EP3743228B1 - Verfahren zur herstellung einer radschüssel - Google Patents

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EP3743228B1
EP3743228B1 EP18701752.0A EP18701752A EP3743228B1 EP 3743228 B1 EP3743228 B1 EP 3743228B1 EP 18701752 A EP18701752 A EP 18701752A EP 3743228 B1 EP3743228 B1 EP 3743228B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaped
preform
wheel
disc
wheel disc
Prior art date
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Active
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EP18701752.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3743228A1 (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
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Publication of EP3743228B1 publication Critical patent/EP3743228B1/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
    • 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 disk for a vehicle wheel, having an inner area with a wheel contact area in which wheel bolt holes with a wheel bolt hole geometry and/or a wheel bolt seat surface are provided, an outer area with a wheel disc lobe for connection to a rim, and an outer and inner area connecting midrange.
  • Vehicle wheels or motor vehicle wheels are safety components and must therefore be able to permanently absorb the high mechanical and dynamic alternating stresses during driving.
  • Conventional "steel wheels” in sheet metal construction consist of a wheel disc (wheel disc), which ensures the connection to the wheel hub, and a rim (rim strip), which accommodates the tire.
  • the wheel components are manufactured on transfer presses in several steps (up to eleven steps) by cold forming (deep drawing, pressure rolling, profiling). So far, only micro-alloyed steels (construction steel, fine-grain steel) and dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa have been used.
  • MAG welding in combination with a press connection is preferably provided as the joining technique.
  • the weight of the vehicle wheels has a disproportionate effect on the energy consumption of the vehicle and also on the unsprung masses. Therefore, in general, the lowest possible vehicle wheel weight with ideally high rigidity should be aimed for.
  • further lightweight construction potential can be tapped with steel if, on the one hand, material with higher strength or fatigue strength is used to safely absorb the operating loads and, on the other hand, geometry adjustments, such as embossing to compensate for the loss of rigidity due to lower material thicknesses, can be implemented.
  • the cold formability of conventional steels usually also decreases, which is already almost exhausted with today's wheel discs.
  • so-called hot forming is also used in vehicle/body construction, also known in specialist circles as indirect or direct hot forming.
  • hot forming the requirement for a high level of formability combined with high strength of the final formed components can be met.
  • Corresponding forming methods which include a prior heat treatment of the workpiece, for example in a separate furnace, are well known from the prior art, in particular the hot forming and press hardening of sheet steel.
  • the use of hot forming for components made of sheet steel that are subject to significant cyclic loads, such as wishbones, wheels, axle carriers, has not yet been established in automotive vehicle construction.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for producing wheel discs for steel wheels, and a corresponding method for producing Vehicle wheels that ensure greater design freedom, rigidity, weight reduction, durability and safety.
  • the inventors have found that the processing options, in particular in the direct hot forming of wheel discs, are not sufficient to produce design-optimized and/or spoke-shaped wheel discs with acceptable sheet metal thinning. For this reason, it is proposed to provide a substantially flat plate made of a hardenable steel material (steel sheet), to cold-form it into a bowl-shaped preform, with the bowl-shaped preform optionally being punched before, during or after its manufacture, the bowl-shaped preform being made into a spoke-shaped wheel disc preform cold forming, with the spoke-shaped wheel disc preform optionally being punched before, during or after its production, then heating the spoke-shaped wheel disc preform to a temperature of at least A C1 in order to subsequently shape or form it hot with at least partial press hardening.
  • a substantially flat plate made of a hardenable steel material steel sheet
  • 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 wheel bolt holes are formed and/or calibrated, with the formation of a substantially conical or spherical wheel bolt seat surface, which is used in particular for receiving a bolt or screw for the detachable connection of the vehicle wheel to a wheel carrier, in particular in Connection with a massive deformation of the wheel bolt hole is to be understood.
  • the massive forming produces a chamfer that essentially runs all the way round the edge of the wheel bolt hole, with the required Force for massive forming and formability in hot forming compared to cold forming is lower.
