EP3278894A1 - Drückwalzmaschine und umformverfahren zum herstellen eines rades - Google Patents

Drückwalzmaschine und umformverfahren zum herstellen eines rades Download PDF

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EP3278894A1
EP3278894A1 EP16182396.8A EP16182396A EP3278894A1 EP 3278894 A1 EP3278894 A1 EP 3278894A1 EP 16182396 A EP16182396 A EP 16182396A EP 3278894 A1 EP3278894 A1 EP 3278894A1
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EP
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rim
workpiece
chuck
spinning
forming
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Benedikt Nillies
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Leifeld Metal Spinning GmbH
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Leifeld Metal Spinning GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2017/066433 priority patent/WO2018024417A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • 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 flow-forming machine for producing a wheel, in particular a vehicle wheel, with a rim of a workpiece, with a spinning chuck whose outer side is designed for molding the rim, a counter-feed which is axially movable relative to the spinning chuck, wherein the workpiece on the Driven chuck and / or the counter-chuck is axially clamped, a rotary drive for rotationally driving Drückfutter and counter-chuck with the clamped workpiece and at least one spinning roller, which is deliverable axially and radially to the workpiece for forming the rim, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a forming method for producing a wheel, in particular a vehicle wheel, with a rim of a workpiece, wherein the workpiece is clamped on a spinning chuck whose outer side is designed for molding the rim, and / or a counter-chuck, with a rotary drive the clamped workpiece is set in rotation and at least one spinning roller is delivered axially and radially to the rotating workpiece, wherein the rim is formed, according to the preamble of claim 8.
  • a method for producing a vehicle wheel with drop center rim is known.
  • a drop center rim has a radial indentation in a central region.
  • a multi-part spinning chuck is taught, which must be disassembled after the shaping step.
  • the invention has for its object to provide a flow-forming machine and a forming method for producing a wheel, with which wheels with different dimensions and shapes are particularly efficient to produce.
  • the flow-forming machine is characterized in that the spinning chuck has a sleeve-shaped peripheral element, which is axially movable during forming, and that a control is provided, by means of which when forming the rim, the at least one spinning roller and the peripheral element of the spinning chuck matched to each other are axially movable relative to the workpiece.
  • a basic idea of the invention is to provide a variable spinning chuck during forming or pressure-rolling of the rim of a wheel, which is adjusted or moved during the forming process.
  • a variable, adjustable spinning chuck With such a variable, adjustable spinning chuck, various shapes and dimensions of a drum-shaped rim can be formed in wheel manufacture.
  • the spinning lining preferably has a disk-shaped front element and a sleeve-shaped peripheral element, which can be adjusted axially during forming.
  • the peripheral element can be moved together with the externally applied pressure roller in the same axial direction, so that almost any length of the rim can be formed.
  • the adjustment of the sleeve-shaped peripheral element and the at least one spinning roller via an electronic control may be disc-shaped, with a radial hub already being preformed.
  • the workpiece may be annular, with a hub attached after molding the rim.
  • a preferred embodiment of the invention is that the sleeve-shaped peripheral element is at least partially conical, wherein the peripheral element tapers towards the free end.
  • a conical design of the peripheral element so so different inner diameter for internal support of the externally acting pressure roller are available. This can be created with a very high variety of shapes, an inner contour of the rim of the rim, even undercut areas, such as those provided for a drop-center rim, can be readily formed.
  • the conical peripheral element is moved during the forming along the axis of rotation in both directions.
  • An outer contour of the peripheral element is largely independent of the inner contour of the rim to be formed. The cone must extend only over the largest and smallest diameter, which occur on the inner contour of the rim.
  • a molding area is arranged on a region of the peripheral element, which is designed to form a rim flange on the rim.
  • the molding region has an arcuate contour, so that in this way an inner region of the rim flange to be formed is predetermined.
  • the shape of the rim flange at the edge region of the rim often remains unchanged.
  • the control for relative axial movement of the at least one spinning roller and the forming element is formed, so that the at least one spinning roller first at a first Engages the diameter portion of the conical peripheral element, then acts on a second diameter portion of the peripheral element, which is smaller than the first diameter portion, and then acts on a third diameter portion of the peripheral element, which is greater than the second diameter portion.
  • a corresponding axial adjustment of the conical circumferential element a smaller diameter region corresponding to the spinning roller can be provided for forming a center region of the deep-bed rim.
  • the conical peripheral element is adjusted such that larger diameter regions in the radial direction are opposite the engaged pressure roller, so that overall an axial undercut region for a drop center rim can be produced in a middle region of the rim.
  • the spinning chuck has a base support on which the peripheral element is mounted axially displaceable, and that on a free front of the base support a front element is arranged, wherein a radial hub between the spinning chuck with the front element and the counter-chuck is axially clamped.
  • This also allows a simple change of the sleeve-shaped peripheral element, if it should be necessary for maintenance or diameter or design changes to the wheel to be manufactured.
  • an axial displacement of the peripheral element can take place in any desired manner.
  • at least one adjusting element in particular a setting cylinder or a spindle drive, is provided for the axial displacement of the peripheral element on the base carrier.
  • Actuating cylinders which may be actuated hydraulically or pneumatically, constitute a conventional actuator on conventional flow-forming machines. It is also possible to convert an optionally existing ejector with an axial adjusting movement for displacing the peripheral element. Alternatively, a spindle drive, so a rotary drive can be used in which by a corresponding spindle assembly, the rotational movement is converted into an axial movement.
  • the front element is exchangeably fixed to the base support.
  • the front element can be provided corresponding to the counter-chuck for axial clamping of the workpiece on the radially extending disk or hub region.
