EP3743228A1 - Verfahren zur herstellung einer radschüssel - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer radschüssel

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EP3743228A1
EP3743228A1 EP18701752.0A EP18701752A EP3743228A1 EP 3743228 A1 EP3743228 A1 EP 3743228A1 EP 18701752 A EP18701752 A EP 18701752A EP 3743228 A1 EP3743228 A1 EP 3743228A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaped
wheel
spoke
bowl
radschüsselvorform
Prior art date
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Granted
Application number
EP18701752.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3743228B1 (de
Inventor
David Pieronek
Rolf Dams
Werner STRICK
Stéphane GRAFF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3743228A1 publication Critical patent/EP3743228A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3743228B1 publication Critical patent/EP3743228B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
    • B21D53/32—Making other particular articles wheels or the like wheel covers
    • 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
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/001—Shaping combined with punching, e.g. stamping and perforating
    • 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
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a wheel dish for a vehicle wheel having an interior area with a wheel area, in which wheel bolt holes are provided with a Radschraubenlochgeometrie and / or a Radschraubensitz Chemistry, an outdoor area with a Radschadorelappen for connection to a rim and a the outer and inner area connecting center area.
  • Vehicle wheels or motor vehicle wheels are safety components and must therefore be able to withstand the high mechanical and dynamic cyclical loads during ferry operation.
  • Conventional "steel wheels” in sheet metal design consist of a wheel bowl (wheel disc), which ensures the connection to the wheel hub and a rim (rim tape), which receives the tire.
  • the wheel components are nowadays manufactured on step presses in several steps (up to eleven steps) by cold forming (deep drawing, flow forming, profiling).
  • step presses in several steps (up to eleven steps) by cold forming (deep drawing, flow forming, profiling).
  • microalloyed steels structural steel, fine grained steel
  • dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa have been used.
  • the joining technique used is preferably an MAG weld in combination with a press connection (deep-bed rim).
  • the weight of the vehicle wheels has a disproportionate effect as a rotationally moving mass on the energy consumption of the vehicles as well as on the unsprung masses. Therefore, in general, the lowest possible vehicle wheel weight should be aimed at ideally high rigidity.
  • Compared to conventionally produced vehicle wheels further lightweight construction potential can be tapped with steel, if on the one hand material with higher strength or fatigue strength for safe recording of operating loads is used, and on the other geometrical adjustments, such as stampings to compensate for stiffness losses due to lower material thicknesses can be implemented. With increasing material strength, however, the cold workability of conventional steels (carbon steel) usually decreases, which is almost exhausted even in today's wheeled dishes.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for the production of Rad bowls for steel wheels, as well as a corresponding method for the production of Vehicle wheels that provide greater design freedom, rigidity, weight reduction, durability and safety.
  • the inventors have found that the processing capabilities, especially in the direct hot forming of wheel disks, are not sufficient to produce in particular design-optimized and / or spoke-shaped wheel disks with acceptable sheet thinning. For this reason, it is proposed to provide a substantially planar board made of a hardenable steel material (steel sheet) cold-formed into a bowl-shaped preform, optionally with the bowl-shaped preform being punched before, during or after its manufacture, the bowl-shaped preform into a spoke-shaped wheel bowl - cold-forming the preform, optionally perforating the spoke-shaped wheel-shell preform before, during or after its manufacture, then heating the spoke-shaped wheel-bowl preform to a temperature of at least A Cl , then hot-forming or forming it with at least partial press-hardening.
  • a hardenable steel material steel material
  • the wheel bolt geometry and / or the wheel bolt seat surface of the wheel bolt holes are formed and / or calibrated during hot forming.
  • the hot forming of the spoke-shaped Radschüsselvorform takes place a molding and / or calibration of Radschraubenlöcher, wherein under formation generating a substantially conical or spherical Radschraubensitz Structure, which in particular for receiving a bolt or screw for releasably connecting the vehicle wheel to a wheel carrier, especially in connection with a massive forming of Radschraubenloches to understand.
  • the massive forming a generated at the edge of the Radschraubenlochs substantially chamfer is generated, with the required Force for massive forming and formability during hot forming compared to cold forming is lower.
  • the microstructure begins to convert to austenite and, in particular, is completely austenitic when the temperature A C3 is exceeded.
  • the spoke-shaped Radschüsselvorform is heated to a temperature of at least A C3 , so that there is a substantially austenitic structure in the entire component.
  • AQ and Ac 3 are characteristic values which are dependent on the composition (alloy constituents) of the steel material used and can be taken from so-called ZTA or ZTU diagrams.
  • the at least partial press-hardening preferably takes place in a tool in which hot-forming is carried out, the tool consisting, for example, of at least two tool parts, in particular at least one upper and at least one lower tool part, wherein at least one region in which the press-hardening is implemented is to be cooled, in particular actively cooled, so that a rapid cooling by contact with the tool part, in particular with its tool surface / -wirk Structure, is effected to austenite in a hard structure, which in particular predominantly martensite and / or bainite may have convert.
  • the required cooling rates can also be taken from the ZTU diagrams, depending on the desired microstructure.
  • hot forming is meant in particular a transfer of the spoke-shaped wheel bowl preform into the desired final geometry (desired geometry) of the wheel disc.
  • a final component with final mechanical properties and at least partially predominantly martensitic and / or bainitic microstructure of the wheel disc is provided. If required, the wheel disc can also be completely press-hardened.
  • Calibration means in particular, suitable measures which bring about the improvement in the dimensional accuracy or the maintenance of tolerances. Even a “pure” press hardening is conceivable.
  • the cold-forming of the bowl-shaped preform into the spoke-shaped Radschdorflvorform by die-cutting takes place in at least one tool having at least a first tool part and at least a second tool part.
  • the bowl-shaped preform is placed on the second tool part,
  • the outer region of the bowl-shaped preform is at least partially positively in contact with the outer region of the second tool part, in particular its tool surface / -wirk Structure.
  • the first tool part may correspond to an upper tool part and the second tool part to a lower tool part of the tool.
  • the outer area of the spoke-shaped wheel dish preform to be produced is between the outer areas the two tool parts, in particular their tool surfaces / -wirk vom, held positively and / or non-positively. Due to the positive and / or non-positive contact in the outer area, a material flow / displacement can be prevented or inhibited to the outside, so that a targeted displacement of the material or a material flow from outside to inside, in particular in the critical Radschdorfl Complex can be done.
  • the bowl-shaped preform can be made into the spoke-shaped wheel bowl preform by stretch and / or deep drawing.
  • At least one hole is introduced before, during or after the production of the bowl-shaped preform or the spoke-shaped wheel bowl preform.
