are removed. The preform is then clamped onto the mandrel 2 and can be heated, ideally not to over 350 °. The stretching rollers 3 then move against the same in the upper region of the preform and, with the exertion of radial pressure, move from the outer rim flange 1.6 down to the inner rim flange 1.7, thereby forming the rim 1.1 and essentially the rim horns 1.6, 1.7. The material of the shell of the wheel is drawn down into the area of the inner rim flange 1.7 on the one hand to form the rim, that is to say stretched, and on the other hand the material of the wheel is compressed.
  • the freely rotating rollers 4 engage there with their shell wall 4.2, while the profile stretching roller 4.5 engages in the space between two freely rotating rollers 4 and exerts radial pressure and in its profile groove 5.1 the inner rim flange 1.7 is shaped and finished.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetallrades aus einer Vorform.
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Herstellen von Leichtmetallrädern insbesondere aus Aluminium oder Aluminium-Legierung mittels Flowforming. Hierbei handelt es sich um eine Unterform des Shear Forming, während im Deutschen unterschiedliche Begriffe, wie Fließ(druck)walzen, Rotationswalzen oder Streckwalzen verwendet werden und hier letzterer Begriff benutzt werden soll. Beim Streckwalzen handelt es sich um ein nicht spanabhebendes Formverfahren zum Endformen von Rotationskörpern aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Aluminiumelegierungen, insbesondere Metallrädern.
  • Hierbei wird die Vorform eines Rades mit einer rotationssymmetrischen Mantelausbildung auf einem einfachen, sich drehenden Werkzeug, einem Spanndorn aufgesetzt, der mit der Vorform in Drehung versetzt wird. Am Umfangsrand greifen mehrere unterschiedlich ausgeformte Streckwalzen mit radialem Druck an der rotationssymmetrischen Umfangswand der Vorform an und werden entlang dieser, also in einer axialen Komponente während der Drehung der Vorform bewegt, wodurch einerseits eine Verdichtung des Materials erfolgt, andererseits dieses durch die sich im Wesentlichen in Achsrichtung bewegenden Streckwalzen gestreckt und damit verformt wird und eben bei Herstellung eines Metallrades zur Felge desselben. Am unteren Umfangsrand wird auf einem Absatz des Drehdorns das in der Regel innere Felgenhorn des zu bildenden Rades ausgebildet. Dieser Bearbeitungsvorgang, an sich ein Kaltverformungsvorgang, kann bei einer erhöhten Temperatur bis zu 350°C vorgenommen werden, wobei zu beachten ist, dass alleine durch den Verformungsvorgang mittels der Streckwalzen eine Erwärmung ohnehin erfolgt. Derartige Verfahren sind grundsätzlich aus der US 2003/0145466 A1 oder der ITVI20040061 A bekannt.
  • Nachteilig ist, dass die innere oder Unterseite des herzustellenden Rades durch die Form des Spanndorns vorgegeben ist und der Umfangsrand des Felgenhorns gegebenenfalls nur in aufwändiger Weise durch Abfahren desselben mit den Streckwalzen endgeformt werden kann, wozu einerseits komplizierte Steuerungsvorgänge der Bewegung erforderlich sind, andererseits das Spanndorn stören kann.
  • Die EP 1 712 310 und die EP 1 714 714 A1 betreffen das Anformen einer Sprengringnut bei der Fertigung von Schrägschulterfelgen für Lastkraftwagen. Derartige Felgen werden üblicherweise in einem Drückwalzprozess bearbeitet. Hierzu wird ein Felgenrohling, der in Regel aus einem zu einem Hohlzylinder gerundeten und stumpf geschweißten Blechstreifen, damit aus Stahl, besteht, durch Andrücken von Drückwalzen verformt. Zum Anformen der Sprengringnut wird das Werkstück in Drehung um seine Längsachse versetzt. Das Anformen erfolgt durch Verformen einer Nut und anschließendes mittels eines - von der Innenseite her angreifenden - Formelements im Wesentlichen von der Längsachse weg erfolgendes Umformen des Endbereichs des Werkstücks um ein - außen an der Werkstückwand vorgesehenes - ein vorgegebenes Nutprofil aufweisendes Gegenelement. Es erfolgt hier also lediglich ein Umformen des Blechstreifens im Bereich der zu formenden Sprengringnut zu dieser.
