WO2019243147A1 - Verfahren zur herstellung einer radschüssel - Google Patents

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WO2019243147A1
WO2019243147A1 PCT/EP2019/065436 EP2019065436W WO2019243147A1 WO 2019243147 A1 WO2019243147 A1 WO 2019243147A1 EP 2019065436 W EP2019065436 W EP 2019065436W WO 2019243147 A1 WO2019243147 A1 WO 2019243147A1
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wheel
preform
wheel disc
area
collar
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PCT/EP2019/065436
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David Pieronek
Roger Bernd ROSSMANN
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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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 for producing a wheel bowl, comprising an outer area with an at least partially encircling wheel bowl tab, which is provided for the positive, non-positive and / or material connection to a rim ring to form a vehicle wheel, an inner area with a wheel contact area, in which a plurality of connection holes are provided for receiving fastening means for releasably connecting the vehicle wheel to a wheel hub of a vehicle, and a central region connecting the outer and inner regions, in which several radial spokes are distributed on the circumference of the wheel disc and are provided spaced apart from one another via ventilation holes, and a method for producing a vehicle wheel.
  • Vehicle wheels or motor vehicle wheels are safety components and must therefore be able to withstand the high mechanical and dynamic alternating stresses in ferry operation in a durable manner.
  • Conventional "steel wheels” in sheet metal construction usually consist of a wheel disc (wheel disc), which ensures the connection to the wheel hub of a vehicle, and a rim (rim ring), which receives the tire.
  • the wheel components are manufactured on multi-step presses (up to eleven steps) by cold forming. So far, only micro-alloyed steels (structural steel, fine-grained steel) and dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa have been used.
  • a MAG welding in combination with a press connection (drop center rim) is preferably provided as the joining technology.
  • the weight of the vehicle wheels as a rotating mass has a disproportionate effect on the energy consumption of the vehicles and also on the unsprung masses. Therefore, the lowest possible vehicle wheel weight with ideally high rigidity is generally desirable.
  • further lightweight design potential can be tapped with steel if, on the one hand, material with higher strength or vibration resistance is used to safely absorb the operating loads, and on the other hand, geometry adjustments, such as stronger embossments and collars, to compensate for the loss of rigidity due to of lower material thicknesses can be implemented.
  • the cold formability of conventional steels carbon steel
  • the cold formability of conventional steels generally decreases, which is already the case with today's wheel dishes. is almost exhausted.
  • the so-called hot forming is also used in vehicle / body construction, known among experts to indirect or direct hot forming.
  • hot forming the requirement for high formability and high strength of the final formed components can be met.
  • Corresponding forming processes which involve a previous heat treatment of the workpiece, for example in a separate furnace, are sufficiently known from the prior art, in particular the hot forming and press hardening of steel sheet.
  • hot stamping for significantly cyclically stressed components made of sheet steel, such as Wishbones, wheels, axle supports, not yet established in automotive vehicle construction.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a suitable method for producing design-optimized and / or spoke-shaped wheel disks for vehicle wheels, and a method for producing a vehicle wheel with which a vehicle wheel with greater design freedom, rigidity, weight reduction, operational stability and safety unit can be provided in particular with acceptable manufacturing costs.
  • the invention relates to a method for producing a wheel bowl, comprising an outer region with an at least partially encircling wheel bowl tab, which is provided for the positive, non-positive and / or material connection to a rim ring to form a vehicle wheel is an inner area with a wheel contact area, in which a plurality of connection holes are provided for receiving fastening means for releasably connecting the vehicle wheel to a wheel hub of a vehicle, and a central area connecting the outer and inner areas, in which several spokes are in radial alignment distributed around the circumference of the wheel disc and spaced apart from one another via ventilation holes, comprising the steps:
  • the wheel bowl preform having at least one preform of the spokes, each with a collar area preform, at least partially or completely heating the wheel bowl preform to a temperature of at least A Ci and then at least partially hot forming and / or at least partially press hardening to form a wheel dish, at least the preform of the spokes with the collar area preform being converted into a preliminary spoke shape with a temporary collar area,
  • the sheet thickness of the semi-finished product preferably being between 2.5 and 10 mm, in particular a maximum of 8 mm, preferably a maximum of 6 mm, a wheel bowl preform is produced, which has at least one preform of the spokes, each with a collar area preform.
  • a preform of the spokes with a collar region preform is preferably produced during cold forming, the collar region preform having a collar height of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 40%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 60%, more preferably at least 70%, based on the maximum collar height. It is advantageous if high degrees of deformation or high collar heights, which are oriented particularly close to the target height or near the end geometry, are cold preformed, since with hot forming compared to cold forming, depending on the complexity, especially depending on the degree of deformation, the risk is a danger Thinning is much higher.