  • a center hole is introduced before, during or after the production of the bowl-shaped preform.
  • the center hole serves not only for the later centering of a finished vehicle wheel during assembly to a vehicle-side wheel carrier, but also allows a relief of the material during cold forming to a spoke-shaped Radschdorflvorform, especially in the formation of the inner region of the spoke-shaped Radschadorelvorform.
  • a circumferential around the center hole collar is turned off, in particular to to increase the contact area between the wheel disc and the wheel carrier or its hub.
  • a plurality of ventilation holes and / or a plurality of wheel bolt holes are introduced before, during or after the production of the spoke-shaped wheel-shell preform, in particular before hot-forming.
  • existing tools can be used and trimming or punching is not integrated in the hot forming tool so as not to unnecessarily increase the complexity of the hot forming tools and the process control.
  • the ventilation holes are introduced in such a way that results in a spoke-shaped Radschadorelvorform respectively Radschadorel.
  • the spoke-shaped Radschadorelvorform respectively the wheel are non-rotationally symmetrical.
  • an at least partially circumferential collar around the ventilation hole is turned off during the hot forming, whereby the component stiffness can be increased and edge crack tendency during operation can be reduced.
  • a collar running around the center hole can be turned off and / or calibrated if the collar has not yet been produced in the course of the cold forming to form the wheel disc preform.
  • the dimensional accuracy and shape tolerance can be improved by the hot forming.
  • the hot forming takes place with at least partial press hardening in one working stroke. Due to the concentration of hot forming with at least partial press hardening in one tool, lower investment costs are incurred compared to several tools or operating stages.
  • the outer region of the bowl-shaped preform or the outer region and / or the inner region of the spoke-shaped Radschadorelvorform is molded close to the final contour.
  • the outer region of the bowl-shaped preform or the outer region and / or the inner region of the spoke-shaped Radschadorelvorform substantially corresponds to the outer region and / or inner region of the finished or final Radschadorel. This has the advantage that a subsequent trimming can be omitted, in particular on the finished or final wheel.
  • a component edge in particular the outer region of the bowl-shaped preform or the spoke-shaped Radschadorelvorform be pulled in particular with a remaining flange, wherein in a downstream Operation by forming and / or trimming the spoke-shaped Radschadorelvorform respectively Radschadorel can be converted into the final geometry.
  • the press hardening takes place at least in the wheelbase area of the wheel bowl. If a predominantly martensitic and / or bainitic structure is present at least in the wheelbase area of the wheel disc, this advantageously leads to a high cyclic flexural fatigue strength in the region of critical failure and enables high preload forces of the wheel bolts or bolts, which has a particularly positive effect on the operational stability.
  • the press hardening can take place on the entire wheel dish or in sections, for example only on the inside area or on the interior area and middle area of the wheel bowl, depending on the design of the vehicle wheel.
  • the outer region of the wheel bowl is not fully or not press-hardened, so that in particular the Radschüsselappen learns when joining preferably by welding no loss of hardness in the weld or in the formed heat affected zone, since a so-called hardening bag acts as a metallurgical notch and Thus, a safe operating strength of the vehicle could not be guaranteed.
  • the bowl-shaped preform and / or the spoke-shaped Radschadorelvorform and / or the Radschadorel a trimming and / or at least partially reshaping, in particular a at least partially calibrated be subjected.
  • a trim is made on the bowl-shaped preform to remove, for example, excess material left over during cold working.
  • the cold forming of the substantially planar board into a bowl-shaped preform can be produced, for example, by deep-drawing and / or stretch-drawing methods.
  • the bowl-shaped preform can also be produced by rolling, in particular by pressure-rolling.
  • An advantage of the spin forming is that material, in particular additional material can be placed at defined locations, especially for follow-up operations.
  • the spoke-shaped Radschadorelvorform or Radschadorel may alternatively or additionally be at least partially reshaped, for example, calibrated to meet tolerance requirements.
  • Either the trimming and / or the post-forming takes place or takes place in the tool for producing the spoke-shaped wheel-shell preform or in the hot-forming tool or in a separate tool.
  • a trimming of the wheel can also be done by laser.
  • suitable hardenable steel materials conventional manufacturing roads of the wheel manufacturers can continue to be used and cost associated with individual components for thehariradherzan be produced because the hardenable steel materials in their delivery state respectively cold processing state have moderate strengths comparable to the previously conventionally used steel materials and thereby have comparable suitable forming properties, which are particularly suitable for cold (pre-) forming the wheel disc.
  • the potential of hardenable steel materials has not yet been exhausted after (cold) shaping.
  • the provided, hardenable steel material can be a hot-forming steel or tempered steel, in particular grade C22, C35, C45, C55, C60, 42CrMo4, a manganese-containing steel, in particular grade 8MnCrB13, 16MnB5, 16MnCr5, 20MnB5, 22MnB5, 30MnB5, 37MnB4, 37MnB5 , 40MnB4, a case steel, an air-hardening steel or a multi-layer steel composite material, for example, with three steel layers in which at least one of the layers is curable, be.
  • the steel material used has a carbon content of at least 0, 10 wt .-%, in particular of at least 0, 15 wt .-%, preferably of at least 0.22 wt .-% to.
  • the invention provides a method for producing a vehicle wheel, comprising the steps of: providing a wheel dish produced according to the invention; Providing a rim cold-formed from a steel material; Undetachable connection of the rim with the wheel disc.
  • the wheel is connected via the Radschdorflappen cohesively and in particular with additional adhesion to the rim.
  • FIG. 1 shows a process sequence of a method for producing a wheel disc according to an embodiment of the invention in a schematic sectional view (along the line II),
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view along the line ll-ll during the
  • FIG. 3 shows a schematic partial section prior to the shaping and / or calibration of the wheel bolt geometry and / or the wheel bolt seat surface of a wheel bolt hole during hot forming with at least partial press hardening
  • FIG. 4 shows a diagrammatic partial section before the production of a collar which extends at least partially around a ventilation hole during hot forming with at least partial press hardening
  • Fig. 5 shows a schematic perspective view of a wheel and bowl
  • FIG. 6 shows a method sequence of a method for producing a vehicle wheel.
  • FIG. 1 shows a process sequence of a method for producing a wheel disc d ""), cf. 5, for a vehicle wheel having an inner region (2) with a wheel contact area (2.1) in which wheel bolt holes (2.3) with a wheel bolt hole geometry and / or a wheel bolt seat surface (2.31) are provided, an outer area (3) with a Radschadorelappen (3.1) for connection to a rim and a the outer and inner regions (2, 3) connecting center region (4) according to an embodiment of the invention in a schematic perspective view.