  • Die DE 2 053 005 und die DE 2 231 842 betreffen Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schrägschulterfelgen an sich (wie sie dann nach den vorgenannten Druckschriften mit einer Nut versehen werden). Hier greifen ebenfalls im Betrieb axial feste Werkzeuge an der Mantelwand des herzustellenden Rads an und insbesondere - ebenso wie bei den vorgenannten Druckschriften - Profilrollen 14, 15 von innen am unteren Bereich der Mantelwandung zur Herstellung des Felgenhorns. Zum Zeitpunkt der beiden vorstehend genannten Druckschriften gab es das Flowforming-Verfahren noch nicht.
  • Die DE 103 22 752 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus Blech mit mindestens einer Verzweigung durch einen Umformvorgang, wobei unter anderem auch Felgen für Kraftfahrzeuge angesprochen sind. Aber auch hier geht es lediglich um das reine Umformen dahingehend, dass im Bereich einer zuvor eingebrachten Biegestelle mittels einer angreifenden Umformwalze (2-2c) mindestens ein von der Blechebene wegweißender Flansch aus dem Blech geformt wird, wobei Bereiche dieses Flansches unterschiedlich befestigt, also komprimiert werden sollen und damit am Endprodukt unterschiedliche Stärke aufweisen. Ein axiales Strecken entlang der Wandung des Blechmantels erfolgt hier ebenfalls nicht.
  • Die WO 2005/065049 A2 bezieht sich auf die Herstellung eines einstückigen Stahlrades. Das Verfahren ist mehrstufig und die einzelnen Stufen werden in verschiedene formändernden Bearbeitungsstufen durchgeführt. Zunächst wird in einem ersten Werkzeug eine kurze Zylindermantelwandung durch radial druckausübende und sich axial bewegende Walzen/Rollen ber einem zylindrischen Mandrel senkrecht. Anschließend werden in einem weiteren Schritt in einem anderen Werkzweug über einem ins Innere des Zylindermantels eingefahrenen konturierten anderen Mandrel auf diesem die Formbildung der Felge und deren einzelner Abschnitte mittels anderer Walzen vorgenommen, die sich dabei auch jeweils in ihrem Arbeitsabschnitt (Felgenbett 3, Reifensitz 2 und 4) beschränkt axial bewegen müssen. Unabhängig von der Ausbildung des ursprünglichen Felgenbettes erfolgt weiterhin durch andere Rollen die Ausbildung des inneren und äußeren Felgenhorns (diese beiden Stufen sind weitere Arbeitsschritte in wiederum anderen Werkzeugen vorgeordnet). Wesentlich ist, dass dass das Felgenhorn nicht durch eine in der erstgenannten Stufe der Strecken bewirkenden Walze geformt wird, sondern zwischen lediglich radial gegeneinander angreifenden Walzen/Rollen gebildet wird, wobei zwar eine nicht arbeitende Zustellbewegung und die beiden Rollen aber lediglich radial gegeneinander drückend arbeiten.
  • Die DE 1 452 610 betrifft ein Verfahren zur Bildung einer sich nach außen öffnenden Hohlkehle an einem zylindrischem Rohr. Hierzu wird das Rohr in einem ersten Schritt mittels einer ersten Rolle entlang dem zylindrischen Bereich eines Mandrels gestreckt, der an seinem einen Ende eine Verjüngung aufweist. Zur Ausbildung der eigentlichen Hohlkehle greifen am freien Ende des Rohres radial von innen und von außen neben der Verjüngung des Mandrels ein Reitstockkissen und eine andere Rolle an. Auch hier sind also Streck- und Formvorgänge getrennt und werden durch unterschiedliche Werkzeuge ausgeführt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Leichtmetallrädern zu schaffen, die unter Optimierung der Fertigung insbesondere das innere Felgenhorn besser, schneller und weniger aufwändig ausbilden.
  • Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vor.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen die Vorform des Rades aufnehmenden Spanndorn und Streckwalzen auf, die zunächst im äußeren Bereich (der zum Bearbeiten oben platziert ist) eines rotationssymmetrischen Mantels der Vorform angreifen. Die Streckwalzen sind bei radialer Druckausübung unter - radialer - Verdichtung und - axialer - Streckung - der Mantelwand entlang derselben bewegbar. Mittels der Streckwalzen wird so die Felge des Rades entlang des Spanndorns endgeformt.
  • Der Spanndorn im Inneren der Vorform des Rades bzw. im Inneren des herzustellenden Rades ist ein rotationssymmetrischer Körper und weist keine Hinterschneidungen im Mantelbereich auf, vorzugsweise erweitert sich der Spanndorn leicht konisch von der Außenseite des Rades zur Innenseite. Der Spanndorn muss daher nicht, wie dies bei Hinterschneidungen der Fall wäre, ein mehrteiliger Körper sein, dessen Einzelteile zum Entfernen des Rades von ihm dann durch zusätzliche hydraulische Befestigungselemente zurückgezogen werden müssten, was eine solche Werkzeugkonstruktion anfällig macht und auch die Präzision des Rads hinsichtlich der wichtigen Rundheit beeinträchtigen und Unwuchten verursachen kann. Der Spanndorn ragt innerhalb des herzustellenden Rades zur Innenseite bis auf die Höhe des inneren Felgenhorns, untergreift dieses aber nicht.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, dass zumindest eine der seitlich am Rad angreifenden Streckwalzen die (Flow-)Formung des Radmantels über seine gesamte Höhe vornehmen, einschließlich der Formung der Außenseite des inneren Felgenhorns.
  • Die Umformung kann als Warm- oder auch als Kalt-Umformung erfolgen, wobei bei ersterer mit heißer Vorform und heißem Werkzeug gearbeitet wird, bei letzterer mit kalter Vorform und kaltem Werkzeug, die sich aufgrund des Bearbeitungsvorganges in gewisser Weise erwärmen. Ersteres wird insbesondere bei gegossenen Vorformen, letzteres bei geschmiedeten Vorformen eingesetzt.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin dadurch ausgestaltet sein, dass die frei drehenden Rollen eine unter Neigungswinkel von 50° bis 70° zu einer Drehachse der Vorform geneigte Drehachse haben, wobei insbesondere der Neigungswinkel der Drehachsen der frei drehenden Rollen zur Drehachse der Vorform einstellbar ist. Weitere Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, dass die frei drehenden Rollen das zu bildende Felgenhorn mit ihrer Mantelwand untergreifen, wobei insbesondere die frei drehenden Rollen kegelstumpfförmig ausgebildet sind und/oder die Mantelwand der frei drehenden Rollen einen Winkel zwischen 20° und 40° zur Drehachse der frei drehenden Rollen einschließt. Auch kann eine ein Felgenhorn endformende Profilstreckwalze vorgesehen sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in Weiterbildung vor, dass die frei drehenden Rollen sich um Achsen drehen, die Neigungswinkel von 50° bis 70° zur Drehachse der Vorform einschließen, wobei insbesondere die frei drehenden Rollen den unteren Rand der Vorform mit ihrem Mantel untergreifen, der einen Winkel von 20° bis 40° zur Drehachse der frei drehenden Rollen einschließt. Insbesondere kann weiterhin vorgesehen sein, dass am zwischen Streckwalzen und frei drehenden Rollen ausgebildeten Felgenhorn unter radialer Druckausübung mindestens eine Profilstreckwalze zur Endformung des Felgenhorns angreift. Durch die Erfindung wird insbesondere die Möglichkeit zu einer zügigen, genauen und optimalen Ausbildung des inneren Felgenhorns eines Leichtmetallrads geschaffen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht wesentlicher Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Leichtmetallrades - ohne Profilstreckwalze;
    Fig. 2
    eine perspektivische Sicht von schräg oben auf ein Rad und wesentliche Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Profilstreckwalzen nicht sichtbar);
    Fig. 3
    eine Sicht auf die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung perspektivisch von unten; und
    Fig. 4
    eine Teilansicht entsprechend der Fig. 1 mit am unteren oder inneren Felgenhorn angreifender Profilstreckwalze.
