WO2019201722A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer felge - Google Patents

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WO2019201722A1
WO2019201722A1 PCT/EP2019/059188 EP2019059188W WO2019201722A1 WO 2019201722 A1 WO2019201722 A1 WO 2019201722A1 EP 2019059188 W EP2019059188 W EP 2019059188W WO 2019201722 A1 WO2019201722 A1 WO 2019201722A1
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dies
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preform
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David Pieronek
Jörg GORSCHLÜTER
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing a rim for a vehicle wheel and to a method for producing a vehicle wheel.
  • Vehicle wheels or motor vehicle wheels are safety components and therefore must be able to withstand the high mechanical and dynamic cyclical loads during ferry operation.
  • Conventional "steel wheels” in sheet metal construction usually consist of a wheel disc (wheel disc), which ensures the connection to the wheel hub and a rim (rim tape), which receives the tire.
  • the wheel components are nowadays manufactured on step presses in several steps (up to eleven steps) by cold forming (deep drawing, flow forming, profiling).
  • step presses in several steps (up to eleven steps) by cold forming (deep drawing, flow forming, profiling).
  • microalloyed steels structural steel, fine grained steel
  • dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa have been used.
  • the joining technique used is preferably an MAG weld in combination with a press connection (deep-bed rim).
  • the weight of the vehicle wheels has a disproportionate effect as a rotationally moving mass on the energy consumption of the vehicles as well as on the unsprung masses. Therefore, the aim is generally to minimize the vehicle wheel weight with ideally high rigidity. Especially for commercial vehicles with several wheels and a single weight of about 36 to 40 kg, a significant weight reduction also has a positive effect on the transport load. In comparison with conventionally produced vehicle wheels, further lightweight construction potential can be exploited with steel if, on the one hand, material with higher strength or fatigue strength is used to safely accommodate the operating loads, and on the other hand geometry adjustments, such as e.g. Deformations for compensating the stiffness losses due to lower material thicknesses can be implemented.
  • the so-called hot forming in vehicle / body construction is applied, known in the art also under the indirect or direct hot forming.
  • hot forming the requirement for a high conversion formability are met at the same time high strength of the final molded components.
  • hot forming for significantly cyclic-loaded components made of sheet steel, such as wishbones, wheels, axle, in automotive vehicle construction is not yet established.
  • a standard-compliant rim is rotationally symmetric and / or annular and has in particular about the axis of rotation of the wheel undercut Geometrie Schemee on the rim flange and / or the rim shoulder (Hump, valve seat), so that the production by direct hot forming is technically difficult to implement.
  • the complex geometry of the rim it can be assumed that hot working with the known tool components (punch, blank holder, die) is not expedient. Summary of the invention
  • the invention is therefore based on the object to provide a suitable method and apparatus for producing hot-formed or press-hardened rims made of sheet steel and a method for producing a vehicle wheel, which or which a high weight reduction, dimensional stability, durability and safety in particular at acceptable Guarantee production costs.
  • the invention relates to a method for producing a rim for a vehicle wheel, comprising the steps:
  • the at least partially hot-forming is carried out with at least partial press-hardening in a device, the device comprising at least two inner dies and at least two lecturgesenke, wherein the inner dies each at least partially have an active surface which at least partially correspond to the corresponding end geometry of the inner contour of the rim, wherein the outer dies each at least partially have an active surface which at least partially correspond to the corresponding end geometry of the outer contour of the rim, wherein the warm Preform between the outer dies is arranged and the preform of the rim by the action of the active surfaces of the outer dies on the outer contour of the preform of the rim i n the final geometry of the outer contour of the rim transferred, at least partially hot-formed and at least partially press-hardened.
  • a rotationally symmetrical and / or tubular and / or near-net shape preform of a rim which is / is made of a sheet steel, is at least partially or completely heated to a temperature of at least A Ci , preferably to a temperature of at least A C 3 or through-heated and then thermoformed in a device at least in some areas and at least partially press-hardened.
  • a hardened structure is formed at least partially in the rim, by means of which a high dimensional stability can be achieved by avoiding springback, in particular Since the inner dies each at least partially have an active surface which at least partially correspond to the corresponding end geometry of the inner contour of the rim, and the outer dies each at least partially have an active surface which at least partially correspond to the corresponding end geometry of the outer contour of the rim, wherein the warm preform between the outer dies is arranged and transferred to the preform of the rim in particular by the action of the active surfaces of the outer dies on the outer contour of the preform of the rim in the final geometry of the outer contour of the rim.
  • the dimensional accuracy of the rim in the device can be improved so that complex reworking can be reduced, for example, to compensate for concentricity deviations or completely bypassed.
  • the at least partially produced hardness structure in the rim leads, with appropriate implementation to a higher operating strength of the rim, which allows a significant reduction in weight of a complete wheel.
  • the resistance of the rim can be increased at a sudden load.
  • the active surfaces of the inner dies on the inner contour of the preform of the rim wherein the preform of the rim in the closed state of the device at least partially with the Active surfaces of the inner molds and outer dies is in contact.
  • the device when arranging the warm preform of the rim between the outer dies at least one of the inner dies is arranged between the outer dies and the warm preform is at least partially slipped over the at least one inner die.
  • the device has two inner dies and the second inner die is moved translationally in the direction of the first inner die after arranging the warm preform of the rim, wherein the preform of the rim in the closed state of the device at least partially with the active surfaces of the two êtgesenke in contact.
  • the active surfaces of the inner dies can serve as a kind of counter bearing, in particular if the active surfaces of the outer dies act on the outer contour of the preform of the rim and thereby absorb the rim between them and have a certain dimensional accuracy in the rim by at least partial press hardening. can be made.
  • the dimensional accuracy of the rim can be improved, so that expensive rework, for example, to compensate for the runout deviations can be reduced or completely bypassed.
  • the translational movement is preferably parallel to the axis of rotation of the preform of the rim or the (final geometry of the) rim.
  • the first or the second inner die can be designed to be translationally movable, with the respective other inner die being rigid and thus the apparatus can be made less complex with less movable tool components and thus the apparatus, or, if required, that both inner dies can be made translationally movable. As a result, a particularly efficient manufacturing process can be achieved.
  • the device has at least two inner dies, wherein the inner dies are translationally movable from a first position to a second position, the circumference of the active surfaces of the inner dies being smaller in the first position than in the second position the inner dies are located in the first position during placement of the warm preform of the rim, after positioning the warm preform of the rim the inner dies are moved to the second position and the preform of the rim in the closed state of the device at least partially with the active surfaces of the two Interior sinks in contact.
  • the two or more inner dies are arranged within the device between the outer dies, wherein the translational movement is preferably carried out radially to the axis of rotation of the preform of the rim and the (final geometry of the) rim.
  • the inner dies are executed so to speak segmented and according to their number they act accordingly with their active surfaces on the inner contour of the preform of the rim, and depending on the size and application of the rim and three, four or more êtgesenke can be provided.
  • the translational movement of the inner dies into the second position takes place at the same time and / or with a time delay for the translational movement and bringing the outer dies together at least in sections contacting and receiving the preform of the rim between the active surfaces.
  • an optimal dimensional stability of the rim can be obtained by simultaneous action.
  • At least one area on the rim is not press-hardened.
  • no press hardening to avoid in the production of a vehicle wheel, in particular in the material-locking joining preferably when welding the wheel disc with the rim formation of a softening zone or softening in to reduce the heat affected zone, which would form in the presence of a hardened structure and would define a metallurgical notch that could no longer ensure adequate durability and / or stability of the overall wheel.
  • the semifinished product used is a hardenable steel material having a carbon content of at least 0.07% by weight, in particular of at least 0.10% by weight, preferably of at least 0.15% by weight, more preferably of at least 0, 22 wt .-% provided.
  • hardenable steel materials with a predominantly martensitic and / or bainitic microstructure such as, for example, manganese boron, tempering and air and oil hardening steels, markedly increased compared to the conventionally used dual-phase and microalloyed steels have cyclic bending fatigue strength and thus in principle further lightweight by sheet thickness reduction, in particular the motor vehicle rim allow.
  • the steel material provided may be case hardening steel or tempered steel, in particular grade CIO, C15, C22, C35, C45, 42CrMo4, manganese steel, in particular grade 8MnCrB3, 16MnB5, 16MnCr5, 22MnB5, 37MnB5, air hardening steel, oil hardening steel or multi-layer steel Steel composite material, for example, with three steel layers, of which at least one of the layers is curable, be.
  • the microstructure begins to convert to austenite and, in particular, is completely austenitic when the temperature A C3 is exceeded.
  • the preform of the rim is heated to a temperature of at least A, so that there is a substantially austenitic structure in the entire component.
  • a Ci and A are characteristic values which are dependent on the composition (alloy constituents) of the steel material used and can be taken from so-called ZGA or ZTU diagrams.
  • the at least partial press-hardening preferably takes place in a device in which the at least partially hot-forming is carried out, wherein the device is actively cooled in at least one region in which the press-hardening is to be reacted, so that a rapid cooling by contact with the tool part , in particular with its tool surface / effective area is effected in order to convert austenite into a hard structure, which in particular predominantly martensite and / or bainite may have, (M f martensite finish).
  • the required cooling rates can also be taken from the ZTU diagrams, depending on the desired microstructure.
  • Under at least partially hot forming is in particular a molding of the preform of the rim in the desired final geometry (desired geometry) of the rim and / or a calibration to improve the dimensional accuracy or compliance with tolerances to understand.
  • a final component with final mechanical properties and at least partially predominantly martensitic and / or bainitic microstructure of the rim is provided. If necessary, the rim can also be completely press hardened.
  • a predominantly martensitic or bainitic structure requires a minimum proportion of the microstructural phase, either individually or in combination of 50%.
  • the rotationally symmetrical and / or tubular and / or near-net shape preform of the rim is produced in particular from a semifinished product, for example from a flat sheet metal blank made of a hardenable steel material.
