WO2011146957A1 - Verfahren zur herstellung eines rades, rad und drückfutter - Google Patents

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WO2011146957A1
WO2011146957A1 PCT/AT2011/000244 AT2011000244W WO2011146957A1 WO 2011146957 A1 WO2011146957 A1 WO 2011146957A1 AT 2011000244 W AT2011000244 W AT 2011000244W WO 2011146957 A1 WO2011146957 A1 WO 2011146957A1
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region
collar
material recess
preform
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Manfred Johannes Ebetshuber
Josef Gartner
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Borbet Austria Gmbh
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    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/11—Passenger cars; Automobiles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a wheel, in particular a vehicle wheel, with a rim body, which is followed by a front horn portion which is connected via a rim with an opposite rear horn portion having a circumferential, opposite the rim well or the remaining rear horn portion having thickened collar, wherein by means of casting or forging a preform is formed, and the preform is formed into a finished wheel.
  • the invention further relates to a wheel having a front horn area adjoining a rim body, which is connected via a rim bed to an opposite rear horn area, which has a circumferential collar thickened with respect to the remaining rear horn area, the rear horn area having at least one material recess the wall thickness of the wheel is tapered in the area of the material recess with respect to a circumferentially adjacent area, the material recess having a section arranged in the circumferential collar of the rear horn area, which is arranged in the circumferential direction by a vertex area which is arranged in the region of a circumferential inner surface of the covenant, in the radial direction inward to a free expiring end erwei ⁇ tert.
  • the invention relates to a spinning lining for producing a wheel by means of the method according to the invention in flow molding or forging method, which has a front body adjacent to a rim body horn portion which is connected via a rim with an opposite rear horn portion having a circumferential, with respect to the other rear Horn area has thickened waistband.
  • Material savings ie areas with comparatively small wall thickness can be generated.
  • a lower part of the mold has sections of material raised to form the material recesses in the finished casting wheel.
  • These material savings have proven to be very advantageous to produce a cast wheel with relatively low mass, which also meets high demands on the impact load.
  • Such cast wheels can also be produced inexpensively.
  • the prescribed minimum wall thicknesses of cast wheels where the raw material is in a single-stage casting is poured into the desired shape of the finished wheel, higher than, for example, forged wheels, so that lower weight savings are possible.
  • the object of the present invention is to provide a method of the initially mentioned kind, with which a particularly light and at the same time high mechanical demands sufficient wheel can be produced.
  • a wheel corresponding to these requirements and a spinning chuck for producing the wheel should be created.
  • the forged areas of the preform may be opposite to a cast one
  • Execution of the preform also have an increased material density. In this case, by forging or
  • a preform is first cast or forged, which in particular preforms the rim body with a central hub.
  • the preform is then substantially reshaped to the desired final shape of the finished wheel, wherein at least the material recess is produced in the circumferential, thickened waistband of the rear horn portion; at a preferred
  • the material cutout extends into the region of the rear horn region adjacent to the circumferential collar.
  • the material recess is bounded radially outwardly by the apex region in the circumferential, facing away from the rim body inner surface of the collar and extends with a widening in the circumferential direction radially inwardly to the free expiring end.
  • the production of the material recess in a forming process allows improved over a casting of the recess improved mechanical properties of the finished wheel.
  • the forging or flow-compression of the material recess has the particular advantage that a comparatively large material density can be achieved at least in the region of the material recess.
  • the wheel can be equipped in the material recess with a very small wall thickness, without this being accompanied by significant losses in the stability.
  • the sectional formation of the material recess ensures a high stability of the rear horn area with low weight.
  • the material recess can thus form an important part in the weight optimization of the wheel, which can be additionally improved by using consistently small wall thicknesses and particularly lightweight materials.
  • the forged or "flow-forming" material recess is therefore particularly well suited for achieving weight optimization of the wheel
  • increased material density which can be detected by means of conventional examination methods, and homogenization of the grain structure of the wheel in this area can be achieved, in particular during flow-pressing of the material recess, which likewise has advantageous effects on the properties of the wheel.
  • a substantially cylindrical rim body is formed as a preform, wherein from the preform, the wheel, preferably including the horn portions with the encircling collar and the rim base, and the material recess are formed by flow pressures.
  • a blank for example, a cast blank or a forging blank, which can be forged to a substantially cylindrical preform.
  • the preform can be produced by casting in one step. Subsequently, the preform is adjusted by flow pressures to the shape of the finished wheel.
  • the flow-molding process which is also referred to as "flow-forming", ironing or spinning or rolling, is based on the principle of pressure forming, which has been known from the art of pottery for centuries.
  • the presser lining forms the desired inner shape of the wheel, in order to match the preform to the shape of the spinning chuck, a counter-tool in the form of a push rod, a spinning roller or a gripper engages from the outside
  • special control techniques it is also possible, in particular, to image a shape which is not rotationally symmetrical with respect to the rotational axis of the spinning chuck, which can be achieved, in particular, by a force-controlled or travel-controlled push rod delivery
  • the advantages of the flow-pinning method in particular for a non-rotationally symmetrical, section-wise material recess, can be utilized.
  • the preform preferably has a thickened edge which adjoins the preformed rim body.
  • This edge contains the material for the formation of the rim well with the front and the rear horn area.
  • CNC computerized nume ⁇ step control
  • the mold so that the edge is first, then shaped in the front horn section into the rim and finally in the rear horn area with the thickened collar. Finally, the material recess is pressed in the rear horn area.