  • Die Fig. 1 und 4 zeigen ein Kraftfahrzeug-Metallrad 1 gestrichelt als Vorform und durchgezeichnet mit seiner endgültigen Kontur in Schnittdarstellung (Fig. 4 lediglich in Teildarstellung). Das Rad 1 weist eine Felge 1.1 sowie an seiner Außenseite 1a eine Radscheibe oder einen Speichenbereich 1.3 mit einer Nabe 1.4 auf. Im inneren Bereich der Radscheibe 1.3 außerhalb der Nabe 1.4 sind Durchbrüche 1.5 zur Befestigung des Rades mittels Schrauben am Fahrzeug vorgesehen. Die Felge 1.1 weist ein äußeres Felgenhorn 1.6 nahe der Radscheibe 1.3 und ein inneres Felgenhorn 1.7, der Radscheibe 1.3 abgewandt, - an der Innenseite 1b - auf.
  • Während der äußere Bereich der Vorform 1.8, insbesondere Radscheibe oder Speichenbereich 1.3 der Endform sehr angenähert sind, erstreckt sich der Mantel der Vorform 1.8, insbesondere in seinem inneren Bereich radial deutlich über die Endkontur des Rades hinaus. Darüber hinaus erstreckt sich der Mantel bei der Vorform 1.8 in axialer Richtung nur über einen Teil der Höhe des fertigen Rades, vorzugsweise über 50 % bis 75 %.
  • Weiterhin sind in den Fig. 1 bis 4 die wesentlichen Werkzeugelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Metallrads, insbesondere Leichtmetallrads, aus der Vorform dargestellt, nämlich ein einfaches in die Vorform bzw. des Rad eingreifendes Werkzeug 2 in Form eines Spanndorns, mehrere an der Umfangswandung der Vorform bzw. des Rads angreifende unterschiedlich ausgebildete Streckwalzen 3, den unteren Rand des inneren bzw. unteren Felgenrands 1.5 des nahezu fertig gestellten Rades 1 untergreifende frei drehende Rollen 4 sowie mindestens eine Profilstreckwalze 5 (Fig. 3, 4). Von den Streckwalzen 3 ist lediglich die auf das Rad 1 zugerichtete Hälfte dargestellt. Die Streckwalzen 3 sind um jeweils eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Drehachse drehbar.
  • Die Vorform des Rades 1 sitzt auf einem einfachen Werkzeug in Form eines als Rotationskörper ausgebildeten Spanndorns 2 auf, der die innere Form des Rades 1 bestimmt. Der Spanndorn 2 ist einstückig. Er weist im Umfangsbereich keine Hinterschneidungen auf und erweitert sich von der Außenseite 1a des Rades 1 zu seiner Innenseite 1b leicht konisch, damit das fertig geformte Rad leicht vom Spanndorn 2 abgenommen werden kann.
  • Am Außenumfang des Rades 1 greifen, über den Umfang insbesondere gleichmäßig verteilt, Streckwalzen 3 an, die, wie in der linksseitigen Überlagerungsdarstellung der Fig. 1 dargestellt, unterschiedlich ausgebildet sein können. Sie greifen zunächst im oberen Bereich der Vorform des Rades 1 an, üben dabei einen radialen Druck aus und fahren gleichzeitig entlang der Vorform des Rades nach unten, wobei sie durch die Druckausübung den späteren Radmantel oder die eigentliche Felge 1.1 des Rades 1 bildenden Teil 1.8 die Vorform des Rades nach unten strecken und gleichzeitig verdichten.