  • a preform of the rim can preferably be provided with an at least near net shape rim base and / or hump and / or rim shoulder and / or rim flange.
  • Under outer contour of the preform of the rim or the (final geometry of) rim is at least partially the outer geometry of the rim flange, in particular sections of the outer geometry of the rim flange and / or the rim shoulder, preferably in sections, the outer geometry of the rim flange, the rim shoulder and / or hump , Particularly preferred in sections, the outer geometry of the rim flange, the rim shoulder, the Humps and / or the rim base, which is no longer visible, in particular in use of an assembled tire understand.
  • Under inner contour of the preform of the rim or the (final geometry of) rim is at least partially the inner geometry of the rim flange, in particular sections of the inner geometry of the rim flange and / or the rim shoulder, preferably in sections, the inner geometry of the rim flange, the rim shoulder and / or hump , Particularly preferably sections of the inner geometry of the rim flange, the rim shoulder, the Humps and / or the rim well, which is at least partially visible in particular in use and is in direct contact with a wheel to understand.
  • the at least partial press-hardening of the preform of the rim is additionally assisted by the use of a fluid which is brought into direct contact with the warm preform.
  • a fluid which is brought into direct contact with the warm preform.
  • areas on the rim which are due to their geometry, for example, undercut geometry that can not experience tool contact for at least partial press-hardening, additionally brought into contact with a fluid to a cooling and thus to ensure the setting of a hardened structure at least partially in the areas not in contact with the components of the device.
  • the higher heat transfer when using a cooling by means of a fluid just the hardenability of components with higher sheet thicknesses can be improved.
  • the invention relates to a method for producing a vehicle wheel, wherein a wheel disc and a rim produced according to the invention are provided, wherein the wheel bowl is connected to the rim in a material, force and / or form-fit manner.
  • a wheel disc and a rim produced according to the invention are provided, wherein the wheel bowl is connected to the rim in a material, force and / or form-fit manner.
  • a wheel dish which is made of a sheet steel semifinished product, by cold forming and / or hot forming with at least partial press hardening.
  • the wheel dish preferably has a material thickness of up to 6 mm for the production of a wheel for passenger vehicles, preferably, or a material thickness of more than 6 mm, in particular more than 8 mm for the production of a wheel for commercial vehicles, which are due to the higher wheel loads ,
  • a material thickness of up to 6 mm for the production of a wheel for passenger vehicles preferably, or a material thickness of more than 6 mm, in particular more than 8 mm for the production of a wheel for commercial vehicles, which are due to the higher wheel loads .
  • deviations from the aforementioned material thicknesses are conceivable in further embodiments, depending on the design and type of vehicle, for example agricultural or agricultural vehicles or military vehicles.
  • the rim preferably has a material thickness up to a maximum of 3 mm for the production of a wheel for passenger vehicles or in particular a material thickness of more than 3 mm for the production of a wheel for commercial vehicles, which are justified by the higher wheel loads.
  • a material thickness up to a maximum of 3 mm for the production of a wheel for passenger vehicles or in particular a material thickness of more than 3 mm for the production of a wheel for commercial vehicles, which are justified by the higher wheel loads.
  • deviations from the aforementioned material thicknesses are conceivable in further embodiments depending on the design and vehicle type.
  • the invention relates to a device for producing a rim for a vehicle wheel, in particular for carrying out the method according to the first teaching, with at least two inner dies, wherein the inner dies each at least partially have an active surface which at least partially the corresponding end geometry of the inner contour correspond to the rim, and at least two outer dies, wherein the outer dies each at least partially have an active surface which at least partially correspond to the corresponding end geometry of the outer contour of the rim, wherein a warm preform of a rim between the outer dies can be arranged, whereby by acting on the active surfaces of the outer dies on the outer contour of the form the rim, the warm preform of the rim converted into the final geometry of the outer contour of the rim, at least partially hot-formed and at least partially press-hardened, wherein the at least two outer dies are translationally movable and can at least partially accommodate the rim along its outer contour in the contracted state.
  • the rim along its outer contour in the contracted state at least partially, in particular substantially completely absorbable by the at least two translationally movable outer dies of the device, so that at least the warm preform of the rim in the device at least partially hot-formed and at least partially press-hardened, wherein by the at least partially press-hardening, in particular by the tool contact, at least partially in the rim, a hardness structure is formed by which a high dimensional stability can be achieved by avoiding springback, especially since the inner dies each at least partially have an active surface, which at least partially the corresponding end geometry correspond to the inner contour of the rim, and the outer dies each at least partially have an active surface, which at least partially the corresponding end geometry correspond to the outer contour of the rim, the warm preform of the rim disposed between the outer dies and the preform of the rim can be converted in particular by the action of the active surfaces of the outer dies on the outer contour of the preform of the rim in the final geometry of the outer contour of the rim
  • outside dies are not reduced to two.
  • three, four or more than four outer dies are translationally movable and allow an effective surface formed on the outer contour of the rim to at least partially receive the rim .
  • Translationally movable means that the outer dies are preferably radially in the direction of the rim respectively radially to the axis of rotation of the rim and moved away, wherein in particular the axis of rotation of the rim corresponds to the central point in the device in particular for the movable embodiment of the outer dies.
  • the device has two inner dies, wherein the first and / or the second inner die are designed to be translationally movable and the translational movement can be executed parallel to the axis of rotation of the rim or in the axial direction of the rim. Due to this advantageous embodiment, a relatively simple process management and training of a speaking device with little moving components possible, which allow a particularly effective manufacturing process.
  • the device has at least two, preferably at least three, four or more than four inner dies, wherein the inner dies are translationally designed from a first position to a second position movable and the translational movement is radially executable to the axis of rotation of the rim , Due to the radial, translational movement of the inner dies, undercut geometries of the rim or undercut area on a rim can also be cooled by means of tool contact.
  • the rim in the contracted state at least partially, in particular substantially completely absorb and a component distortion can be substantially prevented.
  • the rim can thereby be in particular substantially completely press-hardened.
  • the device comprises means for actively and / or passively cooling the at least one inner die and / or the at least one outer die and / or means for direct fluid admission.
  • Active and / or passive cooling of the at least one inner die or region of the inner die and / or of the at least one outer die or of a region of the outer die can ensure continuous heat dissipation so that the tool components do not substantially heat and thereby at least partially press-harden without disturbances in the process can be made possible.
  • Fig. 1 is a device in perspective view according to a first invention
  • FIG. 2 shows a device in perspective view according to a second embodiment of the invention
  • 3 and 4 a process sequence of a method for producing a rim at different times on the example of a device in perspective view according to a third embodiment of the invention
  • Fig. 7 is a perspective view of a rim, a wheel disc and an assembled vehicle wheel.
  • a vehicle wheel (3) comprises a rim (1) for receiving a tire (not shown) and a wheel disc (2) connected to the rim (1) in a material, force and / or form-fitting manner with a connection area for detachable mounting to a wheel carrier (not shown) , 7.
  • the vehicle wheel (3) can be designed for a passenger vehicle with the rim (1) preferably a material thickness of up to 3 mm and for the wheel (2) preferably a material thickness is provided to a maximum of 6 mm, or in particular for a Are designed for commercial vehicle, wherein for the rim (1) preferably a material thickness of more than 3 mm and the wheel dish (2) is preferably provided a material thickness of more than 6 mm.
  • a semifinished product made of sheet steel is provided, which is manufactured into a rotationally symmetrical and / or tubular and / or near-net shape preform of a rim (not shown).
  • the rotationally symmetrical and / or tubular and / or near-net shape preform of the rim is in particular made of a flat sheet metal blank made of a hardenable steel material by cold forming, for example by profiling and preferably has an at least near net near rim base and / or hump and / or rim shoulder and / or rim flange and receiving area a valve (not shown).
  • a targeted thickness adjustment along the rim width for example by spin forming is also conceivable.
  • the preform of the rim is by means of suitable means, for example in a continuous furnace, at least partially or completely to a temperature of at least A Ci , preferably at least A C 3, heated or heated, wherein the warm preform of the rim then at least partially thermoformed and at least partially is press-hardened (not shown).
  • Other means of heating such as radiative, conductive, inductive, alone or in combination, may also be used.
  • 1 shows a device (10) for producing a rim (1) in a perspective view according to a first embodiment of the invention.
  • the at least partially hot forming with at least partial press hardening of the warm preform of the rim (not shown) is performed in a device (10), the device (10) having at least two inner dies (11) and at least two outer dies (12).
  • the outer dies (12) each have, at least in regions, an active surface (12.1) which at least partially corresponds to the final geometry of the outer contour (1.1) of the rim (1).
  • the warm preform of the rim (not shown) is arranged between the outer dies (12) in the device (10), in particular inserted into the opened device (10), wherein in particular the first, shown in the figure 1 below inner die (11) in such a way is designed so that it can accommodate the preform of the rim.
  • the warm preform of the rim is at least partially overlaid on the at least one, in particular first inner die (11) when placing between the outer dies, which is arranged between the outer dies (12) and, for example, rigid.
  • the second inner die (11) which is arranged at the top in FIG.
  • the first inner die (11) moves translationally in the direction of the inner die (11), in particular parallel to the axis of rotation (X) of the preform of the rim. symbolized by the arrow shown, wherein the inner dies (11) each at least partially an effective surface (11.1) which at least partially correspond to the final geometry of the inner contour (1.2) of the rim (1).
  • the two outer dies (12) translationally in the direction respectively radially to the axis of rotation (X) of the preform of the rim moves, symbolized by the illustrated arrows, so that they at least areaswese the rim (1) along its outer contour (1.1) in the contracted state, especially substantially completely.
  • the preform of the rim is converted by the action of the active surfaces (12.1) of the outer dies (12) on the outer contour of the preform of the rim in the final geometry of the outer contour (1.1) of the rim (1), at least partially hot-formed and at least partially press-hardened.