  • a thickness-adapted board in particular a tailored product, for example a tailored welded blank or a pressed-rolled board, of a suitable hardenable steel material (steel sheet), wherein the steel material used has a carbon content of at least 0, 10 wt .-%, in particular of at least 0, 15 wt .-%, preferably of at least 0.22 wt .-%, takes place in the first step by cold forming, in particular by a gravure and / or Streckziehclar by suitable means (tool) one or more stages or alternatively by a spin forming, not shown, the production of a bowl-shaped preform (G).
  • a suitable hardenable steel material steel material
  • the bowl-shaped preform (G) can already have an outer area (3), in particular have a Radschadorelappen (3.1), which corresponds to the outer region (3) and the Radschadorellappen (3.1) of the finished Radschadorel (1 ""), wherein the Radschadorellappen (3.1) forms the contact surface to a rim, not shown, via which a compound, in particular a material and preferably non-positive connection between Radschadorel (1 "") and rim is generated.
  • the bowl-shaped preform (12) is preferably transferred by die-cutting into a spoke-shaped wheel-shell preform (1 "), see FIG. 2. Die-cutting takes place in at least one tool (10) having at least one first tool part (11) and at least one second tool part (12).
  • a hole (5) in particular a center hole can be introduced prior to insertion into the tool (10).
  • the hole (5) can be introduced in a separate, not shown tool or in the course of cold forming the bowl-shaped preform () or before the cold forming in the planar board (1).
  • the bowl-shaped preform (12) is placed on the second tool part (12), in particular the outer area (3) of the bowl-shaped preform (G) is in form-locking contact with the outer area (12.2) of the second tool part (12) at least in regions, in particular its tool surface / -wirk Applications.
  • the outer region (3) of the spoke-shaped wheel-shell preform (1 ") to be produced between the outer regions (11.2, 12.2) of the two tool parts (11, 12), in particular their tool surfaces / surfaces, is shaped. and / or non-positively held.
  • a material flow or a material displacement can be prevented or inhibited to the outside, so that targeted a displacement of the material or a material flow, symbolized by the arrows of outside to the inside, in particular in the critical Radschdorfl Complex can be done.
  • the spoke-shaped Radschüsselvorform (1 ") is formed in the bottom dead center of the tool (10).
  • a circumferential collar (2.2) has been turned off.
  • means may be integrated, not shown, with which a plurality of ventilation holes (4.1) and a plurality of wheel bolt holes (2.3) in the spoke-shaped Radschadorelvorform (1 ") can be introduced.
  • the holes (2.3, 4.1) can alternatively be introduced in a separate, not shown trimming / punching tool.
  • the ventilation holes (4.1) have preferably been introduced such that a spoke-shaped and in particular non-rotationally symmetrical Radschadorelvorform (1 "') has resulted.
  • the perforated Radschadorelvorform (1 "') is heated, for example in an oven, not shown, to a temperature of at least Ac3, so that there is a substantially austenitic structure throughout the component.
  • the use of other suitable heat sources is also conceivable.
  • the heat-treated spoke-shaped Radschadorelvorform (1 "') is placed in a hot forming tool (20) and formed by closing the hot forming tool (20) to final geometry or formed.
  • the hot forming tool (20) consists of at least two tool parts, in this embodiment, for example, four tool parts, an upper tool part (21), in the tool part (21) integrated punch-shaped tool part (24) and two lower tool parts (22, 23).
  • the lower tool parts (22, 23) can be moved or moved separately from each other, for example, the tool part (22) can also be rigid.
  • the lower tool parts (22, 23) can also be formed in one piece.
  • the tool part (23) is provided with means (23.1), in particular with fluid lines close to the tool-part surface through which a fluid flows and actively cools the tool part (23).
  • the tool parts (21, 22, 24) are made of materials and / or have on their tool surfaces / -wirk moral, which are in contact with the Radschadorelvorform (1 "'), a coating on which a rapid cooling, especially in the central region (4) and / or preferably in the outer region (3) of the spoke-shaped Radschadorelvorform (1 "') prevent or the tool parts (21, 22, 24) can be actively tempered by suitable means not shown, so that in this or in these areas in As a result of the hot forming, an undershooting of the M s - Temperature (martensite start) is substantially avoided to exclude a transformation into a structure of predominantly martensite and / or bainite.
  • FIG. 6 shows a method sequence for producing a vehicle wheel.
  • a wheel dish (1 "" produced according to the invention and a rim which is cold-formed from a steel material (A, B).
  • the rim is inextricably connected to the wheel disc (1 "") (C), particularly preferably cohesively and in particular with additional frictional connection via the Radschdorfllappen (3.1) connected to the rim.
  • Sophisticated designs can be implemented with the method according to the invention for the production of wheels for vehicle wheels, without running the risk of critical sheet thinning at an early stage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (1"") für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich (2) mit einem Radanlagebereich (2.1), in welchem Radschraubenlöcher (2.3) mit einer Radschraubenlochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche (2.31) vorgesehen sind, einen Außenbereich (3) mit einem Radschüssellappen (3.1) zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich (2.3) verbindenden Mittenbereich (4). Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich mit einem Radanlagebereich, in welchem Radschraubenlöcher mit einer Radschraubenlochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche vorgesehen sind, einen Außenbereich mit einem Radschüssellappen zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich verbindenden Mittenbereich.
Technischer Hintergrund
Fahrzeugräder bzw. Kraftfahrzeugräder sind Sicherheitsbauteile und müssen daher die hohen mechanischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen im Fährbetrieb dauerfest auf- nehmen können. Konventionelle „Stahlräder“ in Blechbauweise bestehen aus einer Rad- schüssel (Radscheibe), welche die Verbindung zur Radnabe sicherstellt und einer Felge (Felgenband), welche den Reifen aufnimmt. Die Radkomponenten werden heutzutage auf Stufenpressen in mehreren Schritten (bis zu elf Stufen) durch Kaltumformung (Tiefziehen, Drückwalzen, Profilieren) gefertigt. Dabei kommen bisher ausschließlich mikrolegierte Stähle (Baustahl, Feinkornstahl) und Dualphasen-Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa zum Einsatz. Als Fügetechnik wird vorzugsweise eine MAG- Schweißung in Kombination mit einer Pressverbindung (Tiefbettfelge) vorgesehen.