  • the front element and the counter-lining are suitably formed.
  • the front element but also a corresponding front panel on the counter-chuck, for example by loosening screw, easily solved and replaced by a new element.
  • the counter-chuck can be a chuck for radial clamping when clamping an annular and / or disc-shaped workpiece.
  • the method according to the invention is characterized in that the spinning chuck has a sleeve-shaped circumferential element which is moved axially during the shaping of the rim, and in that, during the shaping of the rim, the at least one spinning roller and the circumferential element of the spinning chuck are moved axially relative to the workpiece.
  • the method according to the invention can preferably be carried out on the above-described flow-forming machine according to the invention. In particular, the advantages described above with regard to flexibility and variety of shapes can be achieved.
  • a particularly accurate pressure-rolling is achieved according to an embodiment of the invention in that a plurality of spinning rollers evenly distributed over the circumference of the workpiece and axially offset from each other are delivered to the workpiece. Preferably, three or four spinning rollers are arranged above the circumference of the workpiece. The forming forces can thus be distributed to several spinning rollers, which allows a particularly workpiece and machine gentle forming.
  • the spinning roller and the peripheral element of the spinning chuck are moved in a coordinated manner axially relative to the front element or the clamped workpiece.
  • the method of spinning roller and peripheral element is preferably carried out differently, in particular when using a conically shaped peripheral element more complex inner contours of the rim base area are generated.
  • the at least one spinning roller first acts on a first diameter area of a conical peripheral element, then the at least one spinning roller on a second diameter area of the peripheral element which is smaller than the first diameter portion, and then engages the at least one spinning roller at a third diameter portion of the peripheral member, which is larger than the second diameter portion.
  • the third diameter region may have a diameter size as the first diameter region.
  • a deep bed area on the rim can be arranged and shaped as desired over the axial length of the rim.
  • the deep bed area can be formed not only in a central region, but also on a side region of the rim, which lies opposite the radial hub region of the disk-shaped workpiece. It is thus achieved a vehicle wheel with a rim with a relatively far outlying Tiefbett Scheme, resulting in a particularly voluminous-looking vehicle.
  • Such vehicle wheels with external deep bed area may be desirable for different wheel designs. With larger diameter portions of the conical peripheral element, the side surfaces become of the deep bed area and with a smaller diameter area, the bottom of the deep bed area is shaped under the action of the spinning roller.
  • a peripheral element is used, whose axial length is smaller than the rim to be formed, and that are formed with the peripheral element wheels with different axial length of the rim.
  • the forming can take place with an approximately horizontal axis of rotation.
  • a particularly accurate implementation of the forming process according to the invention is achieved according to a variant of the method, that during the forming of the workpiece about a vertical axis of rotation is set in rotation.
  • the delivery of the spinning rollers takes place essentially in the radial, horizontal direction.
  • a flow-forming machine 10 has a spinning chuck 20 and an opposite counter-chuck 12, between which a workpiece 5 with a disk-shaped hub region 6 with a central centering hole and a circumferential region 7 to be reshaped is clamped axially.
  • the counter-feed 12 and the spinning chuck 20 are each rotatably mounted via a drive flange 16 and 17 and connected to one, preferably one, not shown rotary drive, wherein the spinning chuck 20, the counter-chuck 12 and the clamped workpiece 5 about a vertical, central axis of rotation. 2 can be driven in rotation during forming.
  • the spinning chuck 20 has a central base support 22, at the free end of an annular or disc-shaped front member 24 is releasably secured by screws.
  • On the molding surface 14, a first rim flange 56 of a vehicle wheel 50 to be produced can be formed.
  • the spinning chuck 20 has a sleeve-shaped peripheral element 30, which is mounted axially displaceable on the base carrier 22.
  • the peripheral element 30 is attached to a pusher element 28, which is displaceable axially by means of an actuating cylinder (not shown) along the axis of rotation 2 between an advanced initial position and a retracted end position Fig. 1 is shown.
  • the peripheral element 30 has in its front or upper portion of an outer cone surface 32, which tapers towards the top.
  • a molding region 34 is formed, which is designed to form a second rim flange 58 on the vehicle wheel 50.
  • a plurality of spinning rollers 40 are delivered radially to the peripheral region 7 of the workpiece 5.
  • the peripheral element 30 of the spinning chuck 20 is in the overhead initial position, so that this serves as an abutment for the pressing roller 40 engaging the workpiece 5.
  • the spinning roller 40 is axially displaced radially to some extent to form a rim portion, and a wall thickness of the peripheral portion 7 is thinned and rolled out to the rim portion.
  • the sleeve-shaped, conical peripheral element 30 moves axially, so that the desired inner diameter range is always provided as an abutment for the spinning roller 40 at the desired position.
  • the peripheral element 30 remains axially stationary, so that in a further method of the spinning roller 40, the material of the workpiece 5 is formed on the forming area 34 and the second rim flange 58 is correspondingly pressed onto the hub area 6 corresponding to the first rim flange 56 ,
  • Fig. 1 In order to illustrate the flexibility of the flow-forming machine 10 according to the invention in wheel manufacture, a total of three different lengths of the vehicle wheel 50 are schematically indicated.
  • the spinning chuck 20 is thus largely independent of the vehicle wheel 50 to be formed and can be used for different axial lengths and inner contours.
  • To create only the electronic control is to adapt without mechanical remodeling of the flow-forming machine 10 would be necessary.
  • Fig. 2 is shown in highly schematic form another form of a vehicle wheel 50, which can be produced according to the invention.
  • the vehicle wheel 50 has a disc-shaped hub 52 and a drum-shaped rim 60, which are arranged substantially rotationally symmetrical to a wheel axle 51.
