WO2008034564A1 - Verfahren zur herstellung einer radschüssel - Google Patents

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WO2008034564A1
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wheel
wheel disc
disc
extrusion
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Bernhard Lamprecht
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Gm Global Technology Operations, Inc.
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    • 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
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    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a vehicle wheel, in particular for producing the wheel disc of a disc wheel.
  • a composite of wheel and rim vehicle wheel is known for example from DE 40 12 501 Al.
  • the wheel bowl has a circumferential outer region whose wall thickness is smaller than that of an inner region of the wheel disc.
  • To produce such a wheel dish it is proposed to manufacture the outer and inner areas separately and to weld together or to produce the wheel disc from a sheet metal plate which has regionally different thicknesses. How outdoor and indoor or the metal plate to be obtained with partially different strengths in an economical manner is not explained. Both proposals are labor-intensive and therefore costly, the one because he requires the separate production of exterior and interior and an additional step of welding the two areas, the other because he needs the specially crafted sheet metal plate with partially different thicknesses.
  • Object of the present invention is a To provide a process for producing a wheel disc by extrusion, which can be carried out with simple and inexpensive means and reliable supplies useful wheel wells with good surface quality.
  • the object is achieved in that the blank from which the wheel disc is formed by extrusion is obtained by cutting from flat material.
  • the blanks thus obtained have homogeneous the thickness of the sheet, and their production, for example by
  • a steel sheet is preferably used as a flat material.
  • the blank is expediently placed centrally in a mold, and the extrusion presses material from the blank radially outward.
  • This has the consequence that when the mass of the blank is slightly smaller than the capacity of the mold used for extruding, no weaknesses occur on the finished wheel, but at most lack small amounts of material at an outer edge region of the wheel.
  • the wheel dish is completed into a wheel by bringing a rim ring into contact with and welded to a side surface of the outer peripheral portion of the wheel dish, scattering of the mass of the blanks tends to result in corresponding scattering - A - the width of the edge area.
  • this can be limited without difficulty to a level that is irrelevant to the functionality and safety of the finished wheel.
  • the blank is preferably in the form of a ring or a circular disk.
  • the central opening may already have the diameter of the Achsfactö réelle the later wheel.
  • the axle receiving opening or a central weak point from which the axle receiving opening can be created in a post-processing step is expediently shaped during extrusion in the blank. This minimizes the amount of flat material waste produced during production of the wheel discs.
  • the diameter of the wheel disc is preferably larger than that of the blank from which it is formed. While during deep drawing of a blank to a smaller diameter wheel disc may have the problem that edge portions of the blank is compressed in the circumferential direction and thereby forms wrinkles, such compression and associated wrinkling is excluded if during the forming of the blank to the wheel disc diameter instead of decreasing.
  • the wheel dish is preferably formed with a wall thickness greater in a radially inner portion of the wheel dish than in an outer portion thereof. Since the wall thickness profile of the wheel results from the extrusion process, no labor-consuming provision of pre-profiled blanks as in DE 40 12 501 Al is required. In particular, an excellent utilization of the sheet used is achieved, whereas in the case that a thick profiled blank by welding a thick-walled central region with a surrounding thin-walled ring according to the model of DE 40 12 501 Al is welded, especially from the thinner sheet by punching an opening for receiving the central area a high proportion of waste would be generated.
  • an edge region of the wheel disc is preferably welded to a rim ring.
  • FIG. 1 shows an axial section through a vehicle wheel manufactured according to the invention
  • Fig. 2 is a frontal view of the wheel disc of the vehicle wheel of Fig. 1;
  • Fig. 7 and 8 stages of manufacture according to a second embodiment of the method.
  • the motor vehicle wheel shown in FIG. 1 consists of two parts made of sheet steel, one
  • the wheel disc 1 is additionally shown in Fig. 2 in a half plan view.
  • an axle receiving opening 4 is formed centrally, and on a concentric to the Achsfactö réelle 4 circle five shaded screw holes 5 are distributed.
  • An outer region 6 offset in the axial direction with respect to the central region 3 is subdivided by a plurality of uniformly circumferentially distributed openings 7 in wheel spokes 8, here five.
  • the outer ends of the wheel spokes 8 go over in one piece into a peripheral edge region 9, which extends in the section of Figure 1 substantially in the axial direction.
  • the outer side of the edge region 9 is in surface contact with a bed 10 of the rim ring 2.
  • Radschdorfl 1 and rim 2 are held together by a weld 11, which extends along an outer edge of the edge region 9.