  • a preform is poured, the shape of which, apart from the material recess corresponds to the finished wheel, wherein the material recess is forged into the preform.
  • the forging of the material recess can on the one hand be followed by open-die forging, in which a pressure forming takes place with tools moving relative to one another.
  • the material recess can be forged in dies, wherein the preform of mutually moving molds, so-called dies, is enclosed.
  • the shape of the finished wheel is determined by the introduced into the die engraving, which in particular has a material collection to form the material recess.
  • the material recesses are generated circumferentially in preferably uniform angular intervals.
  • a particularly advantageous combination of weight saving and high mechanical stability can be achieved if the portion of the material recesses extending in the collar of the rear horn region is concavely curved with respect to the circumferential inner surface of the collar.
  • a circular arc-shaped peak area is generated which extends in the circumferential inner surface of the federal government.
  • the arranged in the circumferential collar portion of the material recess is bounded radially outward by the circular arc-shaped peak area.
  • the material recess expands radially inwards, ie in the direction of the wheel hub.
  • the width or extension of the arranged in the circumferential collar portion of the material recess increases in the circumferential direction continuously from the outer, arcuate crest region to the inner free end of the material recess.
  • the object underlying the invention is also achieved by a wheel of the type mentioned, in which the material recess is made by forging or flow pressures.
  • the wheel according to the invention thus achieves the same advantages as with the previously described method, so that reference is made to the above explanations in order to avoid repetition. Accordingly, at least in the area of the material recess one compared to a cast version
  • spinning chuck of the type mentioned, in which the spinning chuck has at least one material elevation for forming the material recess in the circumferential collar.
  • spinning lining for the purpose of disclosing this invention is intended to describe a form suitable for forming the preform, including, in particular, the (negative) mold in a flow-forming machine. include a correspondingly shaped die for forging the material recess.
  • Fig. 1 is a view of a rear horn portion of a wheel
  • Fig. 2 is a perspective view of the wheel of FIG. 1;
  • Fig. 3 in detail material recesses in the rear horn region of the wheel; 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 2.
  • FIG. 5 shows a section along the line V-V in Fig. 2.
  • FIG. 6 shows a schematic, partially sectioned view of a preform of a wheel which is mounted on a spinning chuck, wherein material recesses are formed in the rear horn region of the finished wheel by flow molding;
  • FIG. 7 shows an enlarged view of a section of the spinning chuck or preform illustrated in FIG. 6 in the region of the rear horn region;
  • FIG. 8 shows a sectional view of a rim bed with a subsequent rear horn area of the wheel produced according to FIG. 6 or FIG. 7; FIG. and
  • 9a is a schematic sectional view of a two-part die in the region of a material elevation for forming a material recess in the finished wheel.
  • Fig. 9b is a section of the die in a region without material elevations.
  • a (vehicle) wheel 1 made of a light metal alloy, in particular an aluminum alloy, a magnesium alloy or a steel alloy is shown, which has a rim body 2, to which a front horn portion 3 connects.
  • the wheel 1 may be made of a plastic material, in particular also a fiber-reinforced, for example carbon fiber reinforced, plastic material.
  • the front horn portion 3 is connected to an opposite rear horn portion 4 via a substantially cylindrically shaped rim 5 with each other.
  • the rear horn region 4 in this case has, as shown in particular in Fig. 5, a greater wall thickness than the rim base 5, and also has a rear, extending circumferentially Bund 7, which extends substantially in the radial direction of the wheel 1, that is substantially perpendicular to the adjacent portion of the rear horn portion 4.
  • the collar 7 also has an inner surface 7 'which is located on the vehicle relative to the mounted position of the wheel 1 and which is arranged substantially perpendicular to the rim base 5 or to the portion of the rear horn region 4 adjacent to the collar 7.
  • the wall thickness of the collar 7 is greater than the wall thickness of the adjacent section of the rear horn region 4 and of the rim base 5.
  • a multiplicity of identical material recesses 8 are provided, which are arranged on the circumference at an inner side 9 'facing away from a side 9 for receiving a tire at regular angular intervals.
  • the material recesses 8 allow a reduction in weight of the wheel 1.
  • the material recesses 8 cause a reduction in the stiffness of the wheel 1, so that a higher energy absorption capacity is given, which allows improved adaptation to the usually highly dynamic impact load of the wheel.
  • the material recesses 8 in a forming process, i. not by casting, generated.
  • the material recesses 8 are forged or flattened, whereby an increased material density or a homogenized grain structure is achieved in the forged regions of the wheel 1.
  • the manufacture of the wheel 1 will be explained in more detail in connection with FIGS. 7 to 9.
  • At the arcuate apex portion 11 'then includes in each case a substantially rectilinearly expanding portion 12 at.
  • the material recesses 8 also have a section 8 'running essentially in the axial direction or parallel to the longitudinal extension plane of the rim bed 5, which adjoins the section 8''of the material recess 8 directly.
  • the sections 8 ', 8 "are arranged substantially perpendicular to one another, so that essentially an L-shape of the material recesses 8 results in the cross section.
  • the depth of the material recess 8 increases radially outward to the inner surface 7 'of the collar 7 out.
  • the arranged in the circumferential collar 7 section 8 '' of the material recess 8 is curved convexly in the embodiment shown.
  • FIGS. 6 to 9 The method according to the invention for producing the wheel 1 is illustrated in FIGS. 6 to 9, wherein in each case first of all a raw material or a blank is formed by casting or forging a preform 13, which is subsequently formed into the finished wheel.