  • a center hole 54 In the region of the hub 52 may be provided a center hole 54 and other holes, depending on the design.
  • the rim 60 is provided with a rim base 62 which extends from a first rim flange 56 to a second rim flange 58.
  • a deep bed area 64 is formed in a middle section.
  • the deep bed area 64 represents a radial constriction on the rim bed 62 and thus an undercut area 70, which in Fig. 2 is particularly schematically illustrated.
  • the deep bed area 64 can also have a different dimensioning and arrangement, in particular, it can be arranged closer to the free-standing second rim flange 58.
  • the deep bed region 64 has two slightly tapered side flanks 66, which extend in a radial direction and extend up to an approximately cylindrical base 68.
  • the vehicle wheel 50 with the rim 60 and the deep bed area 64 can be manufactured with a method according to the invention with a correspondingly conical peripheral element 30 as an abutment for externally acting spinning rollers 40.
  • the peripheral element 30 is thereby displaced axially to provide the corresponding diameter range by means of a control and corresponding adjusting element as a function of the position of the spinning roller 40.
  • FIGS. 3a to 3c is a cup-shaped workpiece 5 with a radial hub portion 6 and a drum-shaped peripheral portion 7 by the method according to the invention to a spin-rolled wheel blank according to Fig. 3b or to the finished wheel according to Fig. 3c transformed, with in FIG. 3b an intermediate step, for example a wheel blank is shown before the distressing.
  • a half-section Y-shaped workpiece 5 having a radial hub portion 6 and a drum-shaped peripheral portion 7 extending to both sides of the radial hub portion 6 is used.
  • a flow-forming machine can be used, in which the counterfeed is the same or substantially equal to the spinning chuck and has a movable peripheral element.
  • This will by flipping and partial splitting into an intermediate form according to Fig. 5b reshaped.
  • the radial hub portion 6 and a V-shaped peripheral portion 7 is formed.
  • the workpiece 5 is then via the intermediate step according to Fig. 5c to the vehicle wheel 50 with a deep bed final molded.
  • a tubular workpiece 5 which forms the peripheral region 7.
  • the workpiece 5 can be clamped by a counter-chuck, which is designed as a radial chuck, such as a four-jaw chuck.
  • the spinning chuck can thus be used for processing the entire radial inner side of the workpiece 5.
  • a wheel 50 is reached, which consists solely of the drum-shaped rim 60. As far as a hub region is desired, this can be made separately and attached to the rim 60 by welding, in particular friction welding, or screwing.
  • a tubular workpiece 5 according to Fig. 6 a with both sides widened areas on an inventive spinning chuck taken in doppelnhofer execution and first the drop bed be made by pressing or profiling, so that this range of axial absorption or protection against axial displacement or torque transmission for the subsequent flow-forming process with axial displacement of the sleeve-shaped Scope elements serves.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drückwalzmaschine und ein Umformverfahren zum Herstellen eines Rades (50) mit einer Felge (60) aus einem Werkstück (5), mit einem Drückfutter (20), dessen Außenseite zum Formen der Felge (60) ausgebildet ist, einem Gegenfutter (12), wobei das Werkstück (5) an dem Drückfutter (20) oder dem Gegenfutter (12) eingespannt ist, einem Rotationsantrieb und mindestens einer Drückrolle (40), welche an das Werkstück (5) zum Formen der Felge (60) zustellbar ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Drückfutter(20) ein hülsenförmiges Umfangselement (30) aufweist, welches beim Umformen axial verfahrbar ist. Es ist eine Steuerung vorgesehen, mittels welcher beim Umformen der Felge (60) die mindestens eine Drückrolle (40) und das Umfangselement (30) des Drückfutters (20) aufeinander abgestimmt axial relativ zum Werkstück (5) verfahrbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drückwalzmaschine zum Herstellen eines Rades, insbesondere eines Fahrzeugrades, mit einer Felge aus einem Werkstück, mit einem Drückfutter, dessen Außenseite zum Formen der Felge ausgebildet ist, einem Gegenfutter, welches relativ zum Drückfutter axial verfahrbar ist, wobei das Werkstück an dem Drückfutter und/oder dem Gegenfutter axial eingespannt ist, einem Rotationsantrieb zum rotierenden Antreiben von Drückfutter und Gegenfutter mit dem eingespannten Werkstück und mindestens einer Drückrolle, welche axial und radial an das Werkstück zum Formen der Felge zustellbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Umformverfahren zum Herstellen eines Rades, insbesondere eine Fahrzeugrades, mit einer Felge aus einem Werkstück , bei dem das Werkstück an einem Drückfutter, dessen Außenseite zum Formen der Felge ausgebildet ist, und/oder einem Gegenfutter eingespannt wird, mit einem Rotationsantrieb das eingespannte Werkstück in Rotation versetzt wird und mindestens eine Drückrolle axial und radial an das rotierende Werkstück zugestellt wird, wobei die Felge geformt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
  • Derartige Drückwalzmaschinen und Umformverfahren zum Herstellen eines Rades, insbesondere von Fahrzeugrädern, sind seit langem bekannt. So geht etwa aus der DE 196 15 675 A1 ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrades aus einem scheibenförmigen Rohling hervor. Dabei wird das Werkstück in einer Drückwalzmaschine an einem Drückfutter eingespannt, dessen Außenumfang einer Innenkontur der zu bildenden Felge entspricht. Mittels mindestens einer Drückrolle wird ein Werkstückbereich spanlos an das Drückfutter angeformt, wobei das Felgenbett und die seitlichen Felgenhörner geformt werden.