  • the material thickness of the wheel disc 1 decreases continuously from the central area 3 via the outer area 6 to the edge area 9.
  • FIG. 1 An inventive method for manufacturing the vehicle wheel shown in Figures 1 and 2 will be explained with reference to Figures 3 to 6.
  • the procedure starts from a blank 12 stamped from sheet steel with a central opening 13.
  • the blank 12 is placed on a ram 14 as shown in Fig. 3, wherein it is centered in the opening 13 by engagement of a central mandrel 15 of the ram 14.
  • the die opposite a die 16 is arranged, which forms a mold for forming the wheel disc 1 together with the ram 14.
  • the diameter of the blank 12 is smaller than that of a central recess of the die 16, which dictates the diameter of the wheel disc to be formed from the blank.
  • Width in the axial direction depending on mass fluctuations of the blanks 12 used vary slightly, but not the outer diameter and the quality of its outer peripheral surface.
  • the rim ring 2 Due to the high dimensional accuracy of the outer diameter and the good surface quality of the edge region 9, the rim ring 2 can be positioned accurately at the edge region 9 effortlessly. During the subsequent welding of the rim ring 2 to the edge region 9 of the wheel skirts, any small fluctuations in the width of the edge region 9 do not interfere.
  • a slightly modified press die 14 is used.
  • the central mandrel 15 is divided into a base portion 22, whose diameter corresponds to the diameter of the Achsfactö réelle 4 on the finished wheel 1, and one of the Base portion 22 centrally projecting pin 23.
  • a central opening 13 of the blank 12 is sized to fit the pin 23.
  • the pin 23 engages in a central bore 24 of the die 16, which is surrounded by a flat recess 25. Material of the blank 12, which is compressed between the base portion 22 and the bottom of the recess 25, is forced to dodge radially outward, thus forming the shaft receiving opening 4 of the finished wheel disc 1 surrounding shaft.

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Abstract

Bei der Herstellung einer Radschüssel (1) wird ein durch Zuschneiden aus Flachmaterial erhaltener Rohling (12) durch Fließpressen geformt.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER RADSCHÜSSEL
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades, insbesondere zur Herstellung der Radschüssel eines Scheibenrades.
Ein aus Radschüssel und Felge zusammengesetztes Fahrzeugrad ist zum Beispiel aus DE 40 12 501 Al bekannt. Bei diesem bekannten Rad hat die Radschüssel einen umlaufenden Außenbereich, dessen Wandstärke kleiner ist als diejenige eines Innenbereiches der Radschüssel. Um eine solche Radschüssel herzustellen, wird vorgeschlagen, Außen- und Innenbereich getrennt zu fertigen und zusammenzuschweißen oder die Radschüssel aus einer Blechplatte herzustellen, die bereichsweise unterschied- liehe Stärken besitzt. Wie Außen- und Innenbereich bzw. die Blechplatte mit bereichsweise unterschiedlichen Stärken auf wirtschaftliche Weise erhalten werden sollen, ist nicht erläutert. Beide Vorschläge sind arbeitsaufwändig und dementsprechend kostspielig, der eine, weil er die getrennte Anfertigung von Außen- und Innenbereich sowie einen zusätzlichen Arbeitsschritt des Verschweißens der beiden Bereiche erfordert, der andere, weil er die speziell anzufertigende Blechplatte mit bereichsweise unterschiedlichen Stärken benötigt. Aus DE 42 16 158 Al ist ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird zunächst ein Strangpressprofil angefertigt, welches im Wesentlichen schon die Grobkontur der späteren Radschüssel aufweist, und zum Fertigstellen der Radschüssel wird eine Scheibe von dem Strangprofil abgeschnitten und durch Fließpressen in die gewünschte endgültige Form gebracht.