  • FIGS. 6 to 8 schematically show the formation of the material recesses 8 in the flow-forming or "flow-forming" method, whereby the preform 13, which has already assumed the shape of the finished wheel 1 in FIGS. arranged on a spinning chuck 14, which images the desired inner shape of the finished wheel 1 and thus corresponds to the negative shape of the wheel 1.
  • the spinning chuck 14 rotates together with the clamped preform 13 about a rotation axis 15.
  • Fig. 6 is further schematically a push rod 16 can be seen , the 'engages the preform 13, the preform 13, for example in the direction of arrow 16' from the outside while applying pressure in the direction of arrow 16 'to the contour of the internal pressure lining 14 to moving ⁇ chen. to form the material recesses 8, the pressing ⁇ lining 14 has sections of material elevations 17 on, which correspond to the shape of the material recesses 8 in the finished wheel 1.
  • Fig. 8 shows the final shape of the wheel 1 with the rim base 5, to which the rear horn portion 4 connects, in which the material ⁇ recess 8 is formed in the region of the thickened collar 7.
  • the rim base 5 has already been included before the front horn portion 3 and the rear horn portion 4 with the push rod 16 is pressed.
  • the preform 13 initially has an edge adjoining the rim body 2 (not shown in the figures), which has the material for the formation of the rim base 5 or horn regions 3, 4, which in each case is connected to the push rod 16 are pressed into the desired shape.
  • a programmable CNC control is appropriate.
  • the material recess 8 in the embodiment shown extends essentially in the circumferential collar 7 of the rear horn region 4 with a small extent in the area adjoining the collar 7.
  • FIGS. 9a and 9b schematically show a spinning chuck 14 in the manner of a die 18 with an upper part 19 and a lower part 20, in which the preform 13 is forged into the finished wheel 1 according to an alternative embodiment of the method.
  • the lower part 20 of the die 18 has material elevations 21 in sections for forming the material recesses 8 in the finished wheel 1.
  • the material elevations 21 are only partially provided in the lower part 20, so that in those areas in which the Materialer ⁇ surveys 21 are provided, the material recesses 8 are generated, wherein in the region shown in Fig. 9b no such material recess 8 is formed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Rades (1), insbesondere eines Fahrzeugrades, Rad (1), sowie Drückfutter (14) zur Herstellung eines Rades (1), mit einem Felgenkörper (2), an den ein vorderer Hornbereich (3) anschließt, der über ein Felgenbett (5) mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich (4) verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem Felgenbett (5) bzw. dem übrigen hinteren Hornbereich (4) verdickten Bund aufweist, wobei mittels Gießen oder Schmieden ein Vorformling (13) gebildet wird, und der Vorformling (13) zum fertigen Rad (1) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hinteren Hornbereich (4) mittels Schmieden oder Fließdrücken zumindest eine Materialaussparung (8) derart gebildet wird, dass der hintere Hornbereich (4) im Bereich der Materialaussparung (8) eine gegenüber einem umfangsseitig benachbarten Bereich eine verjüngte Wandstärke aufweist und dass zumindest im Bereich der Materialaussparung eine vergleichsweise große Materialdichte erzielt wird, wobei die Materialaussparung (8) zumindest einen Abschnitt (8') im umlaufenden Bund (7) des hinteren Hornbereichs (4) aufweist, der sich in Umfangsrichtung von einem Scheitelbereich (11), der im Bereich einer umlaufenden Innenfläche (7') des Bundes (7) angeordnet ist, in radialer Richtung nach innen bis zu einem frei auslaufenden Ende erweitert.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Rades, Rad und Drückfutter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rades, insbesondere eines Fahrzeugrades, mit einem Felgenkörper, an den ein vorderer Hornbereich anschließt, der über ein Felgenbett mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem Felgenbett bzw. dem übrigen hinteren Hornbereich verdickten Bund aufweist, wobei mittels Gießen oder Schmieden ein Vorformling gebildet wird, und der Vorformling zum fertigen Rad umgeformt wird.
Weiters betrifft die Erfindung ein Rad mit einem an einen Felgenkörper anschließenden vorderen Hornbereich, der über ein Felgenbett mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem übrigen hinteren Hornbereich verdickten Bund aufweist, wobei der hintere Hornbereich zumindest eine Materialaussparung aufweist, so dass die Wandstärke des Rades im Bereich der Materialaussparung gegenüber einem umfangsseitig benachbarten Bereich verjüngt ist, wobei die Materialaussparung einen im umlaufenden Bund des hinteren Hornbereichs angeordneten Abschnitt aufweist, der sich in Umfangsrichtung von einem Scheitelbereich, der im Bereich einer umlaufenden Innenfläche des Bundes angeordnet ist, in radialer Richtung nach innen bis zu einem frei auslaufenden Ende erwei¬ tert .
Schließlich betrifft die Erfindung ein Drückfutter zur Herstellung eines Rades mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren im Fließdrück- oder Schmiedeverfahren, das einen an einen Felgenkörper anschließenden vorderen Hornbereich aufweist, der über ein Felgenbett mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem übrigen hinteren Hornbereich verdickten Bund aufweist.