  • the wheel bowl preform is at least partially or completely heated or heated to a temperature of at least A Ci , preferably to a temperature of at least A C , and then at least in some areas hot-formed and / or at least partially press-hardened to form a wheel bowl, at least the preform the spoke with the collar area preform is converted into a preliminary spoke shape with a temporary collar area or is shaped.
  • hot forming is to be understood to mean, in particular, shaping the wheel bowl preform into the desired final geometry (target geometry) of the wheel bowl and / or calibrating into the final geometry of the wheel bowl in order to improve the dimensional accuracy or to maintain tolerances.
  • a wheel bowl with final mechanical properties and at least partly predominantly martensitic and / or bainitic structure is provided in the wheel bowl. If necessary, the wheel bowl can also be fully press hardened.
  • a predominantly martensitic or bainitic structure requires a minimum proportion of the structure phase individually or in combination of at least 50 area%, in particular at least 60 area%, preferably at least 70 area%, particularly preferably at least 80 area%.
  • the structure begins to convert to austenite and is in particular completely austenitic when the temperature A is exceeded.
  • the wheel disc preform is preferably heated to a temperature of at least A, so that an essentially austenitic structure is present in the entire component.
  • a Ci and A are characteristic values which depend on the composition (alloy components) of the steel material used and which can be taken from so-called ZTA or ZTU diagrams.
  • the at least partial press hardening is preferably carried out in a device in which in particular the at least regionally hot forming is carried out, the device being actively cooled in at least one region in which the press hardening is to be carried out, so that rapid cooling, in particular below M f (martensite finish) is brought about by contact with a tool, in particular with its tool surface / active surface, in order to convert austenite into a hard structure, which in particular predominantly can have martensite and / or bainite.
  • M f martensite finish
  • the required cooling rates can also be taken from ZTU diagrams.
  • the hardenable steel materials When selecting the hardenable steel materials in connection with indirect hot forming, conventional production lines can continue to be used and, as a result, inexpensive individual components can be manufactured for the wheel production, since the hardenable steel materials have moderate strengths in their delivery condition or cold processing condition. which are comparable to the conventionally used steel materials and therefore have comparable, suitable deformation properties which are particularly suitable for cold forming a wheel disc (preform).
  • the potential of the hardenable steel materials has not yet been exhausted after the cold shaping, so that, according to one embodiment of the method according to the invention, the hardenable steel sheet preferably has a carbon content of at least 0.08% by weight, in particular at least 0.15% by weight of at least 0.22% by weight.
  • the steel sheet provided can be case hardening steel or tempering steel, in particular of the quality C10, C15, C22, C35, C45, C55, C60, 42CrMo4, a manganese-containing steel, in particular of the quality 8MnCrB3, 16MnB5, 16MnCr5, 17MnB3, 20MnB5, 30MnB5 , 37MnB5, 40MnB4 or an air-hardening steel, an oil-hardening steel or a multi-layer steel material composite, for example with three steel layers, of which at least one of the layers is hardenable.
  • an at least section-wise trimming takes place in the provisional collar area of the wheel disc to produce the final geometry of the spokes and / or the ventilation holes on the wheel disc.
  • the trimming according to the invention gives the wheel disc in particular the final, global geometry (final geometry).
  • trimming is carried out by means of a laser in accordance with a particularly preferred embodiment of the method.
  • the use of a laser for trimming is somewhat more expensive than mechanical cutting devices, but the trimming can be individually adapted to the respective requirements as required.
  • preliminary holes are made in the central region of the wheel disc to be produced before, during or after cold forming, and are preferably provided in the region of the ventilation holes to be produced.
  • the preliminary holes are preferably made before the cold forming, in particular in the flat steel sheet, and serve as relief holes, which can have a positive effect on the material flow during the shaping.
  • a central hole and / or a plurality of connection holes are made in the inner region of the wheel disc to be produced before, during or after cold forming.
  • the central hole can fulfill one or more functions.
  • the central hole can also have an angled flange, for example in the form of a collar, in sections or completely all around the central hole.
  • the holes can be made, for example, by means of mechanical devices (hole and / or punching tool (s)). For example, these can be integrated in the (cold) shaping tool (s).
  • a central hole and / or several connection holes can be made in the inner region of the wheel disc during or after the at least partial hot forming with at least partial press hardening.