  • the preform of the rim is received between the inner dies (11) and outer dies (12) and adjusted to a certain dimensional accuracy in the rim (1) by at least partial press hardening. Due to the at least partially press-hardening, in particular by the tool contact (11, 11.1, 12, 12.1), a hardened structure is formed at least partially in the rim (1), by means of which a high dimensional stability can be achieved by avoiding springback and operational stability.
  • the device may further comprise means for active and / or passive cooling of the at least one inner (11) and / or at least one of the outer dies (12) and / or fluid directing means (not shown), in particular to prevent tool heating and to ensure at least partial press hardening of the rim (1) and / or in one or more To allow areas on the rim (1) hardening, for example, are not in tool contact, especially in the manufacture of a rim (1) with undercut geometry.
  • the device (10) is after a predetermined time, in particular after reaching a temperature, in particular when all conversion processes (bainite and / or martensite) are substantially completed and the desired structure in the rim (1) is set, in particular after reaching the Mf Re-opened, the tool components (11, 12) apart again moved away and the rim can be removed and fed to further steps, such as an optional blast treatment of the surface for the eventual removal of a resulting scale on the rim (1) and the Connection to a wheel dish (2) for producing a vehicle wheel (3) with optional subsequent cathodic dip painting (KTL) for setting a predetermined corrosion protection.
  • KTL cathodic dip painting
  • FIG. 2 shows a perspective view of a device (10) for producing a rim (1) according to a second embodiment of the invention, wherein the device (10) or the process sequence essentially corresponds to the first embodiment according to the invention in FIG. 1 with the difference. that instead of two now four outer dies (12) in the device (10) translationally movable, symbolized by the arrows, are provided.
  • the four outer dies (12) each enclose a quarter of the outer contour (1.1) of the rim (1).
  • FIGS. 3 and 4 show a process sequence of a method for producing a rim (1) at different times using the example of a device (10) in a perspective view according to a third embodiment according to the invention.
  • the at least partially hot forming with at least partial press-hardening of the warm preform of the rim is carried out in a device (10), the device (10) having at least two inner dies (11) and at least two outer dies (12).
  • the outer dies (12) each have, at least in regions, an active surface (12.1) which at least partially corresponds to the final geometry of the outer contour (1.1) of the rim (1).
  • the device (10) in the third embodiment at least two, preferably at least three, four or more than four, in this Example, eight inner dies (11), wherein the inner dies (11) translationally from a first position ( Figure 3) to a second position ( Figure 4) are designed to be movable and the translational movement radially to the axis of rotation (X) of the preform of the rim respectively Rim (1) is executable. Due to the radial, translational movement of the inner dies (11), it is also possible to cool undercut geometries on the rim (1) or undercut areas on a rim (1) by means of tool contact (11, 11.1, 12, 12.1). In particular, this makes it possible for the device (10) to receive the rim (1) in the contracted state at least in regions, in particular substantially completely, and to substantially prevent distortion of the component.
  • the warm preform of the rim is placed between the outer dies (12) in the device (10), especially in the opened device (10), with the inner dies (11) in the first position and the warm preform in placing between the discoursegesenken (12) at least partially over the at least one, in particular over the eight mecanicgesenke (11) can be slipped, which are arranged between the outer dies (12) and a contact with the inner dies (11) during insertion of the preform substantially omitted To prevent uncontrolled premature, for example, partial cooling of the warm preform of the rim.
  • the inner dies (11) each have, at least in regions, an active surface (11.1) which at least partially corresponds to the final geometry of the inner contour (1.2) of the rim (1).
  • a translational movement of the inner dies (11) into the second position takes place simultaneously or with a time delay for the translatory movement and collapse of the outer dies (12) for contacting at least in regions and for receiving the preform of the rim between the effective surfaces (11.1, 12.1), which is opposite.
  • Optimal dimensional stability of the rim (1) can be obtained by acting simultaneously by moving the two outer dies (12) and the eight inner dies (11) translationally in the direction of the preform of the rim, respectively radially to the axis of rotation of the preform of the rim the illustrated arrows, so that they can at least partially, in particular at least partially, in particular substantially completely and along their inner contour (1.2) can at least partially receive the rim in the contracted state, the rim along its outer contour (1.1).
  • the preform of the rim by the action of the active surfaces (11.1, 12.1) of the inner dies (11) and the outer dies (12) on the inner and outer contour of the preform of the rim in the final geometry of the inner and outer contour (1.1) of the rim (1.1) 1) transferred, at least partially thermoformed and at least partially press-cured. Due to the at least partial press hardening, in particular by the tool contact (11, 11.1, 12, 12.1), a hardened structure is formed at least partially in the rim (1), by which a high dimensional stability is achieved by avoiding springback and fatigue strength. can be enough.
  • the device (10) may further comprise means for actively and / or passively cooling the at least one inner die (11) and / or the at least one outer die (12) (not shown).
  • means for actively and / or passively cooling the at least one inner die (11) and / or the at least one outer die (12) (not shown).
  • the inner dies (11) in the second position by the radial movement are spaced apart and define gaps (11.2) between them, if necessary, means for direct fluid supply can be provided (not shown), the fluid between the columns (11.2 ), so that a cooling of the areas on the rim (1), which are not in contact with the active surfaces (11.1) of the êtgesenke (11), is effected by direct application of a fluid and hardening can take place.
  • the device (10) is after a predetermined time, in particular after reaching a temperature, in particular when all conversion processes (bainite and / or martensite) are substantially completed and the desired structure in the rim (1) is set, in particular after reaching the Mf -Temperature reopened, that is, the outer dies (12) are moved apart again or moved away and the inner dies (11) are moved to their first position, ie the inner dies (11) and the outer dies (12) in each opposite Moving towards each other to release the rim (1), so that they can be removed and fed to further steps, such as an optional blast treatment of the surface for eventual removal of a resulting scale on the rim (1) and the connection to a Radschadorel (2) for producing a vehicle wheel (3) with optional subsequent cathodic dip painting (KTL) to Ei Setting a predetermined corrosion protection.
  • a predetermined time in particular after reaching a temperature, in particular when all conversion processes (bainite and / or martensite) are substantially completed and the desired structure in the rim (1) is set, in particular after
  • the number of inner dies (11) is therefore not reduced to two.
  • the eight inner dies (11) are in each case one-eighth with the inner contour (1.2) of the rim (1) in contact or press against it.
  • a better force distribution and surface pressure, in particular radially outward can be achieved as well as undercut areas on the inner contour (1.2) of the rim (1) can be achieved.
  • FIGS. 5 and 6 show a process sequence of a method for producing a rim (1) at different times using the example of a device (10) in a perspective view according to a fourth embodiment of the invention.
  • the embodiment of the device (10) in Figures 5 and FIG. 6 essentially corresponds to the configuration of the device (10) in FIGS. 3 and 4, respectively, with the difference that, instead of two, four outer dies (12) are provided in the device (10) in a translationally movable manner, symbolized by the arrows are.
  • the four outer dies (12) each enclose a quarter of the outer contour (1.1) of the rim (1).
  • a better force distribution and surface pressure, in particular radially inward can be achieved.
  • FIG. 7 shows a perspective illustration of a rim (1) produced according to the invention and a wheel disc (2), which are provided for producing a vehicle wheel (3), shown in perspective.
  • the wheel dish (2) can consist of a sheet steel semifinished product which is produced by cold forming and / or hot forming with at least partial press hardening.
  • the wheel disc (2) is connected to the rim (1) in a material, force and / or form-locking manner to form a vehicle wheel (3).
  • the connection is made by a press fit (force and / or positive connection) in combination with a thermal joining process (adhesion) such. a MAG or laser welding.
  • both vehicle wheels (3) for passenger vehicles as well as for commercial vehicles or other vehicles, such as agricultural machines, agricultural vehicles or military vehicles can be produced.
  • the individual features shown in the respective embodiments can also be combined with each other or with each other.
  • the rim (1) can be completely or only partially press-hardened, for example only areas such as the rim flange, the rim shoulder, the hump and / or the rim base.
  • a region of the rim which serves in particular for at least cohesive connection with a Radschadorel (2), no press hardening in order to avoid formation of a softening zone in the manufacture of a vehicle wheel in particular when cohesively joining the Radschadorel (2) with the rim.
  • the Radschadorel (2) can be either completely, partially or not press-hardened.
  • the device (10) may furthermore also have means (not shown) for active and / or passive cooling of the individual tool components (11, 12) in order to ensure mass production without appreciable disruption, for example due to tool components becoming too hot, but in particular also Tool components (11, 12) to cool such that in the rim (1) can set an at least partial hardness structure.
  • Tool components (11, 12) to cool such that in the rim (1) can set an at least partial hardness structure.
  • tailored products in particular materials with set thicknesses or semi-finished products with adapted geometry, for example, press-rolled blanks, tailored welded blanks, tailored rolled blanks, etc.
  • the manufactured vehicle wheels (3) are used in passenger cars, commercial vehicles, trucks, special vehicles, buses, buses, agricultural machinery, agricultural vehicles, military vehicles, whether with an internal combustion engine and / or electric drive, trailers, semi-trailers or trailers.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Felge (1) für ein Fahrzeugrad (3) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades (3).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Felge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Felge für ein Fahrzeugrad sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades.