Das Gewicht der Fahrzeugräder wirkt sich als rotatorisch-bewegte Masse überproportional auf den Energieverbrauch der Fahrzeuge sowie zusätzlich auch auf die ungefederten Massen aus. Daher ist generell ein möglichst geringes Fahrzeugradgewicht bei idealerweise hoher Steifig keit anzustreben. Gegenüber konventionell hergestellten Fahrzeugrädern kann weiteres Leichtbaupotenzial mit Stahl erschlossen werden, wenn zum einen Material mit höherer Festigkeit bzw. Schwingfestigkeit zur sicheren Aufnahme der Betriebslasten verwendet wird, und zum anderen Geometrieanpassungen, wie z.B. Verprägungen zur Kompensierung der Steifigkeitsverluste aufgrund geringeren Materialdicken umgesetzt werden können. Mit ansteigender Materialfestigkeit nimmt aber in der Regel auch die Kaltumformbarkeit konventioneller Stähle (Kohlenstoffstahl) ab, welche schon bei heutigen Radschüsseln annähernd ausgereizt ist. Somit stößt der Leichtbau mit kaltumformbaren und höherfesten Stählen auf Basis heutiger Fertigungskonzepte für Räder an technische Grenzen. Neben dem Gewicht der Räder spielt zudem das Design eine wesentliche Rolle. Die Designfreiheit und Attraktivität bekannter Stahlräder ist daher ebenfalls mit konventionellen Bauweisen und Werkstoffen stark eingeschränkt. Neben dem sogenannten Kaltumformen wird unter anderem auch das sogenannte Warm- umformen im Fahrzeug-/Karosseriebau angewandt, in Fachkreisen auch unter der indirekten oder direkten Warmumformung bekannt. Durch den Einsatz der Warmumformung kann die Anforderung nach einer hohen Umformbarkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeiten der endgeformten Bauteile erfüllt werden. Entsprechende Umformverfahren, die unter Ein- beziehung einer vorangehenden Wärmebehandlung des Werkstücks, beispielsweise in einem separaten Ofen erfolgen, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, insbesondere das Warmumformen und Presshärten von Stahlblech. Allerdings ist der Einsatz der Warm- umformung für maßgeblich zyklisch-belastete Bauteile aus Stahlblech, wie z.B. Querlenker, Räder, Achsträger, im automobilen Fahrzeugbau bisher nicht etabliert.
Als Stand der Technik zur (Blech-)Warmumformung von Personenkraftwagenräder bezieh- ungsweise entsprechenden Radschüsseln, welche zumindest bereichsweise pressgehärtet sein können, wird auf Druckschriften DE 10 2007 019 485 Al, DE 10 2013 114 245 B3 und DE 10 2014 108 901 B3 verwiesen. Der Fokus dieser Schriften liegt im Wesentlichen auf den lokalen mechanischen Bauteileigenschaften nach der Warmumformung beziehungsweise Presshärtung sowie entsprechenden Verfahrensschritten beziehungsweise Vorrichtungen zur Darstellung von Standard-Stahlrädern ohne Designanspruch, welche in der Regel hinsichtlich der Kontur außerhalb des Radanlagebereichs (Mitten- und Außenbereich) rotations- symmetrisch ausgeführt sind.
Aus den Druckschriften DE 11 2007 000 239 T5 sowie EP 2 495 110 Bl sind Verfahren zur Herstellung designoptimierter und/oder speichenförmiger Radschüsseln aus Stahlblech für Fahrzeugräder durch mehrstufige Kaltumformung mit entsprechenden Vorrichtungen bekannt. Nachteilig sind bei diesen bekannten Verfahren die resultierende „hohe“ Blechdicke der Radschüssel, welche aufgrund der großflächigen Belüftungslöcher strukturell erforderlich ist (ca. 5, 0-6,0 mm) sowie die Limitierung hinsichtlich weiterer Designoptimierungen aufgrund der fast vollständig ausgebrauchten Umformreserve. Auch der mehrstufige Kaltumform- prozess zur Herstellung designoptimierter und/oder speichenförmiger Radschüsseln ist nicht trivial.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Rad- schüsseln für Stahlräder anzugeben, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugrädern, welche eine höhere Designfreiheit, Steifigkeit, Gewichtsreduzierung, Betriebsfestigkeit und Sicherheit gewährleisten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Schwingfestigkeitsuntersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass härtbare Stahlwerkstoffe mit einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur, wie zum Beispiel Mangan-Bor-, Vergütungs- und lufthärtende Stähle, gegenüber den konventionell verwendeten Dualphasen- und mikrolegierten Stählen eine deutlich gesteigerte zyklische Biegewechselfestigkeit aufweisen und damit prinzipiell weiteren Leichtbau durch Blech- dickenreduzierung, insbesondere der Radschüssel, ermöglichen. Zudem kann durch die mögliche Blechdickenreduzierung positiv Einfluss auf das Design der Radschüssel genommen werden, da Radien kleiner dimensioniert werden können und damit das generelle Design anspruchsvoller gestaltet werden kann. Einschränkend haben die Erfinder festgestellt, dass die Verarbeitungsmöglichkeiten, insbesondere bei der direkten Warmumformung von Radschüsseln nicht ausreichend sind, um insbesondere designoptimierte und/oder speichenförmige Radschüsseln mit akzeptabler Blechausdünnung zu erzeugen. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, eine im Wesentlichen ebene Platine aus einem härtbaren Stahlwerkstoff (Stahlblech) bereitzustellen, diese in eine schüsselförmige Vorform kalt umzuformen, wobei optional die schüsselförmige Vorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird, die schüsselförmige Vorform in eine speichenförmige Radschüssel- vorform kalt umzuformen, wobei optional die speichenförmige Radschüsselvorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird, dann die speichenförmige Rad- schüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens ACl zu erwärmen, um sie anschließend warm mit zumindest teilweisen Presshärten aus- oder umzuformen.
Erfindungsgemäß werden die Radschraubengeometrie und/oder die Radschraubensitzfläche der Radschraubenlöcher während der Warmumformung ausgeformt und/oder kalibriert. Während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform erfolgt eine Aus- formung und/oder Kalibrierung der Radschraubenlöcher, wobei unter Ausformung eine Erzeugung eines im Wesentlichen kegel- bzw. kugelförmigen Radschraubensitzfläche, welche insbesondere zur Aufnahme eines Bolzens oder Schraube zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an einen Radträger, insbesondere in Verbindung mit einer Massivumformung des Radschraubenloches, zu verstehen ist. Durch die Massivumformung wird eine am Rand des Radschraubenlochs im Wesentlichen umlaufende Fase erzeugt, wobei die erforderliche Kraft zur Massivumformung sowie Umformbarkeit bei der Warmumformung im Vergleich zur Kaltumformung geringer ist.