Auch dieses Verfahren ist aufwändig, da die Herstellung einer Radschüssel zwei spezifische Sätze von Formen erfordert, zum einen eine Strangpressform und zum anderen Gesenk- und Stempelformen für das Fließpressen. Darüber hinaus besteht das Problem, dass die Masse der abgetrennten Scheibe sehr eng toleriert sein muss, um sicherzustellen, dass die Scheibe die Fließpressformen exakt ausfüllt. Enthält die Scheibe zu wenig Material, können Hohlräume in der Fließpressform verbleiben, die an der Oberfläche der fertigen Radschüssel Aussparungen bilden. Diese Aussparungen schwächen die Struktur der erhaltenen Radschüssel und können sie unbrauchbar machen. Da an den Aussparungen das Material der Radschüssel nicht gepresst wird, weicht die Oberflächenbeschaffenheit in den Aussparungen von benachbarten Bereichen der Radschüssel ab und führt so zu Mängeln im Erscheinungsbild der Radschüssel, die auch dann deutlich sichtbar sind, wenn die Belastbarkeit der Radschüssel durch die Aus- sparung nur unwesentlich beeinträchtigt ist. Ist die
Masse der Scheibe hingegen zu groß, kann die Form nicht ordnungsgemäß schließen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel durch Fließpressen anzugeben, das mit einfachen und preiswerten Mitteln durchführbar ist und zuverlässig brauchbare Radschüsseln mit guter Oberflächenqualität liefert.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rohling, aus dem die Radschüssel durch Fließpressen geformt wird, durch Zuschneiden aus Flachmaterial erhalten wird. Die so erhaltenen Rohlinge haben homogen die Stärke des Flachmaterial, und ihre Fertigung, zum Beispiel durch
Ausstanzen, erfordert allenfalls wenig prozessspezifische und dementsprechend preiswerte Werkzeuge. Da das Flachmaterial mit eng tolerierter Stärke verfügbar ist, können durch Ausstanzen mit einer gleichen Form Rohlinge mit entsprechend eng tolerierter Masse erhalten werden, die eine Fließpressform exakt ausfüllen.
Als Flachmaterial wird vorzugsweise ein Stahlblech verwendet.
Der Rohling wird zweckmäßigerweise in einer Pressform zentral platziert, und durch das Fließpressen wird Material des Rohlings radial nach außen gedrängt. Dies hat zur Folge, dass wenn die Masse des Rohlings geringfügig kleiner ist, als dem Fassungsvermögen der zum Fließpressen verwendeten Form entspricht, an der fertigen Radschüssel keine Schwachstellen auftreten, sondern allenfalls an einem äußeren Randbereich der Radschüssel kleine Materialmengen fehlen. Da im Allgemeinen die Rad- schüssel zu einem Rad vervollständigt wird, indem ein Felgenring mit einer Seitenfläche des äußeren Randbereiches der Radschüssel in Kontakt gebracht wird und an diesem verschweißt wird, führt eine Streuung der Masse der Rohlinge allenfalls zu einer entsprechenden Streuung - A - der Breite des Randbereiches. Diese kann jedoch ohne Schwierigkeiten auf ein Maß begrenzt werden, das für die Funktionsfähigkeit und Sicherheit des fertigen Rades ohne Bedeutung ist.
Der Rohling hat vorzugsweise die Form eines Rings oder einer Kreisscheibe. Bei einem ringförmigen Rohling kann die zentrale Öffnung bereits den Durchmesser der Achsaufnahmeöffnung der späteren Radschüssel haben. Bei einem scheibenförmigen Rohling oder einem ringförmigen Rohling, dessen zentrale Öffnung kleiner als eine vorgesehene Achsaufnahmeöffnung ist, wird zweckmäßigerweise die Achsaufnahmeöffnung oder eine zentrale Schwachstelle, aus der in einem Nachbearbeitungsschritt die Achsaufnahmeöffnung geschaffen werden kann, beim Fließpressen in dem Rohling geformt. So wird die Menge des bei der Fertigung der Radschüsseln anfallenden Flachmaterialverschnittes minimiert.
Der Durchmesser der Radscheibe ist vorzugsweise größer als der des Rohlings, aus dem sie geformt wird. Während beim Tiefziehen eines Rohlings zu einer im Durchmesser kleineren Radscheibe das Problem auftreten kann, dass Randbereiche des Rohlings in Umfangsrichtung gestaucht wird und dabei Falten bildet, ist eine solche Stauchung und damit verbundene Faltenbildung ausgeschlossen, wenn im Laufe der Umformung des Rohlings zur Radscheibe der Durchmesser zu- statt abnimmt.
Um Masse und Trägheitsmoment der Radschüssel zu minimieren, wird die Radschüssel vorzugsweise mit einer Wandstärke geformt, die in einem in radialer Richtung inneren Bereich der Radschüssel größer ist als in einem äußeren Bereich derselben. Da das Wand- dickenprofil der Radschüssel aus dem Fließpressvorgang resultiert, ist keine arbeitsaufwändige Bereitstellung von vorprofilierten Rohlingen wie in DE 40 12 501 Al erforderlich. Insbesondere wird eine ausgezeichnete Ausnutzung des eingesetzten Flachmaterials erreicht, wohingegen in dem Fall, dass ein dickenprofilierter Rohling durch Verschweißen eines dickwandigen zentralen Bereichs mit einem umgebenden dünnwandigen Ring nach dem Vorbild von DE 40 12 501 Al verschweißt wird, vor allem aus dem dünneren Flachmaterial durch Ausstanzen einer Öffnung zum Aufnehmen des zentralen Bereichs ein hoher Anteil an Verschnitt erzeugt würde.