  • Die Vorform des Rades 1 bzw. das Rad 1 wird einerseits durch den Spanndorn 2 getragen. Dieser erstreckt sich über die gesamte Höhe des herzustellenden Rades bis zur axialen Höhe des inneren Felgenhorns 1.7, untergreift allerdings nicht den Rand, das spätere innere Felgenhorn 1.7 des Rades. Dieser wird vielmehr durch zusätzliche frei laufende Rollen 4 untergriffen. Vorzugsweise sind drei Rollen angeordnet, die gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen sind und zwar jeweils unter einer Streckwalze 3.
  • Zusätzlich ist, wie der Fig. 3 und insbesondere der Fig. 4 zu entnehmen ist, seitlich im Bereich des zu bildenden inneren Felgenhorns 1.7 umfangsmäßig zwischen zwei frei laufenden Walzen 4 zumindest eine Profilstreckwalze 5 vorgesehen, die durch radiale Druckausübung in ihrer am Umfang vorgesehenen Profilnut 5.1 das Profil des inneren Felgenhorns 1.7 endformt. Die drei drehenden Rollen 4 sind, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, mit ihrer Drehachse 4.1 zur Drehachse 2.1 des Spanndorns 2 und damit des auf diesen drehfest aufsitzenden Rades 1 unter einem Winkel α von etwa 60° ausgerichtet. Die frei drehenden Rollen 4 sind kegelstumpfförmig ausgebildet und verjüngen sich von ihrer Unterseite zur Oberseite hin, wobei die Mantelwand 4.2 einen Winkel von 20° bis 30° zur Drehachse 4.1 einschließt. Die frei drehenden Rollen 4 greifen mit ihrer Mantelwand an der Innen-Unterseite des Rades 1 zur Ausbildung des inneren Felgenhorns 1.7 an. Die Drehachse der frei drehenden Rollen 4.1 ist in einem gewissen Grad frei einstellbar, beispielsweise zwischen 50° und 70° relativ zur Drehachse 2.1 des Spanndorns 2, so dass hierdurch die innere Stirnseite des inneren Felgenhorns 1.7 durch den Anstellwinkel der Drehachse 4.1 eingestellt werden kann.
  • Der Herstellungsverlauf ist im Wesentlichen der folgende:
    Zunächst wird die Vorform des Rades 1 gegossen und von Anschlusszapfen befreit. Anschließend wird die Vorform auf den Spanndorn 2 aufgespannt und kann erhitzt werden, idealerweise nicht bis über 350°. Sodann verfahren die Streckwalzen 3 im oberen Bereich der Vorform gegen dieselbe und bewegen sich unter Ausübung von radialem Druck vom äußeren Felgenhorn 1.6 nach unten zum inneren Felgenhorn 1.7 und formen dabei die Felge 1.1 und im Wesentlichen die Felgenhörner 1.6, 1.7. Dabei wird das Material des Mantels des Rades einerseits zur Ausbildung der Felge nach unten in den Bereich des inneren Felgenhorns 1.7 gezogen, also gestreckt, zum anderen das Material des Rades verdichtet. Sobald durch die Streckwalzen 3 das Mantelmaterial des Rades bis unter die Unterkante des Spanndorns 2 gestreckt wurde, greifen dort die frei drehenden Walzen 4 mit ihrer Mantelwand 4.2 an, während die Profilstreckwalze 4.5 in den Zwischenraum zwischen zwei frei drehenden Walzen 4 eingreift, radialen Druck ausübt und in ihrer Profilnut 5.1 das innere Felgenhorn 1.7 aus- und endformt.