  • the structure begins to transform into austenite and is in particular completely austenitic when temperature AC3 is exceeded.
  • the spoke-shaped wheel disc preform is preferably heated to a temperature of at least AC3 , so that an essentially austenitic structure is present in the entire component.
  • a C1 and A C3 are characteristic values which depend on the composition (alloy components) 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 the 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, with at least one area in which the press hardening is implemented is to be, in particular actively cooled, so that rapid cooling is effected by contact with the tool part, in particular with its tool surface/effective area, in order to convert austenite into a hard structure, which in particular can predominantly have martensite and/or bainite.
  • the necessary cooling rates can also be taken from the ZTU diagrams depending on the desired microstructure.
  • Hot forming is to be understood in particular as converting the spoke-shaped wheel disk preform into the desired final geometry (target geometry) of the wheel disk.
  • 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 fully press-hardened.
  • Calibration means in particular, suitable measures that improve the dimensional accuracy or compliance with tolerances. "Pure” press hardening is also conceivable.
  • the dish-shaped preform is cold-formed into the spoke-shaped wheel disk preform by stamping (crash forming) in at least one tool having at least one first tool part and at least one second tool part.
  • the bowl-shaped preform is placed on the second tool part,
  • the outer area of the bowl-shaped preform is in form-fitting contact, at least in some areas, with the outer area of the second tool part, in particular its tool surface/effective surface.
  • the first tool part can correspond to an upper tool part and the second tool part to a lower tool part of the tool.
  • the inner area of the first tool part comes into contact in some areas with the wheel contact area to be produced on the dish-shaped preform and before the bottom dead center is reached, the outer area of the spoke-shaped wheel disc preform to be produced is between the outer areas of the two Tool parts, in particular their tool surfaces/effective surfaces, are held in a positive and/or non-positive manner.
  • the positive and/or non-positive contact in the outer area can prevent or inhibit a material flow/shift to the outside, so that the material can be shifted or a material flow from the outside to the inside, particularly in the critical wheel disk area.
  • the dish-shaped preform can be stretched and/or deep drawn into the spoke-shaped wheel disc preform.
  • At least one hole is introduced before, during or after the production of the dish-shaped preform or the spoke-shaped wheel disc preform.
  • a center hole is preferably introduced before, during or after the creation of the bowl-shaped preform.
  • the center hole is not only used for later centering of a finished vehicle wheel during assembly on a vehicle-side wheel carrier, but also enables the material to be relieved during cold forming to form a spoke-shaped wheel disc preform, particularly when shaping the inner area of the spoke-shaped wheel disc preform.
  • a collar running around the center hole is turned off, in particular around to increase the contact area/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 preferably introduced before, during or after the production of the spoke-shaped wheel disc preform, in particular before hot forming.
  • existing tools can be used and trimming or punching is not integrated in the hot-forming tool in order not to unnecessarily increase the complexity of the hot-forming tools and the process control.
  • the ventilation holes are particularly preferably introduced in such a way that a spoke-shaped wheel disk preform or wheel disk results.
  • the spoke-shaped wheel disc preform or the wheel disc is non-rotationally symmetrical.
  • a collar running around the ventilation hole at least in sections is turned off during the hot forming, as a result of which the component rigidity can be increased and the tendency to crack edges 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 cold forming into the wheel disc preform.
  • hot forming can also improve dimensional accuracy and shape tolerance.
  • the hot forming is particularly preferably carried out with at least partial press hardening in one working stroke. The concentration of hot forming with at least partial press hardening in one tool results in lower investment costs compared to multiple tools or operation stages.
  • the outer area of the dish-shaped preform or the outer area and/or the inner area of the spoke-shaped wheel disc preform is/are formed near the net shape.
  • the outer area of the dish-shaped preform or the outer area and/or the inner area of the spoke-shaped wheel disc preform essentially corresponds to the outer area and/or inner area of the finished or final wheel disc. This has the advantage that subsequent trimming, in particular on the finished or final wheel disc, can be omitted.