Technischer Hintergrund
Fahrzeugräder bzw. Kraftfahrzeugräder sind Sicherheitsbauteile und müssen daher die hohen mechanischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen im Fährbetrieb dauerfest aufnehmen können. Konventionelle„Stahlräder“ in Blechbauweise bestehen üblicherweise 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. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit mehreren Rädern und einem Einzelgewicht von ca. 36 bis 40 kg wirkt sich eine deutliche Gewichtsreduzierung auch positiv auf die Transportlast aus. 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 von 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 Räderspielt zudem bei Personenfahrzeugen 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 Um- formbarkeit 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 derTechnik 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 der entsprechenden Radschüsseln, welche zumindest bereichsweise pressgehärtet sein können, wird auf die Druckschriften DE 10 2007 019 485 Al, DE 10 2013 114 245 B3 und DE 10 2014 108 901 B3 verwiesen. Der Fokus dieser Schriften liegt im Wesentlichen auf den lokalen mechanischen Bauteileigenschaften der Radschüssel nach der Warmumformung beziehungsweise Presshärtung sowie entsprechenden Verfahrensschritten beziehungsweise Vorrichtungen zur Herstellung von Radschüsseln für Standard- Stahlräder.
Eine zumindest bereichsweise Härtung einer Felge am zusammengebauten Rad ist in der Offenlegungsschrift US 2004/0041458 Al offenbart, mit dem Ziel, die Widerstandsfähigkeit des Rades bei einem Bordsteinanprall beziehungsweise einer schlagartigen Belastung zu erhöhen. Bei einem Standard-Rad für Personenfahrzeuge ist die Masse überwiegend in der Felge konzentriert (> ca. 60%), so dass sich eine Steigerung der Materialfestigkeit in der Felge nicht nur auf die Widerstandsfähigkeit bei schlagartiger Belastung positiv auswirkt, sondern bei entsprechender Auslegung auch eine Reduzierung des Felgengewichtes ermöglichen kann, welches insbesondere bei Nutzfahrzeugrädern wünschenswert ist. Die lokale Härtung des Rades entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren aus US 2004/0041458 Al ist insofern ungünstig, da das Vorgehen zu enormen Bauteilverzug führen würde, welches sich ungünstig auf die Maßhaltigkeit und den Rundlauf des Rades auswirkt.
Eine normgerechte Felge ist rotationsymmetrisch und/oder ringförmig ausgeführt und weist insbesondere um die Drehachse des Rades hinterschnittige Geometriebereiche am Felgenhorn und/oder der Felgenschulter (Hump, Ventilsitz) auf, so dass die Herstellung durch direkte Warmumformung technisch schwierig umsetzbar ist. Zudem ist aufgrund der komplexen Geometrie der Felge davon auszugehen, dass eine Warmumformung mit den bekannten Werkzeugkomponenten (Stempel, Blechhalter, Matrize) nicht zielführend ist. Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein geeignetes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von warmumgeformten beziehungsweise pressgehärteten Felgen aus Stahlblech sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades anzugeben, welche bzw. welches eine hohe Gewichtsreduzierung, Maßhaltigkeit, Betriebsfestigkeit und Sicherheit insbesondere bei akzeptablen Fertigungskosten gewährleisten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Gemäß einer ersten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Felge für ein Fahrzeugrad, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Halbzeugs aus Stahlblech,
- Herstellen einer rotationssymmetrischen und/oder rohrförmigen und/oder endkonturnahen Vorform einer Felge aus dem Halbzeug,
- zumindest teilweises oder vollständiges Erwärmen der Vorform der Felge auf eine Temperatur von mindestens ACi und anschließendes zumindest bereichsweise Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten, wobei das zumindest bereichsweise Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten in einerVorrichtung durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Innengesenke und mindestens zwei Außengesenke aufweist, wobei die Innengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Innenkontur der Felge entsprechen, wobei die Außengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Außenkontur der Felge entsprechen, wobei die warme Vorform zwischen den Außengesenken angeordnet wird und die Vorform der Felge durch Einwirken der Wirkflächen der Außengesenke auf die Außenkontur der Vorform der Felge in die Endgeometrie der Außenkontur der Felge überführt, zumindest bereichsweise warmumge- formt und zumindest teilweise pressgehärtet wird.
Erfindungsgemäß wird eine rotationssymmetrische und/oder rohrförmige und/oder endkonturnahe Vorform einer Felge, welche aus einem Halbzeug aus Stahlblech hergestellt ist/wird, zumindest teilweise oder vollständig auf eine Temperatur von mindestens ACi, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens AC3, erwärmt bzw. durchwärmt und anschließend in einer Vorrichtung zumindest bereichsweise war- mumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet. Durch das zumindest teilweise Presshärten, insbesondere durch den Werkzeugkontakt, entsteht zumindest teilweise in der Felge ein Härtegefüge, durch welches eine hohe Maßhaltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung erreicht werden kann, insbeson- dere da die Innengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Innenkontur der Felge entsprechen, und die Außengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Außenkontur der Felge entsprechen, wobei die warme Vorform zwischen den Außengesenken angeordnet wird und die Vorform der Felge insbesondere durch Einwirken der Wirkflächen der Außengesenke auf die Außenkontur der Vorform der Felge in die Endgeometrie der Außenkontur der Felge überführt. Dadurch kann die Maßhaltigkeit der Felge in der Vorrichtung verbessert werden, so dass aufwändige Nacharbeiten beispielsweise zur Kompensation der Rundlaufabweichungen reduziert oder komplett umgangen werden können. Das zumindest teilweise erzeugte Härtegefüge in der Felge führt bei entsprechender Durchführung zu einer höheren Betriebsfestigkeit der Felge, welches eine signifikante Gewichtsreduzierung eines Gesamtrades ermöglicht. Zudem kann die Widerstandsfähigkeit der Felge bei einer schlagartigen Belastung erhöht werden.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wirkt vor, während oder nach dem Einwirken derWirkflächen der Außengesenke auf die Außenkontur der Vorform der Felge die Wirkflächen der Innengesenke auf die Innenkontur der Vorform der Felge ein, wobei die Vorform der Felge im geschlossenen Zustand der Vorrichtung zumindest bereichsweise mit den Wirkflächen der Innengesenke und Außengesenke in Kontakt steht. Dadurch entsteht zumindest teilweise in der Felge ein Härtegefüge, was zur weiteren Verbesserung der Maßhaltigkeit beisteuern kann, da das zumindest teilweise erzeugte Härtegefüge zu einer höheren Betriebsfestigkeit der Felge führt, welches eine weitere Gewichtsreduzierung eines Gesamtrades ermöglicht. Durch den beidseitigen Werkzeugkontakt der Vorform der Felge mit dem Innen- als auch dem Außengesenk kann besonders effizient eine Wärmeabfuhr über das Werkzeug respektive Vorrichtung erreichtwerden und damit der Fertigungsprozess beziehungsweise die Prozesszeit optimiert werden.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens ist beim Anordnen der warmen Vorform der Felge zwischen den Außengesenken zumindest eines der Innengesenke zwischen den Außengesenken angeordnet und die warme Vorform wird zumindest abschnittsweise über das mindestens eine Innengesenk übergestülpt. Gemäß einer Ausführung des Verfahrens weist die Vorrichtung zwei Innengesenke auf und das zweite Innengesenk wird nach dem Anordnen der warmen Vorform der Felge translatorisch in Richtung des ersten Innengesenks bewegt, wobei die Vorform der Felge im geschlossenen Zustand der Vorrichtung zumindest bereichsweise mit den Wirkflächen der zwei Innengesenke in Kontakt steht. Insbesondere können die Wirkflächen der Innengesenke als eine Art Gegenlager dienen, insbesondere wenn die Wirkflächen der Außengesenke auf die Außenkontur der Vorform der Felge einwirken und dadurch die Felge zwischen sich aufnehmen und durch zumindest teilweises Presshärten eine gewisse Maßhaltigkeit in der Felge einge- stellt werden kann. Dadurch kann die Maßhaltigkeit der Felge verbessert werden, so dass aufwändige Nacharbeiten beispielsweise zur Kompensation der Rundlaufabweichungen reduziert oder komplett umgangen werden können. Die translatorische Bewegung erfolgt vorzugsweise parallel zur Drehachse der Vorform der Felge respektive der (Endgeometrie der) Felge. Das erste oder das zweite Innengesenk kann translatorisch bewegbar ausgeführt sein, wobei das jeweilige andere Innengesenk starr und damit die Vorrichtung mit weniger beweglichen Werkzeugkomponenten und somit die Vorrichtung weniger komplex ausgebildet sein kann, oder bei Bedarf, dass beide Innengesenke translatorisch bewegbar ausgeführt sein können. Dadurch kann ein besonders effizienter Fertigungsprozess erreicht werden.
Gemäß einer alternativen Ausführung des Verfahrens weist die Vorrichtung mindestens zwei Innengesenke auf, wobei die Innengesenke translatorisch von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar sind, wobei der Umfang der Wirkflächen der Innengesenke in der ersten Position kleiner ist als in der zweiten Position, wobei sich die Innengesenke während des Anordnens der warmen Vorform der Felge in der ersten Position befinden, wobei nach dem Anordnen der warmen Vorform der Felge die Innengesenke in die zweite Position bewegt werden und die Vorform der Felge im geschlossenen Zustand der Vorrichtung zumindest bereichsweise mit den Wirkflächen der zwei Innengesenke in Kontakt steht. Die zwei oder mehreren Innengesenke sind innerhalb der Vorrichtung zwischen den Außengesenken angeordnet, wobei die translatorische Bewegung vorzugsweise radial zur Drehachse der Vorform der Felge respektive der (Endgeometrie der) Felge erfolgt. Die Innengesenke sind sozusagen segmentiert ausgeführt und entsprechend ihrer Anzahl wirken sie entsprechend mit ihren Wirkflächen auf die Innenkontur der Vorform der Felge ein, wobei in Abhängigkeit der Größe und Anwendung der Felge auch drei, vier oder mehrere Innengesenke vorgesehen sein können. Insbesondere erfolgt die translatorische Bewegung der Innengesenke in die zweite Position zeitgleich und/oder zeitversetzt zurtranslatorischen Bewegung und Zusammenfahren der Außengesenke zurzumindest bereichsweisen Kontaktierung und der Aufnahme der Vorform der Felge zwischen den Wirkflächen. Vorzugsweise kann durch zeitgleiches Einwirken eine optimale Maßhaltigkeit der Felge erwirkt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich auch hinterschnittige Bereiche der Felge in einen Eingriff beziehungsweise Kontakt mit dem Innen- und Außengesenk zu bringen und damit ein zumindest teilweises Presshärten durchzuführen.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird mindestens ein Bereich an der Felge nicht pressgehärtet. Vorzugsweise erfolgt in dem Bereich, welcher insbesondere zur zumindest stoffschlüssigen Anbindung mit einer Radschüssel dient, kein Presshärten, um bei der Herstellung eines Fahrzeugrades insbesondere beim stoffschlüssigen Fügen, vorzugsweise beim Schweißen der Radschüssel mit der Felge ein Ausbilden einer Erweichungszone zu vermeiden bzw. ein Erweichen in der Wärmeeinflusszone zu reduzieren, welche sich beim Vorliegen eines Härtegefüges ausbilden und eine metallurgische Kerbe definieren würde, die eine ausreichende Betriebsfestigkeit und/oder Stabilität des Gesamtrades nicht mehr sicherstellen könnte. Zudem kann es vorteilhaft sein, eine gewisse Duktilität im Bereich der Anbindung der Felge vorzusehen, da bevorzugt ein Einpressen der Radschüssel erfolgt, welche bei einer zu geringen lokalen Verformbarkeit eine Vorschädigung bedingen könnte, welche unerwünscht ist.