Um ein komplettes Scheibenrad zu bilden, wird vorzugsweise ein Randbereich der Radschüssel mit einem Felgenring verschweißt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Fahrzeugrad;
Fig. 2 eine frontale Ansicht der Radschüssel des Fahrzeugrades aus Fig. 1;
Fig. 3 bis 6 Stadien der Fertigung der Radschüssel gemäß einem ersten Verfahren; und
Fig. 7 und 8 Fertigungsstadien gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens.
Das in Fig. 1 gezeigte Kraftfahrzeugrad be- steht aus zwei aus Stahlblech geformten Teilen, einer
Radschüssel oder Radscheibe 1 und einem Felgenring 2. Die Radschüssel 1 ist zusätzlich in Fig. 2 in einer halben Draufsicht gezeigt. In einem zentralen Bereich 3 der Radschüssel 1 ist mittig eine Achsaufnahmeöffnung 4 gebildet, und auf einem zu der Achsaufnahmeöffnung 4 konzentrischen Kreis sind fünf geschattete Schraubenlöcher 5 verteilt. Ein in Bezug auf den zentralen Bereich 3 in axialer Richtung versetzter äußerer Bereich 6 ist durch mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Öffnungen 7 in Radspeichen 8, hier fünf Stück, unterteilt. Die äußeren Enden der Radspeichen 8 gehen einteilig über in einen umlaufenden Randbereich 9, der sich in dem Schnitt der Figur 1 im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckt. Die Außen- seite des Randbereiches 9 ist in flächigem Kontakt mit einem Bett 10 des Felgenringes 2.
Radschüssel 1 und Felge 2 sind zusammengehalten durch eine Schweißnaht 11, die sich entlang einer äußeren Kante des Randbereiches 9 erstreckt.
Um das Gewicht des Rades ohne Einbuße an
Belastbarkeit zu minimieren, nimmt die Materialstärke der Radschüssel 1 vom zentralen Bereich 3 über den äußeren Bereich 6 zum Randbereich 9 hin kontinuierlich ab.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Fertigung des in Figur 1 und 2 gezeigten Fahrzeugrades wird anhand der Figuren 3 bis 6 erläutert. Das Verfahren geht aus von einem aus Stahlblech gestanzten, kreisrunden Rohling 12 mit einer zentralen Öffnung 13. Der Rohling 12 wird wie in Fig. 3 gezeigt auf einem Pressstempel 14 platziert, wobei er durch Eingriff eines zentralen Dornes 15 des Pressstempels 14 in die Öffnung 13 zentriert ist. Dem Pressstempel gegenüberliegend ist eine Matrize 16 angeordnet, die zusammen mit dem Pressstempel 14 eine Hohlform zum Formen der Radschüssel 1 bildet. Der Durchmesser des Rohlings 12 ist kleiner als der einer zentralen Aussparung der Matrize 16, der den Durchmesser der aus dem Rohling zu formenden Radscheibe vorgibt.
Wenn Pressstempel 14 und Matrize 16 aufeinander zu bewegt werden, wird zunächst, wie in Fig. 4 gezeigt, ein axialer Versatz zwischen zentralem Bereich 3 und äußerem Bereich 6 des Rohlings 12 ausgeprägt. Schließlich beginnen den Schraubenlöchern 5 entsprechende Dorne 17, in Aussparungen 18 der Matrize 16 einzudringen (Fig. 5), wobei zwischen der Spitze jedes Dornes 17 und dem Boden der gegenüberliegenden Aussparung 18 Material des Rohlings 12 zu den Seiten verdrängt wird, um jeweils einen das spätere Schraubenloch 5 umgebenden Schaft 19 zu bilden. Verdrängtes Material kann ferner in einen Ringraum 20 rings um den zentralen Dorn 15 eindringen und dort beginnen, einen die Achsaufnahmeöffnung 4 umgebenden Schaft zu bilden.