Aus der US 3,822,458 ist ein Verfahren zur spanlosen Herstellung von Kraftfahrzeugrädern bekannt, die einstückig aus einem Guss¬ rohling durch Warmpressen vorgeformt werden, wobei in einem zweiteiligen Gesenk ein Radkörper mit einer Nabe geschmiedet wird. Anschließend wird ein umlaufender Rand des Radkörpers mit¬ tels Drückrollen in axialer Richtung in eine endgültige Felgen- bettform fließgedrückt, welche einen vorderen, an den Radkörper anschließenden Hornbereich und einen hinteren, vom Radkörper abgewandten Hornbereich aufweist. Im hinteren Hornbereich wird dabei ein vom Felgenbett hochstehender, verdickter Bund
ausgebildet. Das Fließdrücken, auch " Flow-Forming" genannt, ist sehr gut dazu geeignet, einen kompliziert gestalteten Felgen- bettraum einschließlich beidseitig anschließender Hornbereiche zu erzeugen.
Aus der US 5,740,609 A ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Felge bekannt, bei welchem die Felgenbettform durch Fließdrücken erzeugt wird.
In jüngster Zeit wurden im Fahrzeugbau große Anstrengungen unternommen, um das Gewicht der Räder zu reduzieren. Die Räder sind zwar nur für einen geringen Teil des Gesamtgewichts eines Fahrzeugs verantwortlich; als ungefederte Massen wirken sie sich jedoch sehr stark auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs aus. Zudem erhöht die Rotationsmasse der Räder die zum Antrieb der Räder erforderliche Energie. Somit besteht großes Interesse an leichten Rädern; gleichzeitig müssen allerdings die von geltenden Normen vorgeschriebenen Anforderungen hinsichtlich einer Schlagbeanspruchung der Räder beachtet werden. Aus diesem Grund ist es nicht ohne weiteres möglich, die Wandstärke des umlaufenden Bundes im hinteren Hornbereichs, wie dieser beispielsweise in der US 3,822,458 gezeigt ist, beliebig zu verringern. in einem anderen Zusammenhang ist es aus der EP 1 964 690 bekannt, mittels Kokillen ein Gussrad in einem einzigen Arbeitsschritt zu gießen, wobei im hinteren Hornbereich
Materialeinsparungen, d.h. Bereiche mit vergleichsweise geringer Wandstärke, erzeugt werden. Zu diesem Zweck weist ein Kokillenunterteil abschnittsweise Materialerhebungen auf, um die Materialaussparungen im fertiggestellten Gussrad auszubilden. Diese Materialeinsparungen haben sich als sehr vorteilhaft erwiesen, um ein Gussrad mit vergleichsweise geringer Masse herzustellen, welches gleichzeitig hohen Anforderungen an die Schlagbeanspruchung gerecht wird. Derartige Gussräder können zudem kostengünstig produziert werden. Andererseits sind die vorgeschriebenen Mindestwandstärken von Gussrädern, bei denen das Rohmaterial in einem einstufigen Gießvorgang in die gewünschte Form des fertigen Rades gegossen wird, höher als beispielsweise bei geschmiedeten Rädern, so dass geringere Gewichtseinsparungen möglich sind .
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren der eingangs angeführten Art zu schaffen, mit dem ein besonders leichtes und gleichzeitig hohen mechanischen Ansprüchen genügendes Rad herstellbar ist. Zudem soll ein diesen Anforderungen entsprechendes Rad und ein Drückfutter zur Herstellung des Rades geschaffen werden.
Dies wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren der eingangs angeführten Art dadurch erzielt, dass in dem hinteren Hornbereich mittels Schmieden oder Fließdrücken zumindest eine Materialaussparung gebildet wird, so dass der hintere Hornbereich im Bereich der Materialaussparung eine gegenüber einem umfangsseitig benachbarten Bereich eine verjüngte Wandstärke aufweist, wobei die Materialaussparung zumindest einen Abschnitt im umlaufenden Bund des hinteren Hornbereichs aufweist, der sich in Umfangs- richtung von einem Scheitelbereich, der im Bereich einer umlaufenden Innenfläche des Bundes angeordnet ist, in radialer
Richtung nach innen bis zu einem frei auslaufenden Ende erweitert. Durch das Schmieden oder Fließdrücken der Materialaussparung kann im Bereich der Materialaussparung eine
vergleichsweise, d.h. gegenüber einem Gießen der Materialausspa¬ rung, große Materialdichte erzielt werden. Die geschmiedeten Bereiche des Vorformlings können gegenüber einer gegossenen
Ausführung des Vorformlings ebenfalls eine erhöhte Materialdichte aufweisen. In diesem Fall kann durch das Schmieden oder
Fließdrücken der Materialaussparung die Materialdichte im Bereich der Materialaussparung gegenüber den beim Schmieden des Vorformlings erzeugten Bereichen (weiter) erhöht werden.
Demnach wird zunächst ein Vorformling gegossen oder geschmiedet, der insbesondere den Felgenkörper mit einer zentralen Nabe vorbildet. Der Vorformling wird anschließend im Wesentlichen zur gewünschten Endform des fertigen Rades umgeformt, wobei zumindest die Materialaussparung in dem umlaufenden, verdickten Bund des hinteren Hornbereichs erzeugt wird; bei einer bevorzugten Ausführung erstreckt sich die Materialaussparung zudem in den an den umlaufenden Bund angrenzenden Bereich des hinteren Hornbereichs . Selbstverständlich kann die mittels Schmieden bzw.
Fließdrücken erzielte Endform auch noch weiteren Bearbeitungsbzw. Umformungsvorgängen unterzogen werden. Die Materialaussparung wird radial nach außen durch den Scheitelbereich in der umlaufenden, vom Felgenkörper abgewandten Innenfläche des Bundes begrenzt und erstreckt sich mit einem in Umfangsrichtung erweiternden Verlauf radial nach innen bis zum frei auslaufenden Ende .