Bei der Temperatur ACl beginnt das Gefüge in Austenit umzuwandeln und liegt insbesondere vollständig austenitisch vor, wenn die Temperatur AC3 überschritten wird. Bevorzugt wird die speichenförmige Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens AC3 erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge vorliegt. AQ und Ac3 sind Kennwerte, welche abhängig von der Zusammensetzung (Legierungsbestandteile) des verwendeten Stahlwerkstoffs sind und aus sogenannten ZTA- bzw. ZTU-Schaubildern entnommen werden können. Das zumindest teilweise Presshärten erfolgt vorzugsweise in einem Werkzeug, in welchem die Warmumformung durchgeführt wird, wobei das Werkzeug, welches beispielsweise aus mindestens zwei Werkzeugteilen, insbesondere mindestens einem oberen und mindestens einem unteren Werkzeugteil, besteht, wobei mindestens ein Bereich, in dem das Presshärten umgesetzt werden soll, insbesondere aktiv gekühlt wird, so dass eine rasche Abkühlung durch Kontakt mit dem Werkzeugteil, insbesondere mit dessen Werk- zeugoberfläche/-wirkfläche, bewirkt wird, um Austenit in ein hartes Gefüge, welches insbesondere überwiegend Martensit und/oder Bainit aufweisen kann, umzuwandeln. Die erforderlichen Abkühlraten können in Abhängigkeit von dem gewünschten Gefüge ebenfalls aus den ZTU-Schaubildern entnommen werden.
Unter Warmumformung ist insbesondere eine Überführung der speichenförmigen Rad- schüsselvorform in die gewünschte Endgeometrie (Sollgeometrie) der Radschüssel zu verstehen. In Kombination mit einem zumindest teilweisen Presshärten wird ein finales Bauteil mit finalen mechanischen Eigenschaften und zumindest teilweise überwiegend marten- sitischer und/oder bainitischer Gefügestruktur der Radschüssel bereitgestellt. Bei Bedarf kann die Radschüssel auch vollständig pressgehärtet sein.
Unter Kalibrieren sind insbesondere geeignete Maßnahmen zu verstehen, welche zur Verbesserung der Maßhaltigkeit beziehungsweise Einhaltung von Toleranzen bewirken. Auch eine„reine“ Presshärtung ist denkbar.
Gemäß einer Ausführung erfolgt die Kaltumformung der schüsselförmigen Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Formstanzen (Crashforming) in mindestens einem Werkzeug aufweisend mindestens ein erstes Werkzeugteil und mindestens ein zweites Werkzeugteil. Dabei wird die schüsselförmige Vorform auf dem zweiten Werkzeugteil platziert, insbesondere steht der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform zumindest bereichsweise formschlüssig in Kontakt mit dem Außenbereich des zweiten Werkzeugteils, insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche. Das erste Werkzeugteil kann einem oberen Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil einem unteren Werkzeugteil des Werkzeugs entsprechen. Durch Zufahren des Werkzeugs gelangt zunächst der Innenbereich des ersten Werkzeugteils, insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche, bereichsweise in Kontakt mit dem zu erzeugenden Radanlagebereich an der schüsselförmigen Vorform und vor Erreichen des unteren Totpunktes wird der Außenbereich der zu erzeugenden speichen- förmigen Radschüsselvorform zwischen den Außenbereichen der beiden Werkzeugteile, insbesondere deren Werkzeugoberflächen/-wirkflächen, form-und/oder kraftschlüssig gehalten. Durch den form- und/oder kraftschlüssigen Kontakt im Außenbereich kann ein Materialfluss/-verlagerung nach außen verhindert bzw. gehemmt werden, so dass gezielt eine Verlagerung des Materials respektive ein Materialfluss von außen nach innen, insbesondere in den kritischen Radschüsselbereich erfolgen kann. Dadurch kann eine kritische Blechaus- dünnung respektive Reduzierung der Materialdicke insbesondere im zu erzeugenden Innen- bereich und/oder Mittenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform im Wesentlichen verhindert werden, welche zu Reißern und damit zum Ausschuss führen könnte. Durch diese Vorgehensweise mit gezielter Materialverlagerung von außen nach innen sind anspruchsvolle Fahrzeugrad-Designs überhaupt erst möglich, da einer vorzeitigen Blechausdünnung entgegengewirkt werden kann. Im unteren Totpunkt des Werkzeugs ist die speichenförmige Radschüsselvorform ausgeformt.
Alternativ kann die schüsselförmige Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Streck- und/oder Tiefziehen erfolgen.
Gemäß einer Ausführung wird vor, während oder nach dem Erzeugen der schüsselförmigen Vorform oder der speichenförmigen Radschüsselvorform mindestens ein Loch eingebracht. Vorzugsweise wird ein Mittenloch vor, während oder nach dem Erzeugen der schüssel- förmigen Vorform eingebracht. Das Mittenloch dient nicht nur zur späteren Zentrierung eines fertigen Fahrzeugrades bei der Montage an einen fahrzeugseitigen Radträger, sondern ermög- licht eine Entlastung des Materials bei der Kaltumformung zu einer speichenförmigen Rad- schüsselvorform, insbesondere bei der Ausformung des Innenbereichs der speichenförmigen Radschüsselvorform. Beispielsweise wird während der Erzeugung der speichenförmigen Radschüsselvorform ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt, insbesondere um den Kontaktbereich/-fläche zwischen der Radschüssel und dem Radträger bzw. dessen Nabe zu erhöhen.
Vorzugsweise werden mehrere Belüftungslöcher und/oder mehrere Radschraubenlöcher vor, während oder nach dem Erzeugen der speichenförmigen Radschüsselvorform, insbesondere vor der Warmumformung eingebracht. Dadurch lassen sich bereits vorhandene Werkzeuge nutzen und ein Beschnitt respektive Lochen wird nicht im Warmumformzeug integriert, um die Komplexität der Warmumformwerkzeuge und der Prozessführung nicht unnötig zu erhöhen. Besonders bevorzugt werden die Belüftungslöcher derart eingebracht, dass sich eine speichenförmige Radschüsselvorform respektive Radschüssel ergibt. Insbesondere sind die speichenförmige Radschüsselvorform respektive die Radschüssel nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet.
Gemäß einer Ausführung werden während der Warmumformung ein zumindest abschnitts- weise um das Belüftungsloch umlaufender Kragen abgestellt, wodurch die Bauteilsteifigkeit erhöht und Kantenrissneigung im Betrieb reduziert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt und/oder kalibriert werden, falls der Kragen noch nicht im Zuge der Kaltumformung zu der Radschüsselvorform erzeugt wurde. Zusätzlich kann durch die Warmumformung zudem die Maßhaltigkeit und Formtoleranz verbessert werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Warmumformung mit zumindest teil- weisen Presshärten in einem Arbeitshub. Durch die Konzentration der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten in einem Werkzeug fallen im Vergleich zu mehreren Werk- zeugen bzw. Operationsstufen geringere Investitionskosten an.