Gemäß einer Ausführung wird als Halbzeug ein härtbarer Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,07 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 10 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0, 15 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 0,22 Gew.-% bereitgestellt.
Schwingfestigkeitsuntersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass härtbare Stahlwerkstoffe mit einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur, wie zum Beispiel Mangan-Bor-, Ver- gütungs- und luft- sowie ölhärtende Stähle, gegenüber den konventionell verwendeten Dualphasen- und mikrolegierten Stählen eine deutlich gesteigerte zyklische Biegewechselfestigkeit aufweisen und damit prinzipiell weiteren Leichtbau durch Blechdickenreduzierung, insbesondere der Kraftfahrzeug-Felge, ermöglichen. Der bereitgestellte Stahlwerkstoff kann ein Einsatzstahl oder Vergütungsstahl, insbesondere der Güte CIO, C15, C22, C35, C45, 42CrMo4, ein manganhaltiger Stahl, insbesondere der Güte 8MnCrB3, 16MnB5, 16MnCr5, 22MnB5, 37MnB5, ein lufthärtender Stahl, ein ölhärtender Stahl oderein mehrschichtiger Stahl-Werkstoffverbund, beispielsweise mit drei Stahllagen, von denen mindestens eine der Lagen härtbar ist, sein.
Bei der Temperatur ACi beginnt das Gefüge in Austenit umzuwandeln und liegt insbesondere vollständig austenitisch vor, wenn die Temperatur AC3 überschritten wird. Bevorzugt wird die Vorform der Felge auf eine Temperatur von mindestens A erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austeniti- sches Gefüge vorliegt. ACi und A sind Kennwerte, welche abhängig von der Zusammensetzung (Legierungsbestandteile) des verwendeten Stahlwerkstoffs sind und aus sogenannten ZGA- bzw. ZTU-Schaubil- dern entnommen werden können. Das zumindest teilweise Presshärten erfolgt vorzugsweise in einer Vorrichtung, in welcher die zumindest bereichsweise Warmumformung durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung in mindestens einem 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, (Mf Martensit-Finish). Die erforderlichen Abkühlraten können in Abhängigkeit von dem gewünschten Gefüge ebenfalls aus den ZTU- Schaubildern entnommen werden. Unter zumindest bereichsweise Warmumformen ist insbesondere ein Ausformen der Vorform der Felge in die gewünschte Endgeometrie (Sollgeometrie) der Felge und/oder ein Kalibrieren zur Verbesserung der Maßhaltigkeit beziehungsweise Einhaltung von Toleranzen zu verstehen. In Kombination mit einem zumindest teilweisen Presshärten wird ein finales Bauteil mit finalen mechanischen Eigenschaften und zumindestteilweise überwiegend martensitischer und/oder bainitischer Gefügestruktur der Felge bereitgestellt. Bei Bedarf kann die Felge auch vollständig pressgehärtet werden. Eine überwiegend martensiti- sche oder bainitische Gefügestruktur setzt einen Mindestanteil der Gefügephase einzeln oder in Kombination von 50% voraus.
Die rotationssymmetrische und/oder rohrförmige und/oder endkonturnahen Vorform der Felge wird insbesondere aus einem Halbzeug, beispielsweise aus einem ebenen Blechzuschnitt aus einem härtbaren Stahlwerkstoff hergestellt. Mittels Kaltumformung, beispielsweise mittels rotatorisch bewegten Werkzeugkomponenten, wie zum Beispiel mittels Drückwalzen, Profilieren etc., kann eine Vorform der Felge vorzugsweise ein zumindest endkonturnahes Felgenbett und/oder Hump und/oder Felgenschulter und/oder Felgenhorn bereitgestellt werden. Unter Außenkontur der Vorform der Felge respektive der (Endgeometrie der) Felge ist zumindest abschnittsweise die äußere Geometrie des Felgenhorns, insbesondere abschnittsweise die äußere Geometrie des Felgenhorns und/oder der Felgenschulter, vorzugsweise abschnittsweise die äußere Geometrie des Felgenhorns, der Felgenschulter und/oder des Humps, besonders bevorzugt abschnittsweise die äußere Geometrie des Felgenhorns, der Felgenschulter, des Humps und/oder des Felgenbetts, welche insbesondere im Gebrauchszustand von einem montierten Reifen nicht mehr sichtbar ist, zu verstehen. Unter Innenkontur der Vorform der Felge respektive der (Endgeometrie der) Felge ist zumindest abschnittsweise die innere Geometrie des Felgenhorns, insbesondere abschnittsweise die innere Geometrie des Felgenhorns und/oder der Felgenschulter, vorzugsweise abschnittsweise die innere Geometrie des Felgenhorns, der Felgenschulter und/oder des Humps, besonders bevorzugt abschnittsweise die innere Geometrie des Felgenhorns, der Felgenschulter, des Humps und/oder des Felgenbetts, welche insbesondere auch im Gebrauchszustand zumindest bereichsweise sichtbar ist und sich mit einer Radschüssel in direktem Kontakt befindet, zu verstehen.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird das zumindest teilweise Presshärten der Vorform der Felge zusätzlich durch Verwendung eines Fluids, welches in direkten Kontakt mit der warmen Vorform gebracht wird, unterstützt. Dadurch können zum Beispiel Bereiche an der Felge, die aufgrund ihrer Geometrie, beispielsweise bei hinterschnittiger Geometrie, die keinen Werkzeugkontakt zum zumindest teilweisen Presshärten erfahren können, zusätzlich mit einem Fluid in Kontakt gebracht werden, um eine Abkühlung und damit die Einstellung eines Härtegefüges auch zumindest teilweise in den nicht mit den Komponenten der Vorrichtung in Kontakt stehenden Bereiche sicherzustellen. Zudem kann durch den höheren Wärmetransfer bei der Verwendung einer Kühlung mittels eines Fluids gerade die Härtbarkeit von Bauteilen mit höheren Blechdicken verbessert werden.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades, wobei eine Radschüssel und eine erfindungsgemäß hergestellte Felge bereitgestellt werden, wobei die Radschüssel Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an der Felge angebunden wird. Um Wiederholungen zu vermeiden wird auf die vorteilhaften Ausführungen zur Herstellung der Felge verwiesen.
Gemäß einer Ausführung wird eine Radschüssel bereitgestellt, welche aus einem Halbzeug aus Stahlblech, durch Kaltumformen und/oder Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten hergestellt ist.
Gemäß einer Ausführung weist die Radschüssel vorzugsweise eine Materialdicke bis maximal 6 mm für die Herstellung eines Rades für Personenfahrzeuge vorzugsweise oder eine Materialdicke von mehr als 6 mm, insbesondere von mehrals 8 mm fürdie Herstellungeines Rades für Nutzfahrzeuge auf, welche durch die höheren Radlasten zu begründen sind. Insbesondere Abweichungen von den vorgenannten Materialdicken sind bei weiteren Ausführungsformen je nach Auslegung und Fahrzeugtyp, beispielsweise Agrarmaschinen oder Agrarfahrzeuge oder Militärfahrzeuge denkbar.
Gemäß einer Ausführung weist die Felge vorzugsweise eine Materialdicke bis maximal 3 mm für die Herstellung eines Rades für Personenfahrzeuge oder insbesondere eine Materialdicke mit mehr als 3 mm für die Herstellung eines Rades für Nutzfahrzeuge auf, welche durch die höheren Radlasten zu begründen sind. Insbesondere Abweichungen von den vorgenannten Materialdicken sind bei weiteren Ausführungsformen je nach Auslegung und Fahrzeugtyp denkbar.
Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Felge für ein Fahrzeugrad, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre, mit mindestens zwei Innengesenken, wobei die Innengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Innenkontur der Felge entsprechen, und mindestens zwei Außengesenken, wobei die Außengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Außenkontur der Felge entsprechen, wobei eine warme Vorform einer Felge zwischen den Außengesenken anordbar ist, wobei durch Einwirken der Wirkflächen der Außengesenke auf die Außenkontur der Vor- form der Felge die warme Vorform der Felge in die Endgeometrie der Außenkontur der Felge überführt, zumindest bereichsweise warmumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet werden kann, wobei die mindestens zwei Außengesenke translatorisch bewegbar sind und im zusammengefahrenen Zustand die Felge entlang ihrer Außenkontur zumindest bereichsweise aufnehmen können.