  • holes are made during hot forming, for example mechanical devices (hole and / or punching tool (s)) are integrated in the hot forming and / or press hardening tool (s). If the holes are made after hot forming, this can ensure, for example, that the correspondingly made holes remain in their intended position without further shaping.
  • the subsequent punching can preferably be carried out using a laser, in particular also combined with the trimming of the wheel disc according to the invention.
  • the ventilation holes, the central hole and the connection holes, which are hot-formed at least in some areas and at least in some areas press-hardened, are preferably introduced by means of a laser.
  • At least one area on the wheel disc is not press hardened.
  • the wheel disc flap of the wheel disc is not press-hardened, in order to avoid the formation of a softening zone or to reduce softening in the heat affected zone during the manufacture of a vehicle wheel, in particular when materially joining, preferably when welding the wheel disc to the rim ring in the presence of a hardness structure and would define a metallurgical notch that could no longer ensure sufficient operational strength and / or stability of the overall wheel.
  • it can be advantageous to provide a certain ductility in the area of the connection of the wheel disc since preferably one The wheel disc is pressed in, which, if the local deformability is too low, could cause pre-damage, which is undesirable.
  • the invention relates to a method for producing a vehicle wheel, wherein a rim ring and a wheel disc manufactured according to the invention are provided, the wheel disc being connected to the rim ring in a material, force and / or form-fitting manner.
  • a rim ring and a wheel disc manufactured according to the invention are provided, the wheel disc being connected to the rim ring in a material, force and / or form-fitting manner.
  • the rim ring provided is preferably made from a semi-finished product made of sheet steel, for example by cold forming and / or hot forming with at least partial press hardening.
  • FIG. 1 shows a flow diagram for the production of a wheel disc according to a first embodiment in the form of sketched snapshots in a top view
  • FIGS. 2a to d show a flow diagram for the manufacture of a wheel bowl according to a second embodiment in the form of snapshots in perspective and a finished wheel bowl in plan view and
  • Fig. 3 is a sketched flow chart for the manufacture of a vehicle wheel.
  • FIG. 1 shows a flow diagram for producing a wheel disc (3) according to a first embodiment in the form of sketched snapshots in a top view.
  • a flat sheet steel plate made of a hardenable steel material is preferably provided as the semi-finished product (1), the sheet thickness preferably being between 2.5 and 10 mm.
  • the hardenable steel sheet (1) has a carbon content of at least 0.08% by weight.
  • provisional holes (1 .1) have been made in the steel sheet (1), which are provided in the area of the ventilation holes (3.10) to be produced on the wheel disc (3) (see upper row, left snapshot).
  • the central snapshot in the upper row shows a wheel bowl preform (1 ') after cold forming in a device (not shown).
  • Cold forming is not limited to one step (one stage), as shown in this embodiment, or respectively in one device; rather, cold forming can also be carried out in several steps (multi-stage), in particular in several devices.
  • the wheel disc preform (1 ') has at least one preform of the spokes (1'.4), each with a collar area preform (1'.43).
  • the collar area preform (1'.43) was designed with a collar height (1'.42) of at least 20%, in particular of at least 30%, preferably of at least 40%, based on the maximum collar height (3.42), cf. Fig. 2d), preformed.
  • the relief holes (1.1) had a positive effect on the material flow during cold forming.
  • the wheel disc preform (1 ') is heated or warmed at least partially or completely to a temperature of at least A Ci , preferably at least A C 3, using suitable means (not shown), for example in a continuous furnace, where the warm wheel bowl preform (1 ') is then at least partially hot-formed and / or at least partially press-hardened.
  • suitable means such as radiative, conductive, inductive, individually or in combination, can also be used.
  • the hot forging, at least in some areas, with at least some areas of press hardening is carried out in two steps or in two devices (not shown), with the first step being thermoformed and the warm wheel disc preform (1 ') being only hot-formed and as in FIG Right snapshot shown in the upper row, the center area (3.7) of the wheel disc (3) to be produced or the preform of the spokes (1'.4) was further shaped to achieve an intermediate shape (2.4).
  • contours with a moderately preformed connection seating surface of the connection holes to be produced (3.3) are already indicated in the inner region (3.6) of the wheel disc (3) to be created.
  • the intermediate shape (2) of the wheel disc (3) to be created which is still in the warm state, is at least partially press hardened in a second step or in a second device (not shown), for example in a press hardening tool, or, in particular in a hot forming and press hardening tool, (further) hot formed and at least partially press hardened.
  • the device (not shown) has the contour and the respective geometry of the wheel disc (3), the still warm intermediate form (2) being at least partially pressed into an at least partially hardened wheel bowl (3) is transferred.