Gemäß einer Ausgestaltung wird bzw. werden der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Rad- schüsselvorform endkonturnah geformt. Dadurch entspricht bzw. entsprechen der Außen- bereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform im Wesentlichen dem Außenbereich und/oder Innen- bereich der fertigen bzw. finalen Radschüssel. Dies hat den Vorteil, dass ein nachträglicher Beschnitt insbesondere an der fertigen bzw. finalen Radschüssel entfallen kann. Alternativ kann, je nach Toleranzvorgabe, ein Bauteilrand, insbesondere der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform bzw. der speichenförmigen Radschüsselvorform mit einem verbleibenden Flansch insbesondere gezogen werden, wobei in einer nachgelagerten Operation durch Umformung und/oder Beschnitt die speichenförmige Radschüsselvorform respektive Radschüssel in die Endgeometrie überführt werden kann.
Gemäß einer Ausführung erfolgt das Presshärten zumindest im Radanlagebereich der Rad- schüssel. Liegt zumindest im Radanlagebereich der Radschüssel ein überwiegend marten- sitisches und/oder bainitisches Gefüge vor, führt dies vorteilhaft zu einer hohen zyklischen Biegewechselfestigkeit im versagenskritischen Bereich und ermöglicht hohe Vorspannkräfte der Radschrauben bzw. -bolzen, welche sich besonders positiv auf die Betriebsfestigkeit auswirkt. Das Presshärten kann an der gesamten Radschüssel oder abschnittsweise erfolgen, beispielsweise nur am Innenbereich oder am Innenbereich und Mittenbereich der Rad- schüssel, je nach Auslegung des Fahrzeugrades. Bevorzugt wird der Außenbereich der Rad- schüssel nicht vollständig bzw. gar nicht pressgehärtet, so dass insbesondere der Rad- schüssellappen beim Verbinden vorzugsweise mittels Schweißen keinen Härteverlust in der Schweißnaht respektive in der ausgebildeten Wärmeeinflusszone erfährt, da ein sogenannter Härtesack wie eine metallurgische Kerbe wirkt und somit eine sichere Betriebsfestigkeit des Fahrzeugrads nicht mehr gewährleistet werden könnte.
Gemäß einer Ausführung kann die schüsselförmige Vorform und/oder die speichenförmige Radschüsselvorform und/oder die Radschüssel einem Beschnitt und/oder einem zumindest bereichsweise Nachformen, insbesondere einem zumindest bereichsweise Kalibrieren unter- zogen werden. Insbesondere erfolgt ein Beschnitt an der schüsselförmigen Vorform, um beispielsweise überschüssiges Material, welches im Zuge der Kaltumformung übrig geblieben ist, zu entfernen. Die Kaltumformung der im Wesentlichen ebenen Platine zu einer schüssel- förmigen Vorform kann beispielsweise durch Tief- und/oder Streckziehverfahren hergestellt werden. Alternativ kann die schüsselförmige Vorform auch durch Walzen, insbesondere durch Drückwalzen hergestellt werden. Vorteilhaft beim Drückwalzen ist, dass Material, insbe- sondere zusätzliches Material an definierten Stellen insbesondere für Nachfolgeoperationen platziert werden kann. Die speichenförmige Radschüsselvorform bzw. die Radschüssel kann alternativ oder zusätzlich zumindest bereichsweise nachgeformt werden, beispielsweise kalibriert werden, um Toleranzanforderungen zu genügen. Entweder erfolgt bzw. erfolgen der Beschnitt und/oder das Nachformen in dem Werkzeug zur Erzeugung der speichenförmigen Radschüsselvorform oder im Warmumformwerkzeug oder in einem gesonderten Werkzeug. Ein Beschnitt der Radschüssel kann auch mittels Laser durchgeführt werden. Bei der Auswahl geeigneter härtbarer Stahlwerkstoffe können konventionelle Fertigungs- Straßen der Räderhersteller weiterhin genutzt und damit verbunden kostengünstig Einzel komponenten für die Fahrzeugradherstellung hergestellt werden, da die härtbaren Stahlwerkstoffe in ihrem Anlieferungszustand respektive kalten Verarbeitungszustand moderate Festigkeiten aufweisen, die mit den bisher konventionell eingesetzten Stahl werkstoffen vergleichbar sind und dadurch vergleichbare geeignete Umformeigenschaften besitzen, die insbesondere zum kalten (Vor-) Formen der Radschüssel geeignet sind. Das Potential der härtbaren Stahlwerkstoffe ist nach der (kalten) Formgebung noch nicht ausge- schöpft. Der bereitgestellte, härtbare Stahlwerkstoff kann ein Warmformstahl beziehungs- weise Vergütungsstahl, insbesondere der Güte C22, C35, C45, C55, C60, 42CrMo4, ein manganhaltiger Stahl, insbesondere der Güte 8MnCrB13, 16MnB5, 16MnCr5, 20MnB5, 22MnB5, 30MnB5, 37MnB4, 37MnB5, 40MnB4, ein Einsatzstahl, ein lufthärtender Stahl oder ein mehrlagiger Stahl-Werkstoffverbund, beispielsweise mit drei Stahllagen, bei dem mindestens eine der Lagen härtbar ist, sein. Besonders bevorzugt weist der verwendete Stahlwerkstoff einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0, 10 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,22 Gew.-% auf.