Erfindungsgemäß ist durch die mindestens zwei translatorisch bewegbaren Außengesenke der Vorrichtung die Felge entlang ihrer Außenkontur im zusammengefahrenen Zustand zumindest bereichsweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig aufnehmbar, so dass zumindest die warme Vorform der Felge in der Vorrichtung zumindest bereichsweise warmumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet werden kann, wobei durch das zumindest teilweise Presshärten, insbesondere durch den Werkzeugkontakt, zumindest teilweise in der Felge ein Härtegefüge entsteht, durch welches eine hohe Maßhaltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung erreicht werden kann, insbesondere da die Innengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Innenkontur der Felge entsprechen, und die Außengesenke jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Außenkontur der Felge entsprechen, die warme Vorform der Felge zwischen den Außengesenken angeordnet und die Vorform der Felge insbesondere durch Einwirken der Wirkflächen der Außengesenke auf die Außenkontur der Vorform der Felge in die Endgeometrie der Außenkontur der Felge überführt werden kann.
Die Anzahl der Außengesenke ist nicht auf zwei reduziert. Es können in Abhängigkeit der Größe und Anwendung der Felge bzw. des zu erstellenden Fahrzeugrades auch drei, vier oder mehr als vier Außengesenke vorgesehen sein, welche jeweils translatorisch bewegbar sind und eine entsprechend an die Außenkontur der Felge ausgebildete Wirkfläche zur zumindest bereichsweisen Aufnahme der Felge ermöglichen. Translatorisch bewegbar heißt, dass die Außengesenke vorzugsweise radial in Richtung der Felge respektive radial zur Drehachse der Felge zu- und wegbewegbar sind, wobei insbesondere die Drehachse der Felge dem zentralen Punkt in der Vorrichtung insbesondere für die bewegliche Ausführung der Außengesenke entspricht.
Gemäß einer Ausführung der Vorrichtung weist die Vorrichtung zwei Innengesenke auf, wobei das erste und/oder das zweite Innengesenk translatorisch bewegbar ausgeführt sind und die translatorische Bewegung parallel zur Drehachse der Felge beziehungsweise in axialer Richtung der Felge ausführbar ist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung ist eine relativ einfache Prozessführung und Ausbildung einer ent- sprechenden Vorrichtung mit wenig beweglichen Komponenten möglich, welche einen besonders effektiven Fertigungsprozess ermöglichen.
Gemäß einer alternativen Ausführung der Vorrichtung weist die Vorrichtung mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, vier oder mehr als vier Innengesenke auf, wobei die Innengesenke translatorisch von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ausgeführt sind und die translatorische Bewegung radial zur Drehachse der Felge ausführbar ist. Durch die radiale, translatorische Bewegung der Innengesenke können auch hinterschnittige Geometrien der Felge respektive hinterschnittige Bereich an einer Felge mittels Werkzeugkontakt gekühlt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass die Vorrichtung die Felge im zusammengefahrenen Zustand zumindest bereichsweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig aufnehmen und ein Bauteilverzug im Wesentlichen verhindert werden kann. Zudem kann die Felge dadurch insbesondere im Wesentlichen vollständig pressgehärtet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung des mindestens einen Innengesenks und/oder des mindestens einen Außengesenks und/oder Mittel zur direkten Fluidbeaufschlagung. Eine aktive und/oder passive Kühlung des mindestens einen Innengesenk bzw. eines Bereichs des Innengesenks und/oder des mindestens einen Außengesenks bzw. eines Bereichs des Außengesenks kann eine kontinuierliche Wärmeabfuhr sicherstellen, so dass sich die Werkzeugkomponenten nicht wesentlich erwärmen und dadurch ein zumindest teilweises Presshärten ohne Störungen im Prozess ermöglicht werden kann. Alternativ oder kumulativ können auch Mittel zur direkten Fluidbeaufschlagung vorgesehen sein, so dass eine ausreichende Härtung beispielsweise in Bereichen, die nicht im Werkzeugkontakt stehen, ermöglicht werden kann, insbesondere im Bereich von Hinterschnitten.
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 Vorrichtung in perspektivischer Darstellung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführung,
Fig. 2 eine Vorrichtung in perspektivischer Darstellung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung, Fig. 3 und 4 eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Felge zu unterschiedlichen Zeitpunkten am Beispiel einer Vorrichtung in perspektivischer Darstellung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung,
Fig. 5 und 6 eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Felge zu unterschiedlichen
Zeitpunkten am Beispiel einer Vorrichtung in perspektivischer Darstellung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung und
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Felge, einer Radschüssel und eines zusammengebauten Fahrzeugrades.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein Fahrzeugrad (3) umfasst eine Felge (1) zur Aufnahme eines nicht dargestellten Reifens und eine an die Felge (1) Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig angebundene Radschüssel (2) mit einem Anbindungsbereich zur lösbaren Montage an einen nicht dargestellten Radträger, Figur 7. Das Fahrzeugrad (3) kann für ein Personenfahrzeug ausgelegt werden wobei für die Felge (1) vorzugsweise eine Materialdicke bis maximal 3 mm und für die Radschüssel (2) vorzugsweise eine Materialdicke bis maximal 6 mm vorgesehen ist, oder insbesondere für ein Nutzfahrzeug ausgelegt werden, wobei für die Felge (1) vorzugsweise eine Materialdicke mit mehr als 3 mm und für die Radschüssel (2) vorzugsweise eine Materialdicke mit mehr als 6 mm vorgesehen ist.
Für die Herstellung einer Felge (1) für ein Fahrzeugrad (3) wird ein Halbzeug aus Stahlblech bereitgestellt, welches zu einer rotationssymmetrischen und/oder rohrförmigen und/oder endkonturnahen Vorform einer Felge hergestellt wird (nicht dargestellt). Die rotationssymmetrische und/oder rohrförmige und/oder endkonturnahe Vorform der Felge wird insbesondere aus einem ebenen Blechzuschnitt aus einem härtbaren Stahlwerkstoff mittels Kaltumformung beispielsweise durch Profilieren hergestellt und weist vorzugsweise ein zumindest endkonturnahes Felgenbett und/oder Hump und/oder Felgenschulter und/oder Felgenhorn sowie Aufnahmebereich eines Ventils auf (nicht dargestellt). Eine gezielte Dickenanpassung entlang der Felgenbreite, beispielsweise durch Drückwalzen ist ebenfalls denkbar.
Die Vorform der Felge wird mittels geeigneten Mitteln, beispielsweise in einem Durchlaufofen, zumindest teilweise odervollständig auf eine Temperaturvon mindestens ACi, vorzugsweise von mindestens AC3, erwärmt bzw. durchwärmt, wobei die warme Vorform der Felge anschließend zumindest bereichsweise warm umgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet wird (nicht dargestellt). Andere Mittel zur Erwärmung, wie beispielsweise radiativ, konduktiv, induktiv, einzeln oder in Kombination, können ebenfalls zur Anwendung kommen. In Figur 1 ist eine Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Felge (1) in perspektivischer Darstellung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Das zumindest bereichsweise Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten der warmen Vorform der Felge (nicht dargestellt) wird in einer Vorrichtung (10) durchgeführt, wobei die Vorrichtung (10) mindestens zwei Innengesenke (11) und mindestens zwei Außengesenke (12) aufweist. Die Außengesenke (12) weisen jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (12.1) auf, welche zumindest bereichsweise der Endgeometrie der Außenkontur (1.1) der Felge (1) entsprechen.
Die warme Vorform der Felge (nicht dargestellt) wird zwischen den Außengesenken (12) in der Vorrichtung (10) angeordnet, insbesondere in die geöffnete Vorrichtung (10) eingelegt, wobei insbesondere das erste, in der Figur 1 unten gezeigte Innengesenk (11) derart ausgebildet ist, das es die Vorform der Felge aufnehmen kann. Die warme Vorform der Felge wird beim Anordnen zwischen den Außengesenken zumindest abschnittsweise über das mindestens eine, insbesondere erste Innengesenk (11) übergestülpt, welches zwischen den Außengesenken (12) angeordnet ist und beispielsweise starr ausgeführt ist. Im weiteren Verlauf wird das zweite Innengesenk (11), welches in Figur 1 oben, insbesondere oberhalb des ersten Innengesenks (11) angeordnet ist, in Richtung des Innengesenks (11), insbesondere parallel zur Drehachse (X) der Vorform der Felge translatorisch bewegt, symbolisiert durch den dargestellten Pfeil, wobei die Innengesenke (11) jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (11.1) aufweisen, welche zumindest bereichsweise der Endgeometrie der Innenkontur (1.2) der Felge (1) entsprechen.
Abschließend werden die zwei Außengesenke (12) translatorisch in Richtung respektive radial zur Drehachse (X) der Vorform der Felge bewegt, symbolisiert durch die dargestellten Pfeile, so dass sie im zusammengefahrenen Zustand die Felge (1) entlang ihrer Außenkontur (1.1) zumindest bereichswese, insbesondere im Wesentlichen vollständig aufnehmen können. Dabei wird die Vorform der Felge durch Einwirken der Wirkflächen (12.1) der Außengesenke (12) auf die Außenkontur der Vorform der Felge in die Endgeometrie der Außenkontur (1.1) der Felge (1) überführt, zumindest bereichsweise warmumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet wird. Durch Zusammenwirken mit den Wirkflächen (11.1) der Innengesenke (11) wird die Vorform der Felge zwischen den Innengesenken (11) und Außengesenken (12) aufgenommen und durch zumindest teilweises Presshärten eine gewisse Maßhaltigkeit in der Felge (1) eingestellt. Durch das zumindest teilweise Presshärten, insbesondere durch den Werkzeugkontakt (11, 11.1, 12, 12.1), entsteht zumindest teilweise in der Felge (1) ein Härtegefüge, durch welches eine hohe Maßhaltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung sowie Betriebsfestigkeit erreicht werden kann. Die Vorrichtung kann des Weiteren Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung des mindestens einen Innen- gesenks (11) und/oder mindestens des einen Außengesenks (12) und/oder Mittel zur direkten Fluidbeaufschlagung aufweisen (nicht dargestellt), insbesondere um eine Werkzeugerwärmungzu vermeiden und ein zumindest teilweises Presshärten der Felge (1) sicherzustellen und/oder in einem oder mehrere Bereichen an der Felge (1) eine Härtung zu ermöglichen, die beispielsweise nicht im Werkzeugkontakt stehen, insbesondere bei der Herstellung einer Felge (1) mit hinterschnittiger Geometrie.