  • a hardness structure is created at least partially in the wheel disc (3), through which a high degree of dimensional accuracy can be achieved by avoiding springback and operational stability.
  • the device (not shown) (hot forming / press hardening tool) can have means for active and / or passive cooling, in particular in order to avoid tool heating and to ensure at least partial press hardening of the wheel disc (3).
  • the intermediate form (2) remains in the device for a certain time and, in particular after reaching a temperature, in particular when all conversion processes (bainite and / or martensite) have essentially been completed and the desired structure has been set in the wheel disc (3) after reaching the M r temperature, removed again.
  • At least the preform of the spokes with the collar area preform was converted into a preliminary spoke shape (2.4) with a preliminary collar area (2.43).
  • the inner area (3.6) of the wheel disc and the connection seat surface of the connection holes (3.3) created have also taken on shape or have been shaped or shaped accordingly, cf. right snapshot in the bottom row.
  • an at least section-wise trimming takes place in the provisional collar area (2.43) of the wheel disc (3).
  • the provisional collar area (2.43) is trimmed with a trimming means (not shown), preferably using a laser, so that large ventilation holes (3.9) and filigree spokes (3.4) can be created.
  • the laser can be used to specifically follow a specified trimming contour, which means that a sophisticated design can be made available.
  • a further machining of the inner area (3.6) of the wheel disc (3) takes place, preferably in a laser, in which the final hole geometry of the central hole (3.5) as well as the connection holes (3.3) is created, see. left snapshot in the bottom row.
  • the wheel disc (3) can then be passed on to further steps, such as an optional further trimming and / or an optional blasting treatment of the surface for the possible removal of a scale that has formed on the wheel disc (3) and the connection to a rim ring (4) for production a vehicle wheel (5) with optional subsequent cathodic dip painting (KTL) for setting a specified corrosion protection.
  • further steps such as an optional further trimming and / or an optional blasting treatment of the surface for the possible removal of a scale that has formed on the wheel disc (3) and the connection to a rim ring (4) for production a vehicle wheel (5) with optional subsequent cathodic dip painting (KTL) for setting a specified corrosion protection.
  • KTL cathodic dip painting
  • Figures 2a) to 2c) show a flow diagram for the production of a wheel bowl (3) according to a second embodiment in the form of snapshots in a perspective view.
  • 2a) shows a wheel bowl preform (T) as a snapshot in a perspective view.
  • a flat sheet steel plate made of a hardenable steel material preferably being provided as the semi-finished product.
  • the sheet thickness is between 2.5 and 10 mm, the hardenable steel sheet having a carbon content of at least 0.08% by weight.
  • a central hole (1'.3) has been made before, during or after cold forming.
  • the wheel disc preform (1 ') has at least one preform of the spokes (1'.4), each with a collar area preform (1'.43).
  • the collar area preform (1'.43) was preformed with a collar height (1'.42) of at least 20%, in particular of at least 30%, preferably of at least 40% based on the maximum collar height (3.42).
  • contours with a moderately preformed connection seating surface of the connection holes to be produced (3.3) are already indicated in the interior (3.6) of the wheel disc (3) to be created.
  • holes (1'.1) are made, a first hole (1'.1) each having an essentially oval shape and consisting of one in the preform of the spokes (1'.4) Spokes (1'.4) each form a pair of spokes (1'.4), and each have a second hole (1'.1) on the circumference between the spokes (1'.4) which the spokes (1'.4 ) or pairs of spokes (1'.4) spaced apart from one another and having an essentially triangular shape, are stamped. Punching / punching takes place, for example, in a separate device, not shown, which is preferably equipped with mechanical trimming means, cf. Snapshot in Fig. 2b).
  • the wheel bowl preform (1 ') is heated or warmed at least partially or completely to a temperature of at least A Ci , preferably at least A C 3, by means of suitable means (not shown), for example in a continuous furnace, the warm wheel bowl preform being used (1 ') is then at least partially hot-formed and at least partially press-hardened. Other means of heating, such as radiative, conductive, inductive, individually or in combination, can also be used.
  • the warm wheel disc preform (T) is at least partially hot-formed in a device (not shown), in particular in a hot-forming and press-hardening tool, and at least partially press-hardened.
  • the device (not shown) has the contour or geometry of the wheel bowl (3), the warm wheel bowl preform (T) being transferred into an at least partially press-hardened wheel bowl (3) by corresponding action of the active surfaces of the device.