Gemäß einer weiteren Lehre sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades vor, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer erfindungsgemäß hergestellten Radschüssel; Bereitstellen einer Felge, welche aus einem Stahlwerkstoff kaltumgeformt ist; Unlösbares Verbinden der Felge mit der Radschüssel. Besonders bevorzugt wird die Rad- schüssel über den Radschüssellappen stoffschlüssig und insbesondere mit zusätzlichem Kraftschluss mit der Felge verbunden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausführungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Radschüssel verwiesen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Radschüssel nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnitt- darstellung (entlang der Linie l-l), Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie ll-ll während der
Kaltumformung mittels Formstanzen zur Erzeugung einer speichenförmigen Radschüsselvorform zu unterschiedlichen Zeitpunkten,
Fig. 3 zeigt einen schematischen Teilschnitt vor dem Ausformen und/oder Kalibrieren der Radschraubengeometrie und/oder die Radschraubensitzfläche eines Rad- schraubenloches während der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten,
Fig. 4 zeigt einen schematischen Teilschnitt vor dem Erzeugen eines zumindest ab- schnittsweise um ein Belüftungsloch umlaufender Kragen während der Warm- umformung mit zumindest teilweisen Presshärten,
Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Radschüssel und
Fig. 6 zeigt einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeug- rades.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Radschüssel d““), vgl. Figur 5, für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich (2) mit einem Rad- anlagebereich (2.1), in welchem Radschraubenlöcher (2.3) mit einer Radschrauben- lochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche (2.31) vorgesehen sind, einen Außen- bereich (3) mit einem Radschüssellappen (3.1) zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich (2, 3) verbindenden Mittenbereich (4) nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Ausgehend von einer im Wesentlichen ebenen Platine (1), wobei denkbar ist, auch eine dickenangepasste Platine, insbesondere ein Tailored Product, beispielsweise ein Tailored Welded Blank oder eine drückgewalzte Platine zu verwenden, aus einem geeigneten härtbaren Stahlwerkstoff (Stahlblech), wobei der verwendete Stahlwerkstoff einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0, 10 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,22 Gew.-% aufweist, erfolgt im ersten Schritt durch Kaltumformung, insbesondere durch ein Tief- und/oder Streckziehverfahren durch geeignete Mittel (Werkzeug) ein- oder mehrstufig oder alternativ durch ein Drückwalzen, nicht dargestellt, die Herstellung einer schüssel- förmigen Vorform (G). Die schüsselförmige Vorform (G) kann bereits einen Außenbereich (3), insbesondere einen Radschüssellappen (3.1) aufweisen, welcher dem Außenbereich (3) bzw. dem Radschüssellappen (3.1) der fertigen Radschüssel (1““) entspricht, wobei der Rad- schüssellappen (3.1) die Kontaktfläche zu einer nicht dargestellten Felge bildet, über welche eine Verbindung, insbesondere eine Stoff- und vorzugsweise kraftschlüssige Verbindung, zwischen Radschüssel (1““) und Felge erzeugt wird.
Die schüsselförmige Vorform ( ) wird bevorzugt durch Formstanzen in eine speichenförmige Radschüsselvorform (1“) überführt, siehe Figur 2. Das Formstanzen erfolgt in mindestens einem Werkzeug (10) aufweisend mindestens ein erstes Werkzeugteil (11) und mindestens ein zweites Werkzeugteil (12). In die schüsselförmige Vorform ( ) kann vor dem Einlegen in das Werkzeug (10) ein Loch (5), insbesondere ein Mittelloch eingebracht werden. Das Loch (5) kann in einem gesonderten, nicht dargestellten Werkzeug oder im Zuge der Kaltumformung zur schüsselförmigen Vorform ( ) oder vor der Kaltumformung in die ebene Platine (1) eingebracht werden. Die schüsselförmige Vorform ( ) wird auf dem zweiten Werkzeugteil (12) platziert, insbesondere steht der Außenbereich (3) der schüsselförmigen Vorform (G) zumindest bereichsweise formschlüssig in Kontakt mit dem Außenbereich (12.2) des zweiten Werkzeugteils (12), insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche. Durch Zufahren des Werkzeugs (10), symbolisiert durch einen Pfeil, gelangt zunächst der Innenbereich (11.1) des ersten Werkzeugteils (11), insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche, zumindest bereichsweise in Kontakt mit dem zu erzeugenden Radanlagebereich (2.1) an der schüsselförmigen Vorform (G). Vor Erreichen des unteren Totpunktes wird der Außenbereich (3) der zu erzeugenden speichenförmigen Radschüsselvorform (1“) zwischen den Außen- bereichen (11.2, 12.2) der beiden Werkzeugteile (11, 12), insbesondere deren Werkzeug- oberflächen/-wirkflächen, form- und/oder kraftschlüssig gehalten. Durch den form- und/oder kraftschlüssigen Kontakt im Außenbereich (3, 11.2, 12.2) kann ein Materialfluss bzw. eine Materialverlagerung nach außen verhindert bzw. gehemmt werden, so dass gezielt eine Verlagerung des Materials respektive ein Materialfluss, symbolisiert durch die Pfeile, von außen nach innen, insbesondere in den kritischen Radschüsselbereich erfolgen kann. Dadurch kann eine kritische Blechausdünnung respektive Reduzierung der Materialdicke im zu erzeugenden Innenbereich (2) und/oder Mittenbereich (4) der speichenförmigen Rad- schüsselvorform (1“) verhindert werden. Im unteren Totpunkt des Werkzeugs (10) ist die speichenförmige Radschüsselvorform (1“) ausgeformt. Am Mittelloch (5) ist ein umlaufender Kragen (2.2) abgestellt worden. Im Werkzeug (10) können Mittel integriert sein, nicht dargestellt, mit welchen mehrere Belüftungslöcher (4.1) und mehrere Radschraubenlöcher (2.3) in die speichenförmige Radschüsselvorform (1“) eingebracht werden können. Die Löcher (2.3, 4.1) können alternativ auch in einem separaten, nicht dargestellten Beschnitt-/Lochwerkzeug eingebracht werden. Die Belüftungslöcher (4.1) sind vorzugsweise derart eingebracht worden, dass sich eine speichenförmige und insbesondere nicht-rotationssymmetrische Radschüsselvorform (1“‘) ergeben hat.
Die gelochte bzw. speichenförmige Radschüsselvorform (1“‘) wird beispielsweise in einem Ofen, nicht dargestellt, auf eine Temperatur von mindestens Ac3 erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge vorliegt. Die Verwendung anderer geeigneter Wärmequellen ist ebenfalls denkbar. Die durcherwärmte speichenförmige Radschüsselvorform (1“‘) wird in ein Warmumformwerkzeug (20) eingelegt und durch Schließen des Warmumformwerkzeugs (20) auf Endgeometrie um- bzw. ausgeformt. Das Warmumformwerkzeug (20) besteht mindestens aus zwei Werkzeugteilen, in dieser Ausführungsform beispielsweise aus vier Werkzeugteilen, einem oberen Werkzeugteil (21), einem im Werkzeugteil (21) integrierten stempelförmigen Werkzeugteil (24) und zwei unteren Werkzeugteilen (22, 23). Die unteren Werkzeugteile (22, 23) sind getrennt voneinander verfahrbar bzw. bewegbar, beispielsweise kann das Werkzeugteil (22) auch starr ausgeführt sein. Die unteren Werkzeugteile (22, 23) können auch einstückig ausgebildet sein. Um ein zumindest teilweises Presshärten an der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) durchzuführen, vorzugsweise zumindest teilweise im Innenbereich (2) der Radschüssel d““), ist das Werkzeugteil (23) mit Mitteln (23.1), insbesondere mit Fluidleitungen nahe der Werkzeugteiloberfläche versehen, durch welche ein Fluid strömt und den Werkzeugteil (23) aktiv kühlt. Durch den Kontakt zwischen dem Werkzeugteil (23) und dem Innenbereich (2) der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) wird eine rasche Abkühlung bewirkt, und Austenit wird in ein hartes Gefüge, welches insbesondere überwiegend Martensit und/oder Bainit aufweisen kann, umgewandelt. Die Werkzeugteile (21, 22, 24) sind aus Materialien und/oder weisen an ihren Werkzeugoberflächen/-wirkflächen, welche in Kontakt mit der Radschüsselvorform (1“‘) stehen, eine Beschichtung auf, die ein rasches Abkühlen insbesondere im Mittenbereich (4) und/oder vorzugsweise im Außenbereich (3) der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) verhindern bzw. die Werkzeugteile (21, 22, 24) können aktiv über geeignete und nicht dargestellte Mittel temperiert werden, so dass in diesem bzw. in diesen Bereichen im Zuge der Warmumformung ein Unterschreiten der Ms- Temperatur (Martensit-Start) im Wesentlichen vermieden wird, um eine Umwandlung in ein Gefüge aus überwiegend Martensit und/oder Bainit auszuschließen.