Die Vorrichtung (10) wird nach einer vorgegebenen Zeit, insbesondere nach Erreichen einer Temperatur, insbesondere wenn alle Umwandlungsvorgänge (Bainit und/oder Martensit) im Wesentlichen abgeschlossen sind und das gewünschte Gefüge in der Felge (1) eingestellt ist, insbesondere nach Erreichen der Mf-Temperatur wieder geöffnet, die Werkzeugkomponenten (11, 12) wieder auseinander- respektive wegbewegt und die Felge kann entnommen und weiteren Schritten zugeführt werden, wie zum Beispiel einer optionalen Strahlbehandlung der Oberfläche zur eventuellen Entfernung eines entstandenen Zunders auf der Felge (1) und der Anbindung an eine Radschüssel (2) zur Herstellung eines Fahrzeugrades (3) mit optional anschließender kathodischer Tauchlackierung (KTL) zur Einstellung eines vorgegebenen Korrosionsschutzes.
In Figur 2 ist eine Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Felge (1) in perspektivischer Darstellung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt, wobei die Vorrichtung (10) respektive die Prozessabfolge im Wesentlichen der der ersten erfindungsgemäßen Ausführung in Figur 1 mit dem Unterschied entspricht, dass anstelle von zwei nun vier Außengesenke (12) in der Vorrichtung (10) translatorisch bewegbar, symbolisiert durch die Pfeile, vorgesehen sind. Die vier Außengesenke (12) umschließen zu jeweils einem Viertel die Außenkontur (1.1) der Felge (1). Damit kann eine bessere Kraftverteilung und Flächenpressung erreicht werden.
In den Figuren 3 und 4 ist eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Felge (1) zu unterschiedlichen Zeitpunkten am Beispiel einer Vorrichtung (10) in perspektivischer Darstellung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Das zumindest bereichsweise Warmumformen mit zumindestteilweisen Presshärten der warmen Vorform der Felge wird in einer Vorrichtung (10) durchgeführt, wobei die Vorrichtung (10) mindestens zwei Innengesenke (11) und mindestens zwei Außengesenke (12) aufweist. Die Außengesenke (12) weisen jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (12.1) auf, welche zumindest bereichsweise der Endgeometrie der Außenkontur (1.1) der Felge (1) entsprechen.
Im Gegensatz zu den beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung (10) im dritten Ausführungsbeispiel mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, vier oder mehr als vier, in diesem Beispiel acht Innengesenke (11) auf, wobei die Innengesenke (11) translatorisch von einer ersten Position (Figur 3) in eine zweite Position (Figur 4) bewegbar ausgeführt sind und die translatorische Bewegung radial zur Drehachse (X) der Vorform der Felge respektive der Felge (1) ausführbar ist. Durch die radiale, translatorische Bewegung der Innengesenke (11) können auch hinterschnittige Geometrien an der Felge (1) respektive hinterschnittige Bereiche an einer Felge (1) mittels Werkzeugkontakt (11, 11.1, 12, 12.1) gekühlt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass die Vorrichtung (10) die Felge (1) im zusammengefahrenen Zustand zumindest bereichsweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig aufnehmen und ein Bauteilverzug im Wesentlichen verhindert werden kann.
Die warme Vorform der Felge wird zwischen den Außengesenken (12) in der Vorrichtung (10) angeordnet, insbesondere in die geöffnete Vorrichtung (10) eingelegt, wobei sich die Innengesenke (11) in der ersten Position befinden und die warme Vorform beim Anordnen zwischen den Außengesenken (12) zumindest abschnittsweise über das mindestens eine, insbesondere über die acht Innengesenke (11) übergestülpt werden kann, welche zwischen den Außengesenken (12) angeordnet sind und ein Kontakt zu den Innengesenken (11) beim Einlegen der Vorform im Wesentlichen unterbleibt, um eine unkontrollierte vorzeitige, beispielsweise bereichsweise Abkühlung der warmen Vorform der Felge zu verhindern. Die Innengesenke (11) weisen jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (11.1) auf, welche zumindest bereichsweise der Endgeometrie der Innenkontur (1.2) der Felge (1) entsprechen.
Eine translatorische Bewegung der Innengesenke (11) in die zweite Position erfolgt zeitgleich oder zeitversetzt zur translatorischen Bewegung und Zusammenfahren der Außengesenke (12) zur zumindest bereichsweisen Kontaktierung und der Aufnahme der Vorform der Felge zwischen den Wirkflächen (11.1, 12.1), welche entgegengesetzt erfolgt. Vorzugsweise kann durch zeitgleiches Einwirken eine optimale Maßhaltigkeit der Felge (1) erwirkt werden, indem die zwei Außengesenke (12) und die acht Innengesenke (11) translatorisch in Richtung der Vorform der Felge respektive radial zur Drehachse der Vorform der Felge bewegt werden, symbolisiert durch die dargestellten Pfeile, so dass sie im zusammengefahrenen Zustand die Felge entlang ihrer Außenkontur (1.1) zumindest bereichsweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig und entlang ihrer Innenkontur (1.2) zumindest abschnittsweise aufnehmen können. Dabei wird die Vorform der Felge durch Einwirken der Wirkflächen (11.1, 12.1) der Innengesenke (11) und der Außengesenke (12) auf die Innen- und Außenkontur der Vorform der Felge in die Endgeometrie der Innen- und Außenkontur (1.1) der Felge (1) überführt, zumindest bereichsweise warmumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet wird. Durch das zumindest teilweise Presshärten, insbesondere durch den Werkzeugkontakt (11, 11.1, 12, 12.1), entsteht zumindest teilweise in der Felge (1) ein Härtegefüge, durch welches eine hohe Maßhaltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung sowie Betriebsfestigkeit er- reicht werden kann. Die Vorrichtung (10) kann des Weiteren Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung des mindestens einen Innengesenks (11) und/oder des mindestens einen Außengesenks (12) aufweisen (nicht dargestellt). Dadurch dass die Innengesenke (11) in der zweiten Position durch die radiale Bewegung beabstandet zueinander positioniert sind und Spalte (11.2) zwischen sich definieren, können bei Bedarf Mittel zur direkten Fluidbeaufschlagung vorgesehen sein (nicht dargestellt), die ein Fluid zwischen den Spalten (11.2) durchleiten können, so dass eine Kühlung der Bereiche an der Felge (1), die nicht in Kontakt mit den Wirkflächen (11.1) der Innengesenke (11) stehen, durch direkte Beaufschlagung mit einem Fluid bewirkt wird und eine Härtung erfolgen kann.
Die Vorrichtung (10) wird nach einer vorgegebenen Zeit, insbesondere nach Erreichen einer Temperatur, insbesondere wenn alle Umwandlungsvorgänge (Bainit und/oder Martensit) im Wesentlichen abgeschlossen sind und das gewünschte Gefüge in der Felge (1) eingestellt ist, insbesondere nach Erreichen der Mf-Temperatur wieder geöffnet,, das heißt, dass die Außengesenke (12) wieder auseinander- bzw. wegbewegt werden und die Innengesenke (11) in ihre erste Position bewegt werden, also die Innengesenke (11) und die Außengesenke (12) in jeweils entgegengesetzter Richtung zueinander wegbewegt werden, um die Felge (1) freizugeben, so dass sie entnommen werden und weiteren Schritten zugeführt werden kann, wie zum Beispiel einer optionalen Strahlbehandlung der Oberfläche zur eventuellen Entfernung eines entstandenen Zunders auf der Felge (1) und der Anbindung an eine Radschüssel (2) zur Herstellung eines Fahrzeugrades (3) mit optional anschließender kathodischerTauchlackierung (KTL) zur Einstellung eines vorgegebenen Korrosionsschutzes.
Die Anzahl der Innengesenke (11) ist daher nicht auf zwei reduziert. Es können in Abhängigkeit der Größe und Anwendung der Felge (1) bzw. des zu erstellenden Fahrzeugrades (3) auch drei, vier oder mehr als vier Innengesenke (11) vorgesehen sein, welche jeweils translatorisch radial in Richtung der Felge (1) respektive radial zur Drehachse der Felge (1) zu- und wegbewegbar sind und eine entsprechend an die Innenkontur (1.2) der Felge (1) ausgebildete Wirkfläche zur Aufnahme respektive Stützung der Felge (1) während des zumindest teilweisen Presshärtens ermöglichen. Die acht Innengesenke (11) stehen zu jeweils einem Achtel mit der Innenkontur (1.2) der Felge (1) in Kontakt bzw. drücken dagegen. Damit kann eine bessere Kraftverteilung und Flächenpressung, insbesondere radial nach außen erreicht werden sowie auch hinterschnittige Bereiche an der Innenkontur (1.2) der Felge (1) erreicht werden.
In den Figuren 5 und 6 ist eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Felge (1) zu unterschiedlichen Zeitpunkten am Beispiel einer Vorrichtung (10) in perspektivischer Darstellung gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Die Ausgestaltung der Vorrichtung (10) in den Figuren 5 und 6 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung der Vorrichtung (10) in den Figuren 3 und 4 respektive der Prozessabfolge mit dem Unterschied, dass anstelle von zwei nun vier Außengesenke (12) in der Vorrichtung (10) translatorisch bewegbar, symbolisiert durch die Pfeile, vorgesehen sind. Die vier Außengesenke (12) umschließen zu jeweils einem Viertel die Außenkontur (1.1) der Felge (1). Damit kann eine bessere Kraftverteilung und Flächenpressung, insbesondere radial nach innen erreicht werden.