  • the at least partial press hardening a hardness structure is created at least in part in the wheel disc (3), through which a high degree of dimensional accuracy is achieved by avoiding springback and operational stability can be achieved.
  • the device can have means for active and / or passive cooling, in particular in order to avoid heating the tool and to ensure at least partial press hardening of the wheel disks (3).
  • the wheel disc shape (1 ') remains in the device for a certain time and is in particular after reaching a temperature, in particular when all conversion processes (bainite and / or martensite) have essentially been completed and the desired structure in the wheel disc (3) is set is removed again, especially after the M r temperature has been reached.
  • At least the preform of the spokes with the collar area preform was converted into a preliminary spoke shape (2.4) with a temporary collar area (2.43), cf. Snapshot in Fig. 2c).
  • an at least section-wise trimming takes place in the provisional collar area (2.43) of the wheel disc (3).
  • the provisional collar area (2.43) is trimmed with a trimming means, not shown, preferably by means of a laser, so that large ventilation holes (3.9, 3.10) and filigree spokes (3.4) can be created.
  • the laser can be used to specifically follow a specified trimming contour, which means that a sophisticated design can be provided.
  • the inner area (3.6) of the wheel disc (3) is preferably processed by laser, in which the final hole geometry of the connecting holes (3.3) is generated, see FIG. Snapshot in Fig.
  • the wheel bowl (3) can then be fed to further steps, such as, for example, an optional further trimming and / or an optional blasting treatment of the surface for the possible removal of a scale that has formed on the wheel bowl (3) and the connection to a rim ring (4) for the production of a vehicle wheel (5) with optional subsequent cathodic dip painting (KTL) for setting a specified corrosion protection.
  • further steps such as, for example, an optional further trimming and / or an optional blasting treatment of the surface for the possible removal of a scale that has formed on the wheel bowl (3) and the connection to a rim ring (4) for the production of a vehicle wheel (5) with optional subsequent cathodic dip painting (KTL) for setting a specified corrosion protection.
  • KTL cathodic dip painting
  • FIG. 2d shows a top view of a wheel bowl (3) according to the second embodiment.
  • the top view corresponds to the representation of the so-called rear side of the wheel disc (3), which is not visible in the assembled state.
  • the wheel disc (3) has an outer area (3.8) with an at least partially, preferably completely circumferential, wheel disc flap (3.81) which is used for the positive, non-positive and / or material connection to a rim ring (4) to form a vehicle wheel (5 ) is provided, an interior area (3.6) with a wheel contact area (3.1), in which a plurality of connection holes (3.3), in particular with a hole geometry and / or connection seat surface, for receiving fastening means for releasably connecting the vehicle wheel to a wheel hub of a vehicle (not shown) are provided, and a central area (3.7) connecting the outer (3.8) and the inner area (3.6), in which a plurality of spokes (3.4) are distributed in a radial alignment on the circumference of the wheel disc (3) and via ventilation holes (
  • the wheel flap (3.81) may have been turned off as part of the outer area (3.8) in the course of the cold forming to create the wheel bowl preform (1 ') and / or in the course of the hot forming to create the wheel bowl (3).
  • the hole geometry and / or connection seat surface of the connection holes (3.3) can be formed in the interior (3.6) in the course of cold forming to create the wheel bowl preform (T) and / or in the course of hot forming to create the wheel bowl (3) .
  • the central hole (3.5) which is surrounded in particular by the connection holes (3.3), can have an angled flange (3.51), for example in the form of a collar, in sections or completely all around the central hole (3.5).
  • the shape of the ventilation holes (3.9, 3.10) combined with the design of the spokes (3.4) can influence the design.
  • 2d shows a sectional view along the line AA transverse to the radial longitudinal extent of a spoke (3.4), the spoke (3.4) having at least one collar (3.41) with a maximum collar height (3.42) in the radial longitudinal extent of the spoke ,
  • FIG. 3 shows an outlined flow chart for the production of a vehicle wheel (5), a wheel bowl (3) and a rim ring (4) produced according to the invention being initially provided.
  • the rim ring (4) can consist of a semi-finished product made of sheet steel, which is produced by cold forming and / or hot forming with at least partial press hardening.
  • the wheel disc (3) is connected to the rim ring (4) in a material, force and / or form fit to form a vehicle wheel (5).
  • the connection is particularly preferably carried out by a press fit (force and / or form fit) in combination with a thermal joining process (material bond) such as a MAG or laser weld.
  • vehicle wheels can preferably be produced for passenger vehicles with a sophisticated design.
  • the individual features shown in the respective exemplary embodiments can also be combined with one another or with one another.