  • In der Fahrzeugradindustrie ist es häufig erforderlich, ein Modell eines Fahrzeugrades mit unterschiedlichen Breiten der Felge anzubieten. So benötigen etwa zahlreiche Fahrzeuge an der angetriebenen Hinterradachse eine größere Radbreite als an der Vorderachse. Weiterhin ist es üblich, dass Fahrzeuge eines Modells von einem Hersteller abhängig von der Motorisierung mit Fahrzeugrädern unterschiedlicher Radbreite bestückt werden.
  • Zur Herstellung von Fahrzeugrädern mit unterschiedlichen Felgenbreiten ist es erforderlich, unterschiedliche Drückfutter vorzusehen. Dies bedeutet, dass entweder mehrere Drückwalzmaschinen mit unterschiedlichen Drückfuttern benötigt werden, was sehr kostenaufwändig ist. Alternativ kann auch eine Drückwalzmaschine durch Auswechseln des Drückfutters umgerüstet werden. Dieser Vorgang ist jedoch zeit- und damit kostenaufwändig.
  • Aus der WO 2005/065049 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrades mit Tiefbettfelge bekannt. Eine Tiefbettfelge weist in einem Mittenbereich eine radiale Einformung auf. Zum Drückwalzen einer derartigen Tiefbettfelge wird ein mehrteiliges Drückfutter gelehrt, welches nach dem Formgebungsschritt zerlegt werden muss.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drückwalzmaschine und ein Umformverfahren zum Herstellen eines Rades anzugeben, mit welchen Räder mit unterschiedlichen Dimensionen und Formen besonders effizient herstellbar sind.
  • Die Aufgabe wir zum einen durch eine Drückwalzmaschine mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Umformverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Drückwalzmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Drückfutter ein ein hülsenförmiges Umfangselement aufweist, welches beim Umformen axial verfahrbar ist , und dass eine Steuerung vorgesehen ist, mittels welcher beim Umformen der Felge die mindestens eine Drückrolle und das Umfangselement des Drückfutters aufeinander abgestimmt axial relativ zum Werkstück verfahrbar sind.
  • Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, beim Umformen oder Drückwalzen der Felge eines Rades ein variables Drückfutter vorzusehen, welches während des Umformens verstellt oder verfahren wird. Mit einem derartigen variablen, verstellbaren Drückfutter können verschiedene Formen und Dimensionen einer trommelförmigen Felge bei der Radherstellung geformt werden. Das Drückfutter weist dabei vorzugsweise ein scheibenförmiges Frontelement und ein hülsenförmiges Umfangselement auf, welches beim Umformen axial verstellt werden kann. So kann das Umfangselement etwa gemeinsam mit der außen anliegenden Drückrolle in der gleichen Achsrichtung verfahren werden, so dass nahezu eine beliebige Länge der Felge ausgeformt werden kann. Bei Dimensionsänderungen der Felge ist somit keine zeit- und kostenaufwändige Umrüstung der Drückwalzmaschine mehr notwendig. Die Verstellung des hülsenförmigen Umfangselementes und der mindestens einen Drückrolle erfolgt über eine elektronische Steuerung. Das Werkstück kann scheibenförmig sein, wobei bereits eine radiale Nabe vorgeformt ist. Alternativ kann das Werkstück ringförmig sein, wobei eine Nabe nach dem Formen der Felge angebracht wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das hülsenförmige Umfangselement zumindest bereichsweise konisch ausgebildet ist, wobei sich das Umfangselement zum freien Ende hin verjüngt. Bei einer konischen Ausbildung des Umfangselementes stehen so also verschiedene Innendurchmesser zur innen liegenden Abstützung der außen angreifenden Drückrolle zur Verfügung. Damit kann mit einer sehr hohen Formenvielfalt eine Innenkontur des Felgenbettes der Felge erstellt werden, wobei selbst Hinterschneidungsbereiche, wie sie etwa bei einer Tiefbettfelge vorgesehen sind, ohne weiteres geformt werden können. Dabei wird das konische Umfangselement beim Umformen entlang der Rotationsachse in beide Richtungen verfahren. Eine Außenkontur des Umfangselementes ist dabei weitgehend unabhängig von der Innenkontur der zu formenden Felge. Der Konus muss sich lediglich über den größten und kleinsten Durchmesser erstrecken, welche an der Innenkontur der Felge auftreten.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass an einem Bereich des Umfangselementes ein Formbereich angeordnet ist, welcher zum Formen eines Felgenhorns an der Felge ausgebildet ist. Der Formbereich weist dabei eine bogenförmige Kontur auf, so dass hierdurch ein Innenbereich des anzuformenden Felgenhorns vorgegeben ist. Bei Rädern mit unterschiedlicher Länge des Felgenbettes bleibt die Formgebung des Felgenhorns am Randbereich der Felge häufig unverändert.
  • Insbesondere zum Herstellen einer Tiefbettfelge ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass zum Formen eines axialen Hinterschnittbereiches an der Felge die Steuerung zum relativen axialen Verfahren von der mindestens einen Drückrolle und dem Umformelement ausgebildet ist, so dass die mindestens eine Drückrolle zunächst an einem ersten Durchmesserbereich des konischen Umfangselements angreift, anschließend an einem zweiten Durchmesserbereich des Umfangselements angreift, welcher kleiner als der erste Durchmesserbereich ist, und dann an einem dritten Durchmesserbereich des Umfangselements angreift, welcher größer als der zweite Durchmesserbereich ist. Durch eine entsprechende axiale Verstellung des konischen Umfangselementes kann zum Ausformen eines Mittenbereiches der Tiefbettfelge ein kleinerer Durchmesserbereich korrespondierend zur Drückrolle vorgesehen werden. Für die Ausgestaltung der beiden Seitenbereiche wird das konische Umfangselement derart verstellt, dass jeweils größere Durchmesserbereiche in radialer Richtung der in Eingriff stehenden Drückrolle gegenüberliegen, so dass so insgesamt ein axialer Hinterschnittbereich für eine Tiefbettfelge in einem mittleren Bereich der Felge hergestellt werden kann.
  • Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine ist es vorteilhaft, dass das Drückfutter einen Grundträger aufweist, auf welchem das Umfangselement axial verschiebbar gelagert ist, und dass an einer freien Vorderseite des Grundträgers ein Frontelement angeordnet ist, wobei eine radiale Nabe zwischen dem Drückfutter mit dem Frontelement und dem Gegenfutter axial einspannbar ist. Dies ermöglicht auch ein einfaches Wechseln des hülsenförmigen Umfangselementes, sofern dies doch für Wartungsarbeiten oder bei Durchmesser- oder Designänderungen an dem herzustellenden Rad notwendig werden sollte.
  • Grundsätzlich kann ein axiales Verschieben des Umfangselementes in einer beliebigen Weise erfolgen. Besonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass zum axialen Verschieben des Umfangselements auf dem Grundträger mindestens ein Stellelement, insbesondere ein Stellzylinder oder ein Spindelantrieb, vorgesehen ist.
  • Stellzylinder, welche hydraulisch oder pneumatisch betätigt sein können, stellen einen üblichen Aktor an herkömmlichen Drückwalzmaschinen dar. Es ist auch möglich, einen gegebenenfalls vorhandenen Auswerfer mit einer axialen Stellbewegung zum Verschieben des Umfangselementes umzubauen. Alternativ kann ein Spindelantrieb, also ein Drehantrieb verwendet werden, bei welchem durch eine entsprechende Spindelanordnung die Drehbewegung in eine Axialbewegung umgesetzt wird.
  • Zur Erhöhung der Formenvielfalt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Frontelement wechselbar an dem Grundträger befestigt ist. Das Frontelement kann korrespondierend mit dem Gegenfutter zum axialen Einspannen des Werkstücks am radial verlaufenden Scheiben- oder Nabenbereich vorgesehen werden. Je nach dem Design des Nabenbereiches, welche etwa durch Gießen oder Schmieden vorgeformt ist, sind das Frontelement und das Gegenfutter passend ausgebildet. Bei entsprechenden Formänderungen kann das Frontelement aber auch eine korrespondierende Frontplatte an dem Gegenfutter, etwa durch Lösen von Schraubverbindungen, einfach gelöst und durch ein neues Element ausgewechselt werden. Das Gegenfutter kann beim Einspannen eines ringförmigen und/oder scheibenförmigen Werkstücks ein Spannfutter zum radialen Spannen sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Drückfutter ein hülsenförmiges Umfangselement aufweist, welches beim Formen der Felge axial verfahren wird, und dass beim Formen der Felge die mindestens eine Drückrolle und das Umfangselement des Drückfutters aufeinander abgestimmt axial relativ zum Werkstück verfahren werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise auf der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine durchgeführt werden. Es können insbesondere die zuvor beschriebenen Vorteile hinsichtlich Flexibilität und Formenvielfalt erzielt werden.
  • Ein besonders exaktes Drückwalzen wird nach einer Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erzielt, dass mehrere Drückrollen gleichmäßig verteilt über den Umfang des Werkstücks und axial versetzt zueinander an das Werkstück zugestellt werden. Vorzugsweise sind drei oder vier Drückrollen über dem Umfang des Werkstücks angeordnet. Die Umformkräfte können so auf mehrere Drückrollen verteilt werden, was ein besonders Werkstück- und maschinenschonendes Umformen ermöglicht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Drückrolle und das Umfangselement des Drückfutters aufeinander abgestimmt axial relativ zum Frontelement oder dem eingespannten Werkstück verfahren. Das Verfahren von Drückrolle und Umfangselement erfolgt dabei vorzugsweise unterschiedlich, insbesondere wenn mittels eines konisch ausgebildeten Umfangselementes komplexere Innenkonturen des Felgenbettbereichs erzeugt werden.
  • Insbesondere zur Herstellung eines Rades mit Tiefbettfelge ist es nach einer Verfahrensvariante der Erfindung vorteilhaft, dass zum Formen eines axialen Hinterschnittbereiches an der Felge die mindestens eine Drückrolle zunächst an einem ersten Durchmesserbereich eines konischen Umfangselements angreift, anschließend die mindestens eine Drückrolle an einem zweiten Durchmesserbereich des Umfangselements angreift, welcher kleiner als der erste Durchmesserbereich ist, und dann die mindestens eine Drückrolle an einem dritten Durchmesserbereich des Umfangselements angreift, welcher größer als der zweite Durchmesserbereich ist. Der dritte Durchmesserbereich kann dabei eine Durchmessergröße wie der erste Durchmesserbereich aufweisen.
  • Ein Tiefbettbereich an der Felge kann dabei beliebig über die axiale Länge der Felge angeordnet und geformt werden. Der Tiefbettbereich kann dabei nicht nur in einem Mittenbereich, sondern auch an einem Seitenbereich der Felge ausgebildet sein, welcher dem radialen Nabenbereich des scheibenförmigen Werkstücks gegenüber liegt. Es wird so ein Fahrzeugrad mit einer Felge mit einem relativ weit außen liegenden Tiefbettbereich erreicht, was zu einem besonders voluminös wirkenden Fahrzeugrad führt. Derartige Fahrzeugräder mit außen liegendem Tiefbettbereich können für verschiedene Raddesigns wünschenswert sein. Mit größeren Durchmesserbereichen des konischen Umfangselements werden die Seitenflächen des Tiefbettbereichs und mit einem kleineren Durchmesserbereich wird der Grund des Tiefbettbereichs unter Einwirkung der Drückrolle geformt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Umfangselement verwendet wird, dessen axiale Länge kleiner als die zu formende Felge ist, und dass mit dem Umfangselement Räder mit unterschiedlicher axialer Länge der Felge geformt werden. Somit können etwa bei einem wesentlichen gleichen Design des scheibenförmigen Nabenbereiches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne größeren Aufwand unterschiedliche Felgenbreiten aus einem Ausgangswerkstück hergestellt werden.