  • a component edge in particular the outer area of the dish-shaped preform or the spoke-shaped wheel disc preform with a remaining flange, can in particular be drawn, with a downstream Operation by forming and / or trimming the spoke-shaped wheel disc preform or wheel disc can be converted into the final geometry.
  • the press hardening takes place at least in the wheel contact area of the wheel disc. If there is a predominantly martensitic and/or bainitic structure at least in the wheel contact area of the wheel disk, this advantageously leads to high cyclic bending fatigue strength in the area critical to failure and enables high preload forces on the wheel screws or bolts, which has a particularly positive effect on fatigue strength.
  • the press hardening can take place on the entire wheel disc or in sections, for example only on the inner area or on the inner area and central area of the wheel disc, depending on the design of the vehicle wheel.
  • the outer area of the wheel disc is preferably not press-hardened completely or not at all, so that the wheel disc flange in particular does not experience any loss of hardness in the weld seam or in the heat-affected zone formed when it is connected, preferably by means of welding, since a so-called hardening pocket acts like a metallurgical notch and thus ensures reliable operational strength of the vehicle wheel could no longer be guaranteed.
  • the dish-shaped preform and/or the spoke-shaped wheel disk preform and/or the wheel disk can be trimmed and/or reshaped at least in regions, in particular calibrated at least in regions.
  • the bowl-shaped preform is trimmed in order, for example, to remove excess material that has remained in the course of cold forming.
  • the cold forming of the essentially flat blank to form a bowl-shaped preform can be produced, for example, by deep-drawing and/or stretch-drawing processes.
  • the bowl-shaped preform can also be produced by rolling, in particular by flow-forming.
  • the advantage of flow-forming is that material, in particular additional material, can be placed at defined points, in particular for subsequent operations.
  • the spoke-shaped wheel disc preform or the wheel disc can be post-formed at least in certain areas, for example calibrated, in order to meet tolerance requirements. Either the trimming and/or the post-forming takes place in the tool for producing the spoke-shaped wheel disc preform or in the hot-forming tool or in a separate tool.
  • the wheel disc can also be trimmed using a laser.
  • the conventional production lines of the wheel manufacturers can continue to be used and, as a result, individual components for vehicle wheel production can be produced inexpensively, since the hardenable steel materials in their delivery condition or cold processing state have moderate strengths that are comparable to the steel materials conventionally used up to now and are therefore comparable have suitable forming properties that are particularly suitable for cold (pre-)forming the wheel disc.
  • the potential of hardenable steel materials has not yet been exhausted after (cold) forming.
  • the hardenable steel material provided can be a hot-formed steel or heat-treated steel, in particular of the quality C22, C55, C45, C55, C60, 42CrMo4, a manganese-containing steel, in particular of the quality 8MnCrB13, 16MnB5, 16MnCr5, 20MnB5, 22MnB5, 30MnB5, 37MnB4, 3 7MnB5, 40MnB4 , a case-hardening steel, an air-hardening steel or a multi-layer steel material composite, for example with three steel layers, in which at least one of the layers can be hardened.
  • the steel material used particularly preferably has a carbon content of at least 0.10% by weight, in particular at least 0.15% by weight, preferably at least 0.22% by weight.
  • the invention provides a method for manufacturing a vehicle wheel, comprising the steps: providing a wheel disc manufactured according to the invention; Providing a rim which is cold-formed from a steel material; Permanent connection of the rim to the wheel disc.
  • the wheel disc is particularly preferably connected to the wheel rim via the wheel disc tab in a materially bonded manner and in particular with an additional frictional connection.
  • figure 1 shows a process sequence of a method for producing a wheel disc (1′′′′), cf. figure 5 , for a vehicle wheel having an inner area (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 wheel disc lobe (3.1) for connection to a rim and a central area (4) connecting the outer and inner area (2, 3) according to an embodiment of the invention in a schematic perspective view.