  • the wheel disc (3) can be completely or only partially press-hardened, for example only in the inner area (3.6) and center area (3.7) of the wheel disc (3).
  • the rim ring (4) can either be completely, partially or not press hardened at all.
  • the individual shaping steps, punching / punching, cold forming, hot forming combined with at least partial press hardening, can take place in one or in several steps or in one or more devices (tools), depending on the degree of complexity and of the design to be created.
  • the wheel disc flap in the outer region of the wheel disc to be produced is preferably produced or switched off during the cold forming.
  • the vehicle wheels (5) produced are preferably used in passenger cars, whether with an internal combustion engine and / or an electric drive.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (3), aufweisend einen Außenbereich (3.8) mit einem zumindest abschnittsweise umlaufenden Radschüssellappen (3.81), welcher zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring zur Bildung eines Fahrzeugrades vorgesehen ist, einen Innenbereich (3.6) mit einem Radanlagebereich (3.1), in welchem mehrere Anbindungslöcher (3.3) zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades (5) an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind, und einen den Außen- (3.8) und den Innenbereich (3.6) verbindenden Mittenbereich (3.7), in welchem mehrere Speichen (3.4) in radialer Ausrichtung auf dem Umfang der Radschüssel (3) verteilt und über Belüftungslöcher (3.9, 3.10) voneinander beabstandet vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel, aufweisend einen Au- ßenbereich mit einem zumindest abschnittsweise umlaufenden Radschüssellappen, welcher zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring zur Bildung eines Fahrzeugrades vorgesehen ist, einen Innenbereich mit einem Radanlagebereich, in welchem mehrere Anbindungslöcher zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind, und einen den Au- ßen- und den Innenbereich verbindenden Mittenbereich, in welchem mehrere Speichen in ra- dialer Ausrichtung auf dem Umfang der Radschüssel verteilt und über Belüftungslöcher von- einander beabstandet vorgesehen sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahr- zeugrades.
Technischer Hintergrund
Fahrzeugräder bzw. Kraftfahrzeugräder sind Sicherheitsbauteile und müssen daher die hohen mechanischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen im Fährbetrieb dauerfest aufneh- men können. Konventionelle„Stahlräder“ in Blechbauweise bestehen üblicherweise aus einer Radschüssel (Radscheibe), welche die Verbindung zur Radnabe eines Fahrzeugs sicherstellt und einer Felge (Felgenring), welche den Reifen aufnimmt. Die Radkomponenten werden heutzutage auf Stufenpressen in mehreren Schritten (bis zu elf Stufen) durch Kaltumformung gefertigt. Dabei kommen bisher ausschließlich mikrolegierte Stähle (Baustahl, Feinkornstahl) und Dualphasen-Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa zum Einsatz. Als Fügetech- nik wird vorzugsweise eine MAG-Schweißung in Kombination mit einer Pressverbindung (Tief- bettfelge) vorgesehen.
Das Gewicht der Fahrzeugräder wirkt sich als rotatorisch-bewegte Masse überproportional auf den Energieverbrauch der Fahrzeuge sowie zusätzlich auch auf die ungefederten Massen aus. Daher ist generell ein möglichst geringes Fahrzeugradgewicht bei idealerweise hoher Steifig keit anzustreben. Gegenüber konventionell hergestellten Fahrzeugrädern kann weiteres Leichtbaupotenzial mit Stahl erschlossen werden, wenn zum einen Material mit höherer Fes- tigkeit bzw. Schwingfestigkeit zur sicheren Aufnahme der Betriebslasten verwendet wird, und zum anderen Geometrieanpassungen, wie z.B. stärkere Verprägungen und Kragen zur Kom- pensierung der Steifigkeitsverluste aufgrund von geringeren Materialdicken umgesetzt werden können. Mit ansteigender Materialfestigkeit nimmt aber in der Regel auch die Kaltumformbar- keit konventioneller Stähle (Kohlenstoffstahl) ab, welche schon bei heutigen Radschüsseln an- nähernd ausgereizt ist. Somit stößt der Leichtbau mit kaltumformbaren und höherfesten Stäh- len auf Basis heutiger Fertigungskonzepte für Fahrzeugräder an technische Grenzen. Neben dem Gewicht der Fahrzeugräder spielt zudem bei Personenkraftwagen das Design eine we sentliche 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 Warmum- formen im Fahrzeug-/Karosseriebau angewandt, in Fachkreisen auch unter der indirekten oder direkten Warmumformung bekannt. Durch den Einsatz der Warmumformung kann die Anfor- derung nach einer hohen Umformbarkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeiten der endgeform- ten Bauteile erfüllt werden. Entsprechende Umformverfahren, die unter Einbeziehung einer vorangehenden Wärmebehandlung des Werkstücks, beispielsweise in einem separaten Ofen erfolgen, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, insbesondere das Warmum- formen und Presshärten von Stahlblech. Allerdings ist der Einsatz der Warmumformung für maßgeblich zyklisch-belastete Bauteile aus Stahlblech, wie z.B. Querlenker, Räder, Achsträ- ger, im automobilen Fahrzeugbau bisher nicht etabliert.