  • Grundsätzlich kann das Umformen mit einer etwa horizontalen Rotationsachse erfolgen. Ein besonders formgenaues Durchführen des erfindungsgemäßen Umformverfahrens wird nach einer Verfahrensvariante dadurch erzielt, dass beim Umformen das Werkstück um eine vertikale Rotationsachse in Rotation versetzt wird. Die Zustellung der Drückrollen erfolgt dabei im Wesentlichen in radialer, horizontaler Richtung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils einer erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine; und
    Fig. 2
    eine Querschnittsansicht zu einem nach der Erfindung hergestellten Fahrzeugrad.
    Fig. 3a bis 3c
    Querschnittsansichten durch ein Werkstück bei verschiedenen Umformschritten gemäß einer Variante der Erfindung;
    Fig. 4a bis 4c
    Querschnittsansichten durch ein Werkstück in verschiedenen Umformschritten gemäß einer weiteren Variante der Erfindung;
    Fig. 5a bis 5d
    Querschnittsansichten durch ein Werkstück in verschiedenen Umformschritten gemäß einer weiteren Variante der Erfindung;
    Fig 6a bis 6e
    Querschnittsansichten durch ein Werkstück in verschiedenen Umformschritten gemäß einer weiteren Variante der Erfindung;
  • Eine erfindungsgemäße Drückwalzmaschine 10 weist ein Drückfutter 20 und ein gegenüberliegendes Gegenfutter 12 auf, zwischen welchen ein Werkstück 5 mit einem scheibenförmigen Nabenbereich 6 mit mittigem Zentrierloch und einem umzuformenden Umfangsbereich 7 axial eingespannt ist. Das Gegenfutter 12 und das Drückfutter 20 sind jeweils über einen Antriebsflansch 16 und 17 drehbar gelagert und mit einem, vorzugsweise je einem, nicht dargestellten Rotationsantrieb verbunden, wobei das Drückfutter 20, das Gegenfutter 12 und das eingespannte Werkstück 5 um eine vertikale, mittige Rotationsachse 2 beim Umformen rotierend angetrieben werden können.
  • Das Drückfutter 20 weist einen mittigen Grundträger 22 auf, an dessen freien Ende ein ring- oder scheibenförmiges Frontelement 24 lösbar mittels Schrauben befestigt ist. Das Frontelement 24 ist ebenso wie das gegenüberliegende Gegenfutter 12, welches mit einer Formfläche 14 versehen ist, an die Form des einzuspannenden Werkstücks 5 angepasst. Bei einer Designänderung des Werkstücks 5, insbesondere des Nabenbereichs 6, können das Gegenfutter 12 und das Frontelement 24 über die Schraubverbindungen leicht gelöst und durch entsprechend angepasste neue Elemente ausgetauscht werden. An der Formfläche 14 kann ein erstes Felgenhorn 56 eines herzustellenden Fahrzeugrades 50 ausgeformt werden.
  • Weiterhin weist das Drückfutter 20 ein hülsenförmiges Umfangselement 30 auf, welches axial verschiebbar auf dem Grundträger 22 gelagert ist. Zum Verschieben ist das Umfangselement 30 an einem Schubelement 28 befestigt, welches mittels eines nicht dargestellten Stellzylinders axial entlang der Rotationsachse 2 zwischen einer vorgeschobenen Anfangsposition und einer rückgezogenen Endposition verschiebbar ist, welche in Fig. 1 dargestellt ist. Das Umfangselement 30 weist in seinem vorderen oder oberen Bereich eine äußere Konusfläche 32 auf, welche sich nach oben hin verjüngt. In einem unteren End- oder Mittenbereich ist ein Formbereich 34 ausgebildet, welcher zum Ausformen eines zweiten Felgenhorns 58 an dem Fahrzeugrad 50 ausgeführt ist.
  • Zum Formen des Fahrzeugrades 50 aus dem Werkstück 5 werden mehrere Drückrollen 40, von denen nur eine schematisch angedeutet ist, radial an den Umfangsbereich 7 des Werkstücks 5 zugestellt. Dabei befindet sich das Umfangselement 30 des Drückfutters 20 in der oben liegenden Anfangsposition, so dass dieses als ein Widerlager für die am Werkstück 5 angreifende Drückrolle 40 dient. Die Drückrolle 40 wird zum Formen eines Felgenbereichs axial und in gewissem Umfang auch radial verstellt, wobei eine Wanddicke des Umfangsbereichs 7 verdünnt und zu dem Felgenbereich ausgewalzt wird. Mittels einer Steuerung wird abhängig von der Bewegung der Drückrolle 40 das hülsenförmige, konische Umfangselement 30 axial verfahren, so dass stets der gewünschte Innendurchmesserbereich als ein Widerlager für die Drückrolle 40 an der gewünschten Position bereitgestellt ist. Abhängig von einer vorgesehenen Länge des Felgenbereichs bleibt das Umfangselement 30 axial stehen, so dass bei einem weiteren Verfahren der Drückrolle 40 das Material des Werkstücks 5 an dem Formbereich 34 angeformt und so korrespondierend zu dem ersten Felgenhorn 56 am Nabenbereich 6 das zweite Felgenhorn 58 drückgewalzt wird.