Die Herstellung der Materialaussparung in einem Umformungsvorgang ermöglicht gegenüber einem Gießen der Aussparung verbesserte mechanische Eigenschaften des fertigen Rades. Das Schmieden oder Fließdrücken der Materialaussparung hat insbesondere den Vorteil, dass zumindest im Bereich der Materialaussparung eine vergleichsweise große Materialdichte erzielt werden kann. Somit kann das Rad im Bereich der Materialaussparung mit einer sehr geringen Wandstärke ausgestattet werden, ohne dass hiermit signifikante Einbußen in der Standfestigkeit einhergehen. Durch die abschnittsweise Ausbildung der Materialaussparung wird eine hohe Stabilität des hinteren Hornbereichs bei geringem Gewicht gewährleistet. Die Materialaussparung kann so einen wichtigen Bestandteil in der Gewichtsoptimierung des Rades bilden, welche zusätzlich durch Verwendung von durchgehend geringen Wandstärken und besonders leichten Materialien verbessert werden kann. Die geschmiedete oder im „Flow-Forming"- bzw. Fließdrück-Verfahren erzeugte Materialaussparung ist demnach besonders gut dazu geeignet, eine Gewichtsoptimierung des Rades zu erzielen. Der Ein- fluss des Fließdrückens bzw. des Schmiedens zeigt sich im fertigen Rad in einer zumindest im Bereich der Materialaussparung gegenüber einer gegossenen Ausführung erhöhten Materialdichte, welche mit Hilfe von gängigen Untersuchungsmethoden nachgewiesen werden kann. Zudem kann insbesondere beim Fließdrücken der Materialaussparung eine Homogenisierung der Kornstruktur des Rades in diesem Bereich erzielt werden, welche sich ebenfalls vorteilhaft auf die Eigenschaften des Rades auswirkt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Materialausspa- rung im Fließdrückverfahren ist vorgesehen, dass als Vorformling ein im Wesentlichen zylindrischer Felgenkörper ausgebildet ist, wobei aus dem Vorformling das Rad, vorzugsweise einschließlich der Hornbereiche mit dem umlaufenden Bund und des Felgenbetts, und die Materialaussparung mittels Fließdrücken ausgebildet werden. Dabei kann zunächst von einem Rohling ausgegangen werden, beispielsweise einem Gussrohling oder einem Schmiederohling, welcher zum im Wesentlichen zylindrischen Vorformling geschmiedet werden kann. Andererseits kann der Vorformling durch Gießen in einem Arbeitsschritt hergestellt werden. Anschließend wird der Vorformling durch Fließdrücken an die Form des fertigen Rades angeglichen. Das Fließdrückverfahren, welches auch als „Flow-Forming" , Abstreck-Drücken oder Drück- bzw. Rotationswalzen bezeichnet wird, beruht auf dem seit Jahrhunderten bekannten Prinzip des Drückumformen, welches aus der Töpferei übernommen wurde. Beim Fließdrücken wird der Vorformling auf ein Drückfutter (auch Drückform genannt) aufgesetzt, welche gemeinsam mit dem Vorformling in Rotation versetzt wird. Das Drückfutter bildet die gewünschte Innenform des Rades ab. Um den Vorformling an die Form des Drückfutters anzugleichen, greift von außen ein Gegenwerkzeug in der Art eines Drückstabs, einer Drückrolle oder dergl . an. An den Angriffsstellen des Gegenwerkzeugs erfolgt eine Abformung der Kontur des Druckfutters. Durch Verwendung von speziellen Steuertechniken ist es insbesondere auch möglich, eine bezüglich der Drehachse des Drückfutters nicht rotationssymmetrische Form abzubilden. Dies kann insbesondere durch eine Kraft- oder weggesteuerte Drückstabzustellung erzielt werden. Demnach können die Vorteile des Fließdrückverfahrens, insbesondere auch für eine nicht rotationssymmetrische, abschnittsweise Materialaussparung genützt werden. Zur Erzielung der Materialaussparung weist der Vorformling vorzugsweise einen verdickten Rand auf, der an den vorgeformten Felgenkörper anschließt. Dieser Rand enthält das Material für die Ausbildung des Felgenbetts mit dem vorderen bzw. dem hinteren Hornbereich. Mittels einer geeigneten Steuerung, insbesondere einer computerisierten nume¬ rischen Steuerung (CNC) , wird das Formwerkzeug so geführt, dass der Rand zunächst in den vorderen Hornbereich, anschließend in das Felgenbett und schließlich in den hinteren Hornbereich mit dem verdickten Bund umgeformt wird. Schließlich wird im hinteren Hornbereich die Materialaussparung fließgedrückt. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Vorformling gegossen wird, dessen Form abgesehen von der Materialaussparung dem fertigen Rad entspricht, wobei die Materialaussparung in den Vorformling geschmiedet wird. Das Schmieden der Materialaussparung kann einerseits durch Freiformschmieden folgen, bei dem eine Druckumformung mit gegeneinander bewegten Werkzeugen erfolgt. Andererseits kann die Materialaussparung in Gesenken ausgeschmiedet werden, wobei der Vorformling von gegeneinander bewegten Formwerkzeugen, sogenannten Gesenken, umschlossen wird. Die Form des fertigen Rades wird durch die in das Gesenk eingebrachte Gravur bestimmt, welche insbesondere eine Materialerhebung zur Ausbildung der Materialaussparung aufweist.