Als Stand der Technik zur Blech-Warmumformung von Personenkraftwagenrädern bezie- hungsweise der entsprechenden Radschüsseln, welche zumindest bereichsweise pressge- härtet sein können, wird auf die Druckschriften DE 10 2007 019 485 A1 , DE 10 2013 1 14 245 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 Warmumfor- mung beziehungsweise Presshärtung, sowie entsprechenden Verfahrensschritten bezie- hungsweise Vorrichtungen zur Herstellung von Radschüsseln für Standard-Stahlräder ohne Designanspruch, welche in der Regel hinsichtlich der Kontur außerhalb der Radanlagefläche rotationssymmetrisch ausgeführt sind.
In den Druckschriften DE 1 1 2007 000 239 T5 sowie EP 2 495 1 10 B1 sind Fahrzeugräder bzw. Verfahren zur Herstellung designoptimierter und/oder speichenförmiger Radschüsseln für Fahrzeugräder durch mehrstufige Kaltumformung mit entsprechenden Vorrichtungen be- schrieben. Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahren die„hohe“ Blechdicke der Radschüs- sel von ca. 5,0 bis 6,5 mm, welche aufgrund der großflächigen Belüftungslöcher und Werk- stoffeigenschaften strukturell erforderlich sind. Zudem ergibt sich auf Basis der Streck- und/oder Tiefziehverfahren eine starke Limitierung hinsichtlich weiterer Designoptimierungen aufgrund der fast vollständig ausgereizten Umformreserven in Kombination mit kritischen Blechausdünnungen in belastungskritischen Bereichen. Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von designoptimierten und/oder speichenförmigen Radschüsseln für Fahrzeugräder, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades anzugeben, mit welchem ein Fahrzeugrad mit einer höheren Designfreiheit, Steifigkeit, Gewichtsreduzierung, Betriebsfestigkeit und Sicher- heit insbesondere bei akzeptablen Fertigungskosten bereitgestellt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 .
Gemäß einer ersten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüs- sel, aufweisend einen Außenbereich mit einem zumindest abschnittsweise umlaufenden Rad- schüssellappen, welcher zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung an einen Fel- genring zur Bildung eines Fahrzeugrades vorgesehen ist, einen Innenbereich mit einem Rad- anlagebereich, in welchem mehrere Anbindungslöcher zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind, und einen den Außen- und den Innenbereich verbindenden Mittenbereich, in welchem mehrere Speichen in radialer Ausrichtung auf dem Umfang der Radschüssel verteilt und über Belüftungslöcher voneinander beabstandet vorgesehen sind, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Halbzeugs aus einem härtbaren Stahlblech,
Kaltumformen des Halbzeugs zu einer Radschüsselvorform, wobei die Radschüsselvor- form zumindest eine Vorform der Speichen mit jeweils einer Kragenbereichvorform auf- weist, zumindest teilweises oder vollständiges Erwärmen der Radschüsselvorform auf eine Tem- peratur von mindestens ACi und anschließendes zumindest bereichsweise Warmumfor- men und/oder zumindest teilweisen Presshärten zu einer Radschüssel, wobei zumindest die Vorform der Speichen mit der Kragenbereichvorform in eine vorläufige Speichenform mit vorläufigem Kragenbereich überführt wird,
zumindest abschnittsweiser Beschnitt im vorläufigen Kragenbereich der Radschüssel zur Erzeugung der Endgeometrie der Speichen und/oder der Belüftungslöcher an der Rad- schüssel. Schwingfestigkeitsuntersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass härtbare Stahlwerkstoffe mit einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur, wie zum Beispiel Mangan-Bor-, Vergütungs- und luft- sowie ölhärtende Stähle, gegenüber konventionell ver- wendeten Dualphasen- und mikrolegierten Stählen eine deutlich gesteigerte zyklische Biege- wechselfestigkeit aufweisen und damit prinzipiell weiteren Leichtbau durch Blechdickenredu- zierung der Radschüssel ermöglichen. Zudem kann durch die Blechdickenreduzierung positiv Einfluss auf das Design der Radschüssel genommen werden, da Radienübergänge kleiner di- mensioniert werden können und damit das generelle Design anspruchsvoller gestaltet werden kann. Der Verarbeitungsmöglichkeit der direkten Blech-Warmumformung sind jedoch Gren- zen gesetzt, wobei designoptimierte und/oder speichenförmige Radschüsseln mit akzeptabler Blechausdünnung nicht zufriedenstellend herstellbar sind.