  • In Fig. 1 sind zur Verdeutlichung der Flexibilität der erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine 10 bei der Radherstellung insgesamt drei verschiedene Längen des Fahrzeugrades 50 schematisch angedeutet. Das Drückfutter 20 ist somit in weitem Umfang unabhängig von dem auszuformenden Fahrzeugrad 50 und kann für unterschiedliche axiale Längen und Innenkonturen eingesetzt werden. Zur Erstellung ist lediglich die elektronische Steuerung anzupassen, ohne dass mechanische Umbauarbeiten an der Drückwalzmaschine 10 notwendig wären.
  • In Fig. 2 ist stark schematisiert eine weitere Form eines Fahrzeugrades 50 dargestellt, welche nach der Erfindung hergestellt werden kann. Das Fahrzeugrad 50 weist eine scheibenförmige Nabe 52 und eine trommelförmige Felge 60 auf, welche im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Radachse 51 angeordnet sind. Im Bereich der Nabe 52 können ein Mittenloch 54 sowie weitere Löcher, abhängig vom Design vorgesehen sein.
  • Die Felge 60 ist mit einem Felgenbett 62 versehen, welches sich von einem ersten Felgenhorn 56 bis zu einem zweiten Felgenhorn 58 erstreckt. An dem Felgenbett 62 ist in einem Mittenabschnitt ein Tiefbettbereich 64 ausgeformt. Der Tiefbettbereich 64 stellt eine radiale Einengung am Felgenbett 62 und damit einen Hinterschnittbereich 70 dar, welcher in Fig. 2 schematisch besonders verdeutlicht ist. Der Tiefbettbereich 64 kann auch eine andere Dimensionierung und Anordnung aufweisen, insbesondere kann dieser näher an dem freiragenden zweiten Felgenhorn 58 angeordnet sein.
  • Der Tiefbettbereich 64 weist zwei im Wesentlichen in einer radialen Richtung verlaufende, leicht angeschrägte Seitenflanken 66 auf, welche sich bis zu einem etwa zylindrischen Grund 68 erstrecken. Das Fahrzeugrad 50 mit der Felge 60 und dem Tiefbettbereich 64 kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem entsprechend konisch ausgebildeten Umfangselement 30 als ein Widerlager für außen angreifende Drückrollen 40 hergestellt werden. Das Umfangselement 30 wird dabei zur Bereitstellung des entsprechenden Durchmesserbereiches mittels einer Steuerung und entsprechenden Stellelement axial in Abhängigkeit von der Position der Drückrolle 40 verfahren.
  • Gemäß der Verfahrensvariante nach den Figuren 3a bis 3c wird ein topfförmiges Werkstück 5 mit einem radialen Nabenbereich 6 und einem trommelförmigen Umfangsbereich 7 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem drückgewalzten Radrohling gemäß Fig. 3b oder zu dem fertigen Rad gemäß Fig. 3c umgeformt, wobei in Figur 3b ein Zwischenschritt, beispielsweise ein Radrohling vor dem Bedrehen dargestellt ist.
  • Bei der Verfahrensvariante gemäß den Figuren 4a bis 4c wird ein im halb Querschnitt Y-förmiges Werkstück 5 verwendet, welches einen radialen Nabenbereich 6 und einen trommelförmigen Umfangsbereich 7 aufweist, welcher sich zu beiden Seiten des radialen Nabenbereichs 6 erstreckt. Bei dieser Verfahrensvariante kann eine Drückwalzmaschine verwendet werden, bei welcher das Gegenfutter gleich oder weitgehend gleich mit dem Drückfutter ausgebildet ist und ein verfahrbares Umfangselement aufweist.
  • Bei der Verfahrensvariante gemäß den Figuren 5a bis 5d wird ein scheibenförmiges Werkstück 5, auch Ronde genannt, als Ausgangswerkstück vorgesehen. Dieses wird durch Umlegen und teilweises Abspalten zu einer Zwischenform gemäß Fig. 5b umgeformt. Dabei wird der radiale Nabenbereich 6 und ein V-förmiger Umfangsbereich 7 ausgeformt. Das Werkstück 5 wird anschließend über den Zwischenschritt gemäß Fig. 5c zu dem Fahrzeugrad 50 mit einem Tiefbett endgeformt.
  • Gemäß der weiteren Verfahrensvariante nach den Figuren 6a bis 6e kann als Ausgangswerkstück ein rohrförmiges Werkstück 5 verwendet werden, welches den Umfangsbereich 7 bildet. Das Werkstück 5 kann dabei durch ein Gegenfutter eingespannt sein, welches als ein radiales Spannfutter, etwa als ein Vierbackenfutter, ausgebildet ist. Das Drückfutter kann somit zur Bearbeitung der gesamten radialen Innenseite des Werkstücks 5 eingesetzt werden. Gemäß Fig. 6e wird ein Rad 50 erreicht, welches allein aus der trommelförmigen Felge 60 besteht. Soweit ein Nabenbereich gewünscht ist, kann dieser separat hergestellt und etwa durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, oder Verschrauben an der Felge 60 befestigt werden.
  • Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante kann ein rohrförmiges Werkstück 5 gemäß Fig. 6 a mit beidseitig aufgeweiteten Bereichen über ein erfindungsgemäßes Drückfutter in doppelseitiger Ausführung aufgenommen und zuerst das Tiefbett durch Drücken oder Profilieren hergestellt werden, so dass dieser Bereich der axialen Aufnahme bzw. Sicherung gegen axiale Verschiebung bzw. zur Drehmomentübertragung für den anschließenden Drückwalzprozess mit axialem Verschieben der hülsenförmigen Umfangselemente dient.