  • a blank with an appropriate thickness in particular a tailored product, for example a tailored welded blank or a pressure-rolled blank, made from a suitable hardenable steel material (steel sheet), the steel material used has a carbon content of at least 0.10% by weight, in particular at least 0.15% by weight, preferably at least 0.22% by weight, is carried out in the first step by cold forming, in particular by deep forming and/or Stretch-forming process by suitable means (tool) in one or more stages or alternatively by flow-forming, not shown, the production of a bowl-shaped preform (1 ').
  • a tailored product for example a tailored welded blank or a pressure-rolled blank, made from a suitable hardenable steel material (steel sheet)
  • the steel material used has a carbon content of at least 0.10% by weight, in particular at least 0.15% by weight, preferably at least 0.22% by weight, is carried out in the first step by cold forming, in particular by deep forming and/or Stretch-forming process by suitable means (tool)
  • the bowl-shaped preform (1') can already have an outer area (3), in particular have a wheel disc tab (3.1), which corresponds to the outer area (3) or the wheel disc tab (3.1) of the finished wheel disc (1""), with the wheel disc tab (3.1) forming the contact surface with a rim, not shown, via which a connection , in particular a material and preferably non-positive connection between the wheel disk (1"") and the rim is produced.
  • a wheel disc tab (3.1) which corresponds to the outer area (3) or the wheel disc tab (3.1) of the finished wheel disc (1""
  • the wheel disc tab (3.1) forming the contact surface with a rim, not shown, via which a connection , in particular a material and preferably non-positive connection between the wheel disk (1"" and the rim is produced.
  • the dish-shaped preform (1') is preferably converted into a spoke-shaped wheel dish preform (1") by stamping, see FIG figure 2 .
  • the stamping 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 central hole, can be made in the bowl-shaped preform (1') before it is placed in the tool (10).
  • the hole (5) can be made in a separate tool (not shown) or in the course of cold forming to form the bowl-shaped preform (1') or before cold forming in the flat blank (1).
  • the bowl-shaped preform (1') is placed on the second tool part (12), in particular the outer area (3) of the bowl-shaped preform (1') is in form-fitting contact with the outer area (12.2) of the second tool part (12), in particular its tool surface/effective area.
  • the inner area (11.1) of the first tool part (11), in particular its tool surface/effective area first comes into contact, at least in some areas, with the wheel contact area (2.1) to be produced on the bowl-shaped preform (1').
  • the outer area (3) of the spoke-shaped wheel disc preform (1") to be produced becomes positively and/or non-positively locking between the outer areas (11.2, 12.2) of the two tool parts (11, 12), in particular their tool surfaces/effective surfaces
  • the form-fitting and/or non-positive contact in the outer area (3, 11.2, 12.2) can prevent or inhibit a material flow or a material shift to the outside, so that a targeted shift of the material or a material flow, symbolized by the arrows , from the outside inwards, in particular in the critical wheel disc area. This can prevent a critical sheet thinning or reduction in the material thickness in the inner area (2) and/or central area (4) of the spoke-shaped wheel disc preform (1") to be produced.
  • the spoke-shaped wheel disc preform (1") is formed.
  • a circumferential collar (2.2) has been placed at the center hole (5).
  • Means can be integrated in the tool (10), not shown, with which several ventilation holes (4.1) and several wheel bolt holes (2.3) can be introduced into the spoke-shaped wheel disc preform (1").
  • the holes (2.3, 4.1) can alternatively also be made in one
  • the ventilation holes (4.1) have preferably been introduced in such a way that a spoke-shaped and, in particular, non-rotationally symmetrical wheel disc preform (1′′′) has resulted.
  • the perforated or spoke-shaped wheel disc preform (1′′′) is heated, for example, in a furnace (not shown) to a temperature of at least AC3 , so that an essentially austenitic structure is present in the entire component.
  • the use of other suitable heat sources is also conceivable.