Wenn Stempel und Matrize noch weiter aufeinander zu bewegt werden, beginnen sie zunächst im äußeren Bereich 6, das Material des Rohlings 12 zwischen sich einzuklemmen, wodurch das Material gezwungen ist, in einen noch leeren Randbereich 21 der Form auszuweichen. Auf diese Weise wächst durch Fließen des Materials des Rohlings 12 während des Zusammenpressens der Formen 14, 16 der Randbereich 9 der Radschüssel. Da die Breite des Zwischenraums zwischen den Formen 14, 16 nach außen hin kontinuierlich abnimmt, wird auch das sich in den leeren Randbereich 21 ausbreitende Material zwischen den Formen 14, 16 immer weiter zusammengedrückt, so dass es sich auch dort an die Formen 14, 16 exakt anschmiegt. So wird durch das Fließpressen ein Zwischenprodukt erhalten, das überall hohe Oberflächenqualität und zumindest in den zentralen Bereichen 3, 6 eine hohe Maßgenauigkeit auf- weist. Was den Randbereich 9 angeht, so kann dessen
Breite in axialer Richtung in Abhängigkeit von Massenfluktuationen der eingesetzten Rohlinge 12 geringfügig variieren, nicht aber der Außendurchmesser und die Qualität seiner äußeren Umfangsflache.
Nach dem Fließpressen müssen im Wesentlichen nur noch die Öffnungen 7 geschnitten werden, um die Radschüssel 1 fertig zu stellen.
Aufgrund der hohen Maßgenauigkeit des Außendurchmessers und der guten Oberflächenqualität des Randbereichs 9 kann der Felgenring 2 am Randbereich 9 mühelos exakt positioniert werden. Beim anschließenden Anschweißen des Felgenrings 2 an den Randbereich 9 der Radschüs- sei stören eventuelle kleine Fluktuationen der Breite des Randbereichs 9 nicht.
Bei einer in den Figuren 7 und 8 dargestellten abgewandelten Ausgestaltung des Verfahrens kommt ein geringfügig modifizierter Pressstempel 14 zum Einsatz. Bei diesem Pressstempel 14 ist der zentrale Dorn 15 gegliedert in einen Sockelabschnitt 22, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Achsaufnahmeöffnung 4 an der fertigen Radschüssel 1 entspricht, und einen von dem Sockelabschnitt 22 zentral abstehenden Stift 23. Eine zentrale Öffnung 13 des Rohlings 12 ist passend zum Stift 23 dimensioniert. Wenn Pressstempel 14 und Matrize 16 gegeneinandergepresst werden, rückt der Stift 23 in eine zentrale Bohrung 24 der Matrize 16 ein, die von einer flachen Aussparung 25 umgeben ist. Material des Rohlings 12, das zwischen dem Sockelabschnitt 22 und dem Boden der Aussparung 25 zusammengepresst wird, ist gezwungen, radial nach außen auszuweichen und so den die Achsaufnahme- Öffnung 4 der fertigen Radschüssel 1 umgebenden Schaft zu bilden.
Wenn Pressstempel 14 und Matrize 16 bis zum Anschlag gegeneinandergedrückt sind, wie in Fig. 8 dargestellt, bleibt zwischen dem Sockelabschnitt 22 und dem Boden der Aussparung 25 allenfalls eine dünne Membran 26 zurück, die nach dem Fließpressen mit geringem Aufwand beseitigt werden kann, um die Achsaufnahmeöffnung 4 freizulegen.
Während bei der Fertigung des Rohlings für das Verfahren der Figuren 3 bis 6 ein der Öffnung 13 entsprechendes Abfallmaterialstück mit der ursprünglichen Materialstärke des Rohlings entsteht, geht bei dem Verfahren gemäß Figuren 7 und 8 lediglich das Material der Membran 26 als Abfall verloren. Die Materialausnutzung ist daher verbessert .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (1), bei dem die Radschüssel (1) durch Fließpressen eines Rohlings (12) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (12) durch Zuschneiden aus Flachmaterial erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachmaterial ein Stahlblech ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (12) in einer Pressform (14, 16) zentral platziert wird und durch das Fließpressen Material des Rohlings (12) von der Mitte in einen Randbereich (21) der Pressform (14, 16) gedrängt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (12) ringförmig oder kreisscheibenförmig ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (1) mit einem größeren Durchmesser als dem des Rohlings geformt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fließpressen eine Achsaufnahmeöffnung (4) oder eine zentrale Schwachstelle (26) in dem Rohling (12) geformt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (1) mit einer Wandstärke geformt wird, die in einem in radialer Richtung inneren Bereich (3) der Radschüssel (1) größer ist als in einem äußeren Bereich (6, 9) derselben.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (9) der Radschüssel (1) mit einem Felgenring (2) verschweißt wird, um ein Scheibenrad zu bilden.
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