Zur Erzielung eines verbesserten Energieaufnahmevermögens bzw. weiterer Materialaussparungen ist es von Vorteil, wenn eine Vielzahl von insbesondere ident ausgebildeten Materialaussparungen in dem Bund des hinteren Hornbereichserzeugt werden.
Zur regelmäßigen Anordnung der Materialaussparungen um die Drehachse des Rades ist es günstig, wenn die Materialaussparungen umfangsseitig in vorzugsweise gleichmäßigen Winkelabständen erzeugt werden.
Eine besonders vorteilhafte Kombination von Gewichtseinsparung und hoher mechanischer Stabilität kann erzielt werden, wenn der im Bund des hinteren Hornbereichs verlaufende Abschnitt der Materialaussparungen bezüglich der umlaufenden Innenfläche des Bundes konkav gekrümmt wird.
Vorzugsweise wird bei der Ausbildung der der Materialaussparun¬ gen ein kreisbogenförmiger Scheitelbereich erzeugt, der in der umlaufenden Innenfläche des Bundes verläuft. Demnach wird der im umlaufenden Bund angeordnete Abschnitt der Materialaussparung radial nach außen durch den kreisbogenförmigen Scheitelbereich begrenzt. Ausgehend von diesem Scheitelbereich erweitert sich die Materialaussparung radial nach innen, d.h. in Richtung der Radnabe . Zur Ausbildung der Materialaussparung ist es insbesondere günstig, wenn die Materialaussparungen anschließend an den kreisbogenförmigen Scheitelbereich im Wesentlichen geradlinig erweitert werden. Demnach nimmt die Breite bzw. Erstreckung des im umlaufenden Bund angeordneten Abschnitts der Materialaussparung in Umfangsrichtung kontinuierlich vom äußeren, kreisbogenförmigen Scheitelbereich zum innenliegenden freien Ende der Materialaussparung zu.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird zudem durch ein Rad der eingangs angeführten Art gelöst, bei dem die Materialaussparung mittels Schmieden oder Fließdrücken hergestellt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Rad werden somit dieselben Vorteile wie mit dem zuvor beschriebenen Verfahren erzielt, sodass zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Ausführungen verwiesen wird. Demnach ist zumindest im Bereich der Materialaussparung eine gegenüber einer gegossenen Ausführung
vergleichsweise große Materialdichte vorgesehen.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Drückfutter der eingangs angeführten Art gelöst, bei dem das Drückfutter zumindest eine Materialerhebung zur Ausbildung der Materialaussparung im umlaufenden Bund aufweist. Der Begriff Drückfutter soll zum Zwecke der Offenbarung dieser Erfindung eine zum Umformen des Vorformlings geeignete Form beschreiben, wozu insbesondere die (Negativ-) Form in einer Fließdrückmaschinebzw. ein entsprechend geformtes Gesenk für das Schmieden der Materialaussparung zählen .
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiters erläutert. Im Einzelnen zeigen in den Zeichnungen:
Fig. 1 eine Ansicht auf einen hinteren Hornbereich eines Rades;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Rades gemäß Fig. 1;
Fig. 3 im Detail Materialaussparungen im hinteren Hornbereich des Rades; Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2 ;
Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 2 ;
Fig. 6 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Vorformlings eines Rades, der auf ein Drückfutter aufgespannt ist, wobei durch Fließdrücken Materialaussparungen im hinteren Hornbereich des fertigen Rades ausgebildet werden;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des in Fig. 6 dargestellten Drückfutters bzw. Vorformlings im Bereich des hinteren Hornbereichs;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Felgenbetts mit anschließendem hinteren Hornbereich des gemäß Fig. 6 bzw. Fig. 7 hergestellten Rades; und
Fig. 9a eine schematische Schnittansicht eines zweiteiligen Gesenks im Bereich einer Materialerhebung zur Ausbildung einer Materialaussparung im fertigen Rad; und
Fig. 9b einen Schnitt des Gesenks in einem Bereich ohne Materialerhebungen .
In Fig. 1 und 2 ist ein ( Fahrzeug- ) Rad 1 aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminium-Legierung, einer Magnesium-Legierung oder einer Stahl-Legierung, gezeigt, welches einen Felgenkörper 2 aufweist, an dem ein vorderer Hornbereich 3 anschließt. Bei einer alternativen Ausführung kann das Rad 1 aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere auch einem faserverstärkten, beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten, Kunststoffmaterial gefertigt sein. Der vordere Hornbereich 3 ist mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich 4 über ein im Wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Felgenbett 5 miteinander verbunden .
Der hintere Hornbereich 4 weist hierbei, wie insbesondere in Fig. 5 ersichtlich, eine größere Wandstärke als das Felgenbett 5 auf, und weist zudem einen hinteren, umfangsseitig verlaufenden Bund 7 auf, welcher sich im Wesentlichen in radialer Richtung des Rades 1, d.h. im Wesentlichen senkrecht zum angrenzenden Abschnitt des hinteren Hornbereichs 4 erstreckt. Der Bund 7 weist zudem eine bezüglich der montierten Stellung des Rades 1 am Fahrzeug innenliegende Innenfläche 7' auf, welche im Wesentlichen senkrecht zum Felgenbett 5 bzw. zum an den Bund 7 angrenzenden Abschnitt des hinteren Hornbereichs 4 angeordnet ist. Die Wandstärke des Bundes 7 ist dabei größer als die Wandstärke des angrenzenden Abschnitts des hinteren Hornbereichs 4 sowie des Felgenbetts 5.