  • the heated, spoke-shaped wheel disk preform (1′′′) is placed in a hot-forming tool (20) and formed or shaped to its final geometry by closing the hot-forming tool (20).
  • 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), a stamp-shaped tool part (24) integrated in the tool part (21) and two lower tool parts (22, 23).
  • the lower tool parts (22, 23) can be moved or moved separately from one another; for example, the tool part (22) can also be rigid.
  • the lower tool parts (22, 23) can also be designed in one piece.
  • the tool part (23) is provided with means (23.1), in particular with fluid lines near the surface of the tool part , through which a fluid flows and actively cools the tool part (23).
  • the contact between the tool part (23) and the inner area (2) of the spoke-shaped wheel disc preform (1′′′) causes rapid cooling and austenite is converted into a hard structure, which in particular can have predominantly martensite and/or bainite.
  • the tool parts (21, 22, 24) are made of materials and/or have a coating on their tool surfaces/effective surfaces that are in contact with the wheel disk preform (1′′′), which allows rapid cooling, particularly in the central area (4) and /or preferably in the outer area (3) of the spoke-shaped wheel disc preform (1′′′) or the tool parts (21, 22, 24) can be actively heated using suitable means that are not shown, so that in this or in these areas in the course of Hot forming means that the M S temperature is not reached (Martensite start) is essentially avoided in order to rule out a transformation into a structure of predominantly martensite and/or bainite.
  • the wheel bolt holes (2.3) are shaped and/or calibrated, with the tool part (23) having bulges (23.2) in the area of the wheel bolt holes (2.3) and the tool part (21) having corresponding recesses (21.1 ) exhibit, s. figure 5 , enlarged view.
  • the tool part (23) moves in the direction of the tool part (21), symbolized by an arrow, forms the wheel bolt holes (2.3) and/or calibrates or press-hardens them and in connection with a solid forming, one is created at the edge of the wheel bolt holes (2.3 ) Essentially all-round chamfer for the conical or spherical wheel bolt seating surface (2.31).
  • a collar running at least in sections around the ventilation holes (4.1) is turned off, with one or more stamp-like tool parts (24) being/are integrated in the tool part (21) and the tool part (22) having a or have several corresponding recesses (22.1), s. figure 4 , which are measured according to the number of ventilation holes (4.1).
  • the plunger-like tool part (24) moves in the direction of the tool part (22), symbolized by an arrow, and when entering the recess (22.1) of the tool (22), at least in sections, deflects the peripheral edge of the ventilation hole (4.1) to form a collar and/or calibrates it, not shown.
  • FIG 6 a process sequence for the production of a vehicle wheel is shown.
  • a wheel disc (1′′′′) produced according to the invention and a rim which is cold-formed from a steel material are provided (A, B).
  • the rim is non-detachably connected (C) to the wheel disc (1′′′′), particularly preferably with a material connection and in particular with an additional frictional connection via the wheel disc lobe (3.1) with the rim.

Landscapes

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

Description

  • 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 Fahrbetrieb dauerfest aufnehmen können. Konventionelle "Stahlräder" in Blechbauweise bestehen aus einer Radschüssel (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 Steifigkeit 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 Warmumformen 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 Einbeziehung 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 Warmumformung 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 beziehungsweise entsprechenden Radschüsseln, welche zumindest bereichsweise pressgehärtet sein können, wird auf Druckschriften DE 10 2007 019 485 A1 , 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) rotationssymmetrisch ausgeführt sind.