In Figur 7 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten Felge (1) und einer Radschüssel (2) gezeigt, welche zur Herstellung eines Fahrzeugrades (3), perspektivisch dargestellt, bereitgestelltwerden. Die Radschüssel (2) kann aus einem Halbzeugaus Stahlblech bestehen, welche durch Kaltumformen und/oder Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten hergestellt ist. Die Radschüssel (2) wird Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an die Felge (1) zur Bildung eines Fahrzeugrades (3) angebunden. Besonders bevorzugt erfolgt die Anbindung durch einen Presssitz (Kraft- und/oder Formschluss) in Kombination mit einem thermischen Fügeverfahren (Stoffschluss) wie z.B. eine MAG-oder Laser-Schweißung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie mit der Vorrichtung (10) können sowohl Fahrzeugräder (3) für Personenfahrzeuge wie auch für Nutzfahrzeuge oder weitere Fahrzeuge, wie zum Beispiel Agrarmaschinen, Agrarfahrzeuge oder Militärfahrzeuge hergestellt werden. Die einzelnen in den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale sind auch untereinander bzw. miteinander kombinierbar. Die Felge (1) kann vollständig oder nur teilweise pressgehärtet sein, beispielsweise nur Bereiche wie zum Beispiel das Felgenhorn, die Felgenschulter, der Hump und/oder das Felgenbett. Vorzugsweise erfolgt in einem Bereich der Felge, welcher insbesondere zur zumindest stoffschlüssigen Anbindung mit einer Radschüssel (2) dient, kein Presshärten, um bei der Herstellung eines Fahrzeugrades insbesondere beim stoffschlüssigen Fügen der Radschüssel (2) mit der Felge eine Ausbildung einer Erweichungszone zu vermeiden. Die Radschüssel (2) kann entweder vollständig, teilweise oder gar nicht pressgehärtet sein.
Die Vorrichtung (10) kann des Weiteren auch nicht dargestellte Mittel zum aktiven und/oder passiven Kühlen der einzelnen Werkzeugkomponenten (11, 12) aufweisen, um eine Massenproduktion ohne nennenswerte Störung, beispielsweise durch zu warm werdende Werkzeugkomponenten, zu gewährleisten, insbesondere aber auch die Werkzeugkomponenten (11, 12) derart zu kühlen, dass sich in der Felge (1) ein zumindest teilweises Härtegefüge einstellen kann. Denkbar ist auch die Verwendung von Tailored Products, insbesondere Materialien mit eingestellten Dicken oder Halbzeuge mit angepasster Geometrie, beispielsweise drückgewalzte Platinen, Tailored Welded Blanks, Tailored Rolled Blanks etc. Die hergestellten Fahrzeugräder (3) werden in Personenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, Agrarmaschinen, Agrarfahrzeugen, Militärfahrzeugen, ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, Anhänger, Auflieger oderTrailern verwendet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Felge (1) für ein Fahrzeugrad (3), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Halbzeugs aus Stahlblech,
- Herstellen einer rotationssymmetrischen und/oder rohrförmigen und/oder endkonturnahen Vorform einer Felge aus dem Halbzeug,
- zumindest teilweises oder vollständiges Erwärmen der Vorform der Felge auf eine Temperatur von mindestens ACi und anschließendes zumindest bereichsweise Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten, wobei das zumindest bereichsweise Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten in einer Vorrichtung (10) durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung (10) mindestens zwei Innengesenke (11) und mindestens zwei Außengesenke (12) aufweist, wobei die Innengesenke (11) jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (11.1) aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Innenkontur (1.2) der Felge (1) entsprechen, wobei die Außengesenke (12) jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (12.1) aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Außenkontur (1.1) der Felge (1) entsprechen, wobei die warme Vorform zwischen den Außengesenken (12) angeordnet wird und die Vorform der Felge durch Einwirken der Wirkflächen (12.1) der Außengesenke (12) auf die Außenkontur der Vorform in die Endgeometrie der Außenkontur
(1.1) der Felge (1) überführt, zumindest bereichsweise warmumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor, während oder nach dem Einwirken der Wirkflächen (12.1) der Außengesenke (12) auf die Außenkontur der Vorform der Felge die Wirkflächen (11.1) der Innengesenke (11) auf die Innenkontur der Vorform der Felge einwirken, wobei die Vorform der Felge im geschlossenen Zustand der Vorrichtung (10) zumindest bereichsweise mit den Wirkflächen
(11.1. 12.1) der Innengesenke (11) und Außengesenke (12) in Kontakt steht.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei beim Anordnen der warmen Vorform der Felge zwischen den Außengesenken (12) zumindest eines der Innengesenke (11) zwischen den Außengesenken (12) angeordnet ist und die warme Vorform der Felge zumindest abschnittsweise über das mindestens eine Innengesenk (11) übergestülpt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (10) zwei Innengesenke (11) aufweist und das zweite Innengesenk nach dem Anordnen der warmen Vorform der Felge translatorisch in Richtung des ersten Innengesenks (11) bewegt wird, wobei die Vorform der Felge im geschlossenen Zustand der Vorrichtung (10) zumindest bereichsweise mit den Wirkflächen (11.1) der zwei Innengesenke (11) in Kontakt steht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (10) mindestens zwei Innengesenke (11) aufweist, wobei die Innengesenke (11) translatorisch von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar sind, wobei der Umfang der Wirkflächen (11.1) der Innengesenke (11) in der ersten Position kleiner ist als in der zweiten Position, wobei sich die Innengesenke (11) während des An- ordnens der warmen Vorform der Felge in der ersten Position befinden, wobei nach dem Anordnen der warmen Vorform der Felge die Innengesenke (11) in die zweite Position bewegt werden und die Vorform der Felge im geschlossenen Zustand der Vorrichtung (10) zumindest bereichsweise mit den Wirkflächen (11.1) der zwei Innengesenke (11) in Kontakt steht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die translatorische Bewegung der Innengesenke (11) in die zweite Position zeitgleich und/oder zeitversetzt zur translatorischen Bewegung und Zusammenfahren der Außengesenke (12) zur zumindest bereichsweisen Kontaktierung und der Aufnahme derVorform der Felge zwischen den Wirkflächen (11.1, 12.1) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens ein Bereich an der Felge (1), insbesondere der Bereich, welcher insbesondere zur zumindest stoffschlüssigen Anbindung mit einer Radschüssel (3) dient, nicht pressgehärtet wird.
8. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei als Halbzeug ein härtbarer Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,07 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 10 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0, 15 Gew.-% bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das zumindest teilweise Presshärten derVorform der Felge zusätzlich durch Verwendung eines Fluids, welches in direkten Kontakt mit der warmen Vorform der Felge gebracht wird, unterstützt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades (3), wobei eine Radschüssel (2) bereitgestellt und eine Felge (1) bereitgestellt werden, wobei die Radschüssel (2) Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an der Felge (1) angebunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Radschüssel (2) aus einem Halbzeug aus Stahlblech, durch Kaltumformen und/oder Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten hergestellt ist.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 oder 11, wobei die Radschüssel (2) eine Materialdicke bis maximal 6 mm für die Herstellung eines Fahrzeugrades (3) für Personenfahrzeuge oder eine Materialdicke mit mehr als 6 mm für die Herstellung eines Fahrzeugrades (3) für Nutzfahrzeuge aufweist, und wobei die Felge (1) eine Materialdicke bis maximal 3 mm für die Herstellung eines Fahrzeugrades (3) für Personenfahrzeuge oder eine Materialdicke mit mehr als 3 mm für die Herstellung eines Fahrzeugrades (3) für Nutzfahrzeuge aufweist.
13. Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Felge (1) für ein Fahrzeugrad (3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit mindestens zwei Innengesenken (11), wobei die Innengesenke (11) jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (11.1) aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Innenkontur (1.2) der Felge (1) entsprechen, und mindestens zwei Außengesenken (12), wobei die Außengesenke (12) jeweils zumindest bereichsweise eine Wirkfläche (12.1) aufweisen, welche zumindest bereichsweise der korrespondierenden Endgeometrie der Außenkontur (1.1) der Felge (1) entsprechen, wobei eine warme Vorform einer Felge zwischen den Außengesenken (12) anordbar ist, wobei durch Einwirken der Wirkflächen (12.1) der Außengesenke (12) auf die Außenkontur der Vorform der Felge die warme Vorform der Felge in die Endgeometrie der Außenkontur (1.1) der Felge (1) überführt, zumindest bereichsweise warmumgeformt und zumindest teilweise pressgehärtet werden kann, wobei die mindestens zwei Außengesenke (12) translatorisch bewegbar sind und im zusammengefahrenen Zustand die Felge (1) entlang ihrer Außenkontur (1.1) zumindest bereichsweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig aufnehmen können.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung (10) zwei Innengesenke (11) aufweist, wobei das erste und/oder das zweite Innengesenk (11) translatorisch bewegbar ausgeführt sind und die translatorische Bewegung parallel zur Drehachse (X) der Felge (1) ausführbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung (10) mindestens zwei Innengesenke (11) aufweist, wobei die Innengesenke (11) translatorisch von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ausgeführt sind und die translatorische Bewegung radial zur Drehachse (X) der Felge (1) ausführbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Vorrichtung (10) Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung des mindestens einen Innengesenks (11) und/oder des mindestens einen Außengesenks (12) und/oder Mittel zur direkten Fluidbeaufschlagung umfasst.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Vorrichtung (10) im zusammengefahrenen Zustand die Felge (1) zumindest bereichsweise aufnimmt.
18. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 10 bis 12 hergestellten Fahrzeugrades (3) in Personenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, Agrarmaschinen, Agrarfahrzeugen, Militärfahrzeugen, ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, Anhänger, Auflieger oderTrailern.
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