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Herstellen eines Leichtmetallrades (1) aus einer Vorform, mit einer rotationssymmetrischen Mantelausbildung, wobei die Vorform einen sich in axialer Richtung nur über einen Teil der Höhe des fertigen Rades (1) erstreckenden Mantel aufweist, der sich in seinem inneren, dem äußeren Bereich des Rades (1) abgewandten Bereich radial über die Endkontur des Rades (1) hinaus erstreckt, mit einem Spanndorn (2) zum Aufsetzen der Vorform, mit am Felgenbereich der Vorform angreifenden Streckwalzen (3), die einen radialen Druck auf die Umfangswand ausüben und sich entlang dieser in Achsrichtung derart bewegen, dass mittels der Streckwalzen (3) durch Strecken von Material des Mantels des Rades (1) eine Felge (1.1) des Rades (1) endgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Streckwalzen (3) frei drehbare Rollen (4) unter gleichen Umfangswinkeln wie die Streckwalzen angeordnet sind, zur Ausbildung eines inneren Felgenhorns (1.7) angeordnet sind, dass die frei drehbaren Rollen (4), die Vorform im Bereich des zu bildenden Felgenhorns (1.7) mit ihrer Mantelwand (4.2) untergreifen und dass die Streckwalzen unter Strecken von Vorformmaterial gegen die frei drehbaren Rollen (4) mit diesen zur Ausbildung eines inneren Felgenhorns (1.7) des Rades (1) zusammenwirken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) eine unter Neigungswinkel (α) von 50° bis 70° zu einer Drehachse (2.1) der Vorform geneigte Drehachse (4.1) haben.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Drehachsen (4.1) der frei drehenden Rollen zur Drehachse (2.1) der Vorform einstellbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) das zu bildende Felgenhorn (1.7) mit ihrer Mantelwand (4.2) untergreifen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelwand (4.2) der frei drehenden Rollen (4) einen Winkel zwischen 20° und 40° zur Drehachse (4.1) der frei drehenden Rollen (4) einschließt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine ein Felgenhorn (1.7) endformende Profilstreckwalze (5).
  8. Verfahren zum Herstellen eines Metallrades mittels Streckwalzen aus einer Vorform, wobei die Vorform einen sich in axialer Richtung nur über einen Teil der Höhe des fertigen Rades erstreckenden Mantel aufweist, der sich in seinem inneren, dem äußeren Bereich des Rades abgewandten Bereich radial über die Endkontur des Rades hinaus erstreckt, wobei die Vorform des herzustellenden Metallrades (1) auf einen Spanndorn (2) aufgesetzt wird, wobei im oberen Bereich des rotationssymmetrischen Mantels der Vorform Streckwalzen (3) unter radialer Druckausübung angreifen, wobei die Streckwalzen sich entlang der Mantelwand der Vorform mit einer Hauptbewegungskomponente parallel zur Drehachse bewegen und dabei die Mantelwand der Vorform unter Verdichten in axialer Richtung des Radmantels zu einer Felge strecken, wobei die Vorform von Mantelwänden (4.2) frei drehender Rollen (4) untergriffen wird, die unter gleichen Umfangswinkeln wie die Streckwalzen (3) um den Umfang der Vorform angeordnet sind, und wobei die Streckwalzen (3) zusammen mit den frei drehenden Rollen (4) durch Strecken von Vorformmaterial gegen die untergreifenden frei drehenden Rollen (4), ein inneres Felgenhorn (1.7) ausbilden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) sich um Achsen drehen, die Neigungswinkel von 50° bis 70° zur Drehachse (2.1) der Vorform einschließen.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) den unteren Rand der Vorform mit ihrem Mantel (4.2) untergreifen, der einen Winkel von 20° bis 40° zur Drehachse (4.1) der frei drehenden Rollen (4) einschließt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am zwischen Streckwalzen (3) und frei drehenden Rollen (4) ausgebildeten Felgenhorn (1.7) unter radialer Druckausübung mindestens eine Profilstreckwalze (5) zur Endformung des Felgenhorns (1.7) angreift.
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