Wie in den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, sind im Bereich des hinteren Hornbereichs 4 eine Vielzahl von ident ausgebildeten Materialaussparungen 8 vorgesehen, die umfangsseitig an einer von einer Seite 9 zur Aufnahme eines Reifens abgewandten Innenseite 9' in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Die Materialaussparungen 8 ermöglichen eine Gewichtsreduktion des Rades 1. Zudem bewirken die Materialaussparungen 8 eine Verringerung der Steifigkeit des Rades 1, so dass ein höheres Energieaufnahmevermögen gegeben ist, welches eine verbesserte Anpassung an die zumeist hochdynamische Schlagbelastung des Rades ermöglicht.
Erfindungsgemäß werden zumindest die Materialaussparungen 8 in einem Umformungsvorgang, d.h. nicht durch Gießen, erzeugt. In der gezeigten Ausführung der Erfindung werden die Materialaussparungen 8 geschmiedet oder fließgedrückt, wodurch eine erhöhte Materialdichte bzw. eine homogenisierten .Kornstruktur in den geschmiedeten bzw. fließgedrückten Bereichen des Rades 1 erzielt wird. Die Herstellung des Rades 1 wird im Zusammenhang mit den Fig. 7 bis 9 näher erläutert.
Wie insbesondere in den Fig. 4 und 5 ersichtlich, weisen die Materialaussparungen 8 einen Abschnitt 8'' im umlaufenden, verdickten Bund 7 des hinteren Hornbereichs 4 auf, der sich in Umfangsrichtung von einem kreisbogenförmigen Scheitelbereich 11' eines Scheitels 11, der im Bereich der umlaufenden Innenfläche 7' des Bundes 7 angeordnet ist, in radialer Richtung nach innen bis zu einem frei auslaufenden Ende erweitert. An den kreisbogenförmigen Scheitelabschnitt 11' schließt sodann jeweils ein sich im Wesentlichen geradlinig erweiternder Abschnitt 12 an. Beim in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Materialaussparungen 8 zudem einen im Wesentlichen in ach- sialer Richtung bzw. parallel zur Längserstreckungsebene des Felgenbetts 5 verlaufenden Abschnitt 8' auf, der unmittelbar an den Abschnitt 8'' der Materialaussparung 8 anschließt. Die Abschnitte 8 ' , 8 ' ' sind im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet, so dass sich im Querschnitt im Wesentlichen eine L-Form der Materialaussparungen 8 ergibt. Die Tiefe der Materialaussparung 8 erhöht sich dabei radial nach außen zur Innenfläche 7' des Bundes 7 hin. Der im umlaufenden Bund 7 angeordnete Abschnitt 8'' der Materialaussparung 8 ist bei der gezeigten Ausführung konvex gekrümmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Rades 1 ist in den Fig. 6 bis 9 veranschaulicht, wobei jeweils zunächst aus einem Rohmaterial bzw. einem Rohling mittels Gießen oder Schmieden ein Vorformling 13 gebildet wird, welcher anschließend zum fertigen Rad umgeformt wird.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen schematisch die Ausbildung der Materialaussparungen 8 im Fließdrück- bzw. „Flow-Forming"-Verfahren . Dabei wird der Vorformling 13, welcher in den Fig. 6 bis 8 bereits die Form des fertigen Rades 1 angenommen hat, auf einem Drückfutter 14 angeordnet, das die gewünschte Innenform des fertigen Rades 1 abbildet und somit der Negativform des Rades 1 entspricht. Das Drückfutter 14 rotiert gemeinsam mit dem aufgespannten Vorformling 13 um eine Rotationsachse 15. Aus Fig. 6 ist weiters schematisch ein Drückstab 16 ersichtlich, der von außen unter Druckausübung in Pfeilrichtung 16' am Vorformling 13 angreift, um den Vorformling 13 beispielsweise in Pfeilrichtung 16'' an die Kontur des innenliegenden Druckfutters 14 anzuglei¬ chen. Zur Ausbildung der Materialaussparungen 8 weist das Drück¬ futter 14 abschnittsweise Materialerhebungen 17 auf, welche zur Form der Materialaussparungen 8 im fertigen Rad 1 korrespondieren .
Fig. 8 zeigt die Endform des Rades 1 mit dem Felgenbett 5, an das der hintere Hornbereich 4 anschließt, in dem die Material¬ aussparung 8 im Bereich des verdickten Bundes 7 ausgebildet ist. Vorzugsweise wurde zuvor bereits das Felgenbett 5 einschließlich des vorderen Hornbereichs 3 bzw. des hinteren Hornbereichs 4 mit dem Drückstab 16 fließgedrückt. Zu diesem Zweck weist der Vor- formling 13 zunächst einen an den Felgenkörper 2 anschließenden Rand auf (in den Fig. nicht dargestellt), der das Material für die Ausbildung des Felgenbetts 5 bzw. der Hornbereiche 3, 4 aufweist, welche jeweils mit dem Drückstab 16 in die gewünschte Form fließgedrückt werden. Hierfür ist insbesondere eine programmierbare CNC-Steuerung zweckmäßig.
Wie aus der Schnittansicht gemäß Fig. 8 ersichtlich, erstreckt sich die Materialaussparung 8 bei der gezeigten Ausführung im Wesentlichen im umlaufenden Bund 7 des hinteren Hornbereichs 4 mit einer geringen Erstreckung in an den Bund 7 anschließenden Bereich .