Claims (13)

  1. Drückwalzmaschine zum Herstellen eines Rades, insbesondere eines Fahrzeugrades (50), mit einer Felge (60) aus einem Werkstück (5), mit
    - einem Drückfutter (20), dessen Außenseite zum Formen der Felge (60) ausgebildet ist,
    - einem Gegenfutter (12), welches relativ zum Drückfutter (20) axial verfahrbar ist, wobei das Werkstück (5) an dem Drückfutter (20) und/oder dem Gegenfutter (12) eingespannt ist,
    - einem Rotationsantrieb zum rotierenden Antreiben von Drückfutter (20) und Gegenfutter (12) mit dem eingespannten Werkstück (5) und
    - mindestens einer Drückrolle (40), welche axial und radial an das Werkstück (5) zum Formen der Felge (60) zustellbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Drückfutter (20) ein hülsenförmiges Umfangselement (30) aufweist, welches beim Umformen axial zum Werkstück (5) verfahrbar ist, und
    - dass eine Steuerung vorgesehen ist, mittels welcher beim Umformen der Felge (60) die mindestens eine Drückrolle (40) und das Umfangselement (30) des Drückfutters (20) aufeinander abgestimmt axial relativ zum Werkstück (5) verfahrbar sind.
  2. Drückwalzmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das hülsenförmige Umfangselement (30) zumindest bereichsweise konisch ausgebildet ist, wobei sich das Umfangselement (30) zu einem freien Ende hin verjüngt.
  3. Drückwalzmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Drückfutter (20) einen Grundträger (22) aufweist, auf welchem das Umfangselement (30) axial verschiebbar gelagert ist, und dass an einer freien Vorderseite des Grundträgers (22) ein Frontelement (24) angeordnet ist, wobei eine radiale Nabe (52) oder ein Tiefbett (64) zwischen dem Drückfutter (20) mit dem Frontelement (24) und dem Gegenfutter (12) axial einspannbar ist.
  4. Drückwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einem Bereich des Umfangselementes (30), , ein Formbereich (34) angeordnet ist, welcher zum Formen eines Felgenhorns (58) an der Felge (60) ausgebildet ist.
  5. Drückwalzmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Formen eines axialen Hinterschnittbereichs (70) an der Felge (60) die Steuerung zum relativen axialen Verfahren von der mindestens einen Drückrolle (40) und dem Umfangselement (30) ausgebildet ist, so dass die mindestens eine Drückrolle (40) zunächst an einem ersten Durchmesserbereich des konischen Umfangselements (30) angreift, anschließend an einem zweiten Durchmesserbereich des Umfangselements (30) angreift, welcher kleiner als der erste Durchmesserbereich ist, und dann an einem dritten Durchmesserbereich des Umfangselementes (30) angreift, welcher größer als der zweite Durchmesserbereich ist.
  6. Drückwalzmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum axialen Verschieben des Umfangselements (30) auf dem Grundträger (22) mindestens ein Stellelement, insbesondere ein Stellzylinder oder ein Spindelantrieb, vorgesehen ist.
  7. Drückwalzmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Frontelement (24) wechselbar an dem Grundträger (22) befestigt ist.
  8. Umformverfahren zum Herstellen eines Rades, insbesondere eines Fahrzeugrades (50), mit einer Felge (60) aus einem Werkstück (5), bei dem
    - das Werkstück (5) an einem Drückfutter (20), dessen Außenseite zum Formen der Felge (60) ausgebildet ist, und/oder einem Gegenfutter (12) eingespannt wird,
    - mit einem Rotationsantrieb das eingespannte Werkstück (5) in Rotation versetzt wird und
    - mindestens eine Drückrolle (40) axial und radial an das rotierende Werkstück (5) zugestellt wird, wobei die Felge (60) geformt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Drückfutter (20) ein hülsenförmiges Umfangselement (30) aufweist, welches beim Formen der Felge (60) axial verfahren wird , und
    - dass beim Formen der Felge (60) die mindestens eine Drückrolle (40) und das Umfangselement (30) des Drückfutters (20) aufeinander abgestimmt axial relativ zum Werkstück (5) verfahren werden.
  9. Umformverfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Drückrollen (40) gleichmäßig verteilt über den Umfang des Werkstücks (5) und axial versetzt zueinander an das Werkstück (5) zugestellt werden.
  10. Umformverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Formen der Felge (60) die mindestens eine Drückrolle (40) und das Umfangselement (30) unterschiedlich axial verfahren werden.
  11. Umformverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Formen eines axialen Hinterschnittbereichs (70) an der Felge (60) die mindestens eine Drückrolle (40) zunächst an einem ersten Durchmesserbereich des konischen Umfangselements (30) angreift, anschließend die mindestens eine Drückrolle (40) an einem zweiten Durchmesserbereich des Umfangselements (30) angreift, welcher kleiner als der erste Durchmesserbereich ist, und dann die mindestens eine Drückrolle (40) an einem dritten Durchmesserbereich des Umfangselements (30) angreift, welcher größer als der zweite Durchmesserbereich ist.
  12. Umformverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Umfangselement (30) verwendet wird, dessen axiale Länge kleiner als die zu formende Felge (60) ist, und
    dass mit dem Umfangselement (30) Räder mit unterschiedlicher axialer Länge der Felge (60) geformt werden.
  13. Umformverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Umformen das Werkstück (5) um eine vertikale Rotationsachse (2) in Rotation versetzt wird.
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