  • Aus den Druckschriften DE 11 2007 000 239 T5 sowie EP 2 495 110 B1 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 Kaltumformprozess 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 Radschüsseln 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 Blechdickenreduzierung, 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 Radschüsselvorform kalt umzuformen, wobei optional die speichenförmige Radschüsselvorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird, dann die speichenförmige Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens AC1 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 Ausformung 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 AC1 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. AC1 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 Werkzeugoberfläche/-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 Radschüsselvorform 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 martensitischer 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 speichenförmigen 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 Blechausdünnung respektive Reduzierung der Materialdicke insbesondere im zu erzeugenden Innenbereich 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 schüsselförmigen Vorform eingebracht. Das Mittenloch dient nicht nur zur späteren Zentrierung eines fertigen Fahrzeugrades bei der Montage an einen fahrzeugseitigen Radträger, sondern ermöglicht eine Entlastung des Materials bei der Kaltumformung zu einer speichenförmigen Radschüsselvorform, 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 abschnittsweise 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 teilweisen Presshärten in einem Arbeitshub. Durch die Konzentration der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten in einem Werkzeug fallen im Vergleich zu mehreren Werkzeugen 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 Radschüsselvorform endkonturnah geformt. Dadurch entspricht bzw. entsprechen der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform im Wesentlichen dem Außenbereich und/oder Innenbereich 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 Radschüssel. Liegt zumindest im Radanlagebereich der Radschüssel ein überwiegend martensitisches 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 Radschüssel, je nach Auslegung des Fahrzeugrades. Bevorzugt wird der Außenbereich der Radschüssel nicht vollständig bzw. gar nicht pressgehärtet, so dass insbesondere der Radschüssellappen 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 unterzogen 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 schüsselförmigen 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, insbesondere 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 Fertigungsstraßen der Räderhersteller weiterhin genutzt und damit verbunden kostengünstig Einzelkomponenten für die Fahrzeugradherstellung hergestellt werden, da die härtbaren Stahlwerkstoffe in ihrem Anlieferungszustand respektive kalten Verarbeitungszustand moderate Festigkeiten aufweisen, die mit den bisher konventionell eingesetzten Stahlwerkstoffen 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 ausgeschöpft. Der bereitgestellte, härtbare Stahlwerkstoff kann ein Warmformstahl beziehungsweise Vergütungsstahl, insbesondere der Güte C22, C55, 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 Radschüssel 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 Schnittdarstellung (entlang der Linie I-I),
    Fig. 2
    zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie II-II 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 Radschraubenloches während der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten,
    Fig. 4
    zeigt einen schematischen Teilschnitt vor dem Erzeugen eines zumindest abschnittsweise um ein Belüftungsloch umlaufender Kragen während der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten,
    Fig. 5
    zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Radschüssel und
    Fig. 6
    zeigt einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeugrades.
    Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Figur 1 zeigt eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Radschüssel (1""), vgl. Figur 5, 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) 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 schüsselförmigen Vorform (1 '). Die schüsselförmige Vorform (1 ') 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 Radschüssellappen (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 (1') 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 (1') 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 (1') oder vor der Kaltumformung in die ebene Platine (1) eingebracht werden. Die schüsselförmige Vorform (1') wird auf dem zweiten Werkzeugteil (12) platziert, insbesondere steht der Außenbereich (3) der schüsselförmigen Vorform (1') 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 (1'). Vor Erreichen des unteren Totpunktes wird der Außenbereich (3) der zu erzeugenden speichenförmigen Radschüsselvorform (1") zwischen den Außenbereichen (11.2, 12.2) der beiden Werkzeugteile (11, 12), insbesondere deren Werkzeugoberflächen/-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 Radschüsselvorform (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 (1""), 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 5, 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 (14)

  1. 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), umfassend die Schritte:
    - Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platine (1) aus einem härtbaren Stahlwerkstoff,
    - Kaltumformen der Platine (1) in eine schüsselförmige Vorform (G), wobei optional die schüsselförmige Vorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird,
    - Kaltumformen der schüsselförmigen Vorform in eine speichenförmige Radschüsselvorform, wobei optional die speichenförmige Radschüsselvorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird,
    - Erwärmen der speichenförmigen Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens AC1 und anschließendes Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten, wobei die Radschraubengeometrie und/oder die Radschraubensitzfläche 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 gehalten wird und im unteren Totpunkt des Werkzeugs die speichenförmige Radschüsselvorform 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 abschnittsweise 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:
    - Herstellen einer Radschüssel 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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