Während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) erfolgt eine Ausformung und/oder Kalibrierung der Radschraubenlöcher (2.3), wobei das Werkzeugteil (23) im Bereich der Radschraubenlöcher (2.3) Ausbuchtungen (23.2) und das Werkzeugteil (21) korrespondierende Ausnehmungen (21.1) aufweisen, s. Figur 3, vergrößerte Darstellung. Das Werkzeugteil (23) bewegt sich in Richtung des Werkzeugteils (21), symbolisiert durch einen Pfeil, formt die Radschraubenlöcher (2.3) aus und/oder kalibriert bzw. presshärtet diese und in Verbindung mit einer Massivumformung entsteht jeweils eine am Rand der Radschraubenlöcher (2.3) im Wesentlichen umlaufende Fase für die kegelige bzw. kugelige Radschraubensitzfläche (2.31).
Während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) wird ein zumindest abschnittsweise um die Belüftungslöcher (4.1) umlaufender Kragen abgestellt, wobei im Werkzeugteil (21) ein bzw. mehrere stempelartige Werkzeugteile (24) integriert ist/sind und das Werkzeugteil (22) eine bzw. mehrere korrespondiere Ausnehmungen (22.1) aufweisen, s. Figur 4, die sich nach der Anzahl der Belüftungslöcher (4.1) bemessen. Das stempelartige Werkzeugteil (24) bewegt sich in Richtung des Werkzeugteils (22), symbolisiert durch einen Pfeil, und stellt beim Einfahren in die Ausnehmung (22.1) des Werkzeugs (22) zumindest abschnittsweise den umlaufenden Rand des Belüftungsloches (4.1) zu einem Kragen ab und/oder kalibriert diesen, nicht dargestellt.
In Figur 6 ist ein Verfahrensablauf zur Herstellung eines Fahrzeugrades dargestellt. Es werden eine erfindungsgemäß hergestellten Radschüssel (1““) und eine Felge, welche aus einem Stahlwerkstoff kaltumgeformt ist, bereitgestellt (A, B). Die Felge wird mit der Radschüssel (1““) unlösbar verbunden (C), besonders bevorzugt stoffschlüssig und insbesondere mit zusätzlichem Kraftschluss über den Radschüssellappen (3.1) mit der Felge verbunden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln für Fahrzeugräder können anspruchsvolle Designs umgesetzt werden, ohne Gefahr zu laufen, dass es frühzeitig zu kritischen Blechausdünnungen kommen kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich mit einem Radanlagebereich, in welchem Radschraubenlöcher mit einer Radschraubenlochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche vorgesehen sind, einen Außenbereich mit einem Radschüssellappen zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich verbindenden Mittenbereich, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platine aus einem härtbaren Stahl- werkstoff,
- Kaltumformen der Platine in eine schüsselförmige Vorform, wobei optional die schüsselförmige Vorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird,
- Kaltumformen der schüsselförmigen Vorform in eine speichenförmige Radschüssel- vorform, wobei optional die speichenförmige Radschüsselvorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird,
- Erwärmen der speichenförmigen Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens ACl und anschließendes Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten, wobei die Radschraubengeometrie und/oder die Radschrauben- sitzfläche der Radschraubenlöcher während der Warmumformung ausgeformt und/oder kalibriert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kaltumformung der schüsselförmigen Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Formstanzen in mindestens einem Werkzeug aufweisend mindestens ein erstes Werkzeugteil und mindestens ein zweites Werkzeugteil erfolgt, die schüsselförmige Vorform auf dem zweiten Werkzeugteil platziert wird, durch Zufahren des Werkzeugs zunächst der Innenbereich des ersten Werkzeugteils bereichsweise in Kontakt mit dem zu erzeugenden Radanlagebereich an der schüsselförmigen Vorform gelangt und vor Erreichen des unteren Totpunktes der Außenbereich der zu erzeugenden speichenförmigen Radschüsselvorform zwischen den Außenbereichen der beiden Werkzeugteilen form- und/oder kraftschlüssig ge- halten wird und im unteren Totpunkt des Werkzeugs die speichenförmige Rad- schüsselvorform ausgeformt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kaltumformung der schüsselförmigen Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Streck- und/oder Tiefziehen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei vor, während oder nach dem Erzeugen der schüsselförmigen Vorform oder der speichenförmigen Radschüsselvorform mindestens ein Loch eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Mittenloch vor, während oder nach dem Erzeugen der schüsselförmigen Vorform eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mehrere Belüftungslöcher und/oder mehrere Radschraubenlöcher vor, während oder nach dem Erzeugen der speichenförmigen Radschüsselvorform eingebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei während der Erzeugung der speichenförmigen Radschüsselvorform ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform eine Ausformung ein zumindest ab- schnittsweise um die Belüftungslöcher umlaufender Kragen und/oder ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform endkonturnah geformt werden.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Presshärten zumindest im Radanlagebereich der Radschüssel erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten in einem Arbeitshub erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die schüsselförmige Vorform und/oder die speichenförmige Radschüsselvorform und/oder die Radschüssel einem Beschnitt und/oder einem zumindest bereichsweise Nachformen, insbesondere einem zumindest bereichsweise Kalibrieren unterzogen werden.
13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Stahlwerkstoff mit mindestens 0, 10 Gew.-%, insbesondere mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,22 Gew.-% Kohlenstoffgehalt verwendet wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Radschüssel, hergestellt nach einem der vorgenannten Ansprüche,
- Bereitstellen einer Felge, welche aus einem Stahlwerkstoff kaltumgeformt ist,
- Unlösbares Verbinden der Felge mit der Radschüssel.
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