In den Fig. 9a und 9b ist schematisch ein Drückfutter 14 in der Art eines Gesenks 18 mit einem Oberteil 19 und einem Unterteil 20 gezeigt, in dem der Vorformling 13 gemäß einer alternativen Ausführung des Verfahrens zum fertigen Rad 1 geschmiedet wird. Wie insbesondere in Fig. 9a ersichtlich, weist der Unterteil 20 des Gesenks 18 abschnittsweise Materialerhebungen 21 zur Ausbildung der Materialaussparungen 8 im fertigen Rad 1 auf. Die Materialerhebungen 21 sind im Unterteil 20 nur abschnittsweise vorgesehen, so dass in jenen Bereichen, in denen die Materialer¬ hebungen 21 vorgesehen sind, die Materialaussparungen 8 erzeugt werden, wobei in dem in Fig. 9b gezeigten Bereich keine derartige Materialaussparung 8 ausgebildet wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines Rades (1), insbesondere eines Fahrzeugrades, mit einem Felgenkörper (2), an den ein vorderer Hornbereich (3) anschließt, der über ein Felgenbett (5) mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich (4) verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem Felgenbett (5) bzw. dem übrigen hinteren Hornbereich (4) verdickten Bund aufweist, wobei mittels Gießen oder Schmieden ein Vorformling (13) gebildet wird, und der Vorformling (13) zum fertigen Rad (1) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hinteren Hornbereich (4) mittels Schmieden oder Fließdrücken zumindest eine Materialaussparung (8) derart gebildet wird, dass der hintere Hornbereich (4) im Bereich der Materialaussparung (8) eine gegenüber einem umfangsseitig benachbarten Bereich eine verjüngte Wandstärke aufweist und dass zumindest im Bereich der Materialaussparung eine vergleichsweise große Materialdichte erzielt wird, wobei die Materialaussparung (8) zumindest einen Abschnitt (8') im umlaufenden Bund (7) des hinteren Hornbereichs (4) aufweist, der sich in Umfangsrichtung von einem Scheitelbereich (11), der im Bereich einer umlaufenden Innenfläche (7') des Bundes (7) angeordnet ist, in radialer Richtung nach innen bis zu einem frei auslaufenden Ende erweitert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformling (13) ein im Wesentlichen zylindrischer Felgenkörper (2) ausgebildet ist, wobei aus dem Vorformling (13) das Rad (1), vorzugsweise einschließlich der Hornbereiche (3, 4) mit dem umlaufenden Bund (7) und des Felgenbetts (5), und die Materialaussparung (8) mittels Fließdrücken ausgebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorformling (13) gegossen wird, dessen Form abgesehen von der Materialaussparung (8), dem fertigen Rad (1) entspricht, wobei die Materialaussparung (8) in den Vorformling (13) geschmiedet wird .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von insbesondere ident ausgebildeten Materialaussparungen (8) in den Bund (7) des hinteren Hornbereichs (4) erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparungen (8) umfangsseitig in vorzugsweise gleichmäßigen Winkelabständen erzeugt werden.
6. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bund (7) des hinteren Hornbereichs (4) verlaufende Abschnitt (8'1) der Materialaussparungen (8) bezüglich der umlaufenden Innenfläche (7') des Bundes (7) konkav gekrümmt wird .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung der Materialaussparungen (8) ein kreisbogenförmiger Scheitelbereich (11') erzeugt wird, der in der umlaufenden Innenfläche (7') des Bundes (7) verläuft.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, d^ss die Materialaussparungen (8) anschließend an den kreisbogenförmigen Scheitelbereich (11') im Wesentlichen geradlinig erweitert werden .
9. Rad (1) mit einem an einen Felgenkörper (2) anschließenden vorderen Hornbereich (3), der über ein Felgenbett (5) mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich (4) verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem übrigen hinteren Hornbereich (4) verdickten Bund (7) aufweist, wobei der hintere Hornbereich (4) zumindest eine Materialaussparung (8) aufweist, so dass die Wandstärke des Rades (1) im Bereich der Materialaussparung (8) gegenüber einem umfangsseitig benachbarten Bereich verjüngt ist, wobei die Materialaussparung (8) einen im umlaufenden Bund (7) des hinteren Hornbereichs (4) angeordneten Abschnitt (8'') auf¬ weist, der sich in Umfangsrichtung von einem Scheitelbereich (11'), der im Bereich einer umlaufenden Innenfläche (7') des Bundes (7) angeordnet ist, in radialer Richtung nach innen bis zu einem frei auslaufenden Ende erweitert, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Materialaussparung (8) mittels Schmieden oder Fließdrücken hergestellt ist, so dass zumindest im Bereich der Materialaussparung eine vergleichsweise große Materialdichte vorgesehen ist.
10. Drückfutter zur Herstellung eines Rades (1) mittels einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 im Fließdrück- oder
Schmiedeverfahren, das einen an einen Felgenkörper (2) anschließenden vorderen Hornbereich (3) aufweist, der über ein Felgenbett (5) mit einem gegenüberliegenden hinteren Hornbereich (4) verbunden ist, der einen umlaufenden, gegenüber dem übrigen hinteren Hornbereich (4) verdickten Bund (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückfutter (14) zumindest eine
Materialerhebung (17, 21) zur Ausbildung der Materialaussparung (8) im umlaufenden Bund (7) aufweist.
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