Im Zuge des Kaltumformens des Halbzeugs, welches vorzugsweise als ebene Stahlblech-Pla- tine bereitgestellt wird, wobei vorzugsweise die Blechdicke des Halbzeugs zwischen 2,5 und 10 mm liegt, insbesondere maximal 8 mm, vorzugsweise maximal 6 mm beträgt, wird eine Radschüsselvorform erzeugt, welche zumindest eine Vorform der Speichen mit jeweils einer Kragenbereichvorform aufweist. Da die Speichen an der Radschüssel jeweils mindestens einen Kragen mit einer in radialer Längserstreckung der Speichen maximalen Kragenhöhe aufweisen, wird bevorzugt während des Kaltumformens eine Vorform der Speichen mit jeweils einer Kragenbereichvorform erzeugt, wobei die Kragenbereichvorform mit einer Kragenhöhe von mindestens 20%, insbesondere von mindestens 30%, vorzugsweise von mindestens 40%, bevorzugt von mindestens 50%, besonders bevorzugt von mindestens 60%, weiter bevorzugt von mindestens 70% bezogen auf die maximale Kragenhöhe vorgeformt wird. Es ist von Vor- teil, wenn hohe Verformungsgrade respektive hohe Kragenhöhen, welche sich insbesondere nah an der Zielhöhe respektive nahe der Endgeometrie orientieren, kalt vorzuformen, da bei einer Warmumformung im Vergleich zur Kaltumformung je nach Komplexität, insbesondere je nach Verformungsgrad, die Gefahr eine Ausdünnung viel höher ist. Des Weiteren können durch die Erwärmung, insbesondere durch die Austenitisierung für die nachgelagerte War- mumformung kombiniert mit Presshärten, mögliche Kaltverfestigungen, welche durch die Kal- tumformung eingebracht werden, insbesondere zum Teil, beispielsweise vollständig wieder abgebaut werden. Das Kaltumformen des Halbzeugs zu einer Radschüsselvorform, wobei die Radschüsselvorform eine Vorform der Speichen mit jeweils einer Kragenbereichvorform auf- weist, kann somit positiv Einfluss auf die Gestaltung und Design nehmen und einer nachteili gen Blechausdünnung entgegenwirken. Erfindungsgemäß wird die Radschüsselvorform zumindest teilweise oder vollständig auf eine Temperatur von mindestens ACi, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens AC , er- wärmt bzw. durchwärmt und anschließend zumindest bereichsweise warmumgeformt und/ oder zumindest teilweise pressgehärtet zu einer Radschüssel, wobei zumindest die Vorform der Speichen mit der Kragenbereichvorform in eine vorläufige Speichenform mit vorläufigem Kragenbereich überführt respektive geformt wird.
Unter zumindest bereichsweise Warmumformen ist insbesondere ein Ausformen der Rad- schüsselvorform in die gewünschte Endgeometrie (Sollgeometrie) der Radschüssel und/oder ein Kalibrieren in die Endgeometrie der Radschüssel zur Verbesserung der Maßhaltigkeit be- ziehungsweise Einhaltung von Toleranzen zu verstehen. In Kombination mit einem zumindest teilweisen Presshärten, insbesondere alternativ nur durch ein zumindest teilweises Presshär- ten einer kaltgeformten Radschüsselvorform, wird eine Radschüssel mit finalen mechanischen Eigenschaften und zumindest teilweise überwiegend martensitischer und/oder bainitischer Gefügestruktur in der Radschüssel bereitgestellt. Bei Bedarf kann die Radschüssel auch voll- ständig pressgehärtet werden. Eine überwiegend martensitische oder bainitische Gefüge- struktur setzt einen Mindestanteil der Gefügephase einzeln oder in Kombination von mindes- tens 50 Flächen-%, insbesondere mindestens 60 Flächen-%, vorzugsweise mindestens 70 Flächen-%, besonders bevorzugt mindestens 80 Flächen-% voraus.
Bei der Temperatur ACi beginnt das Gefüge in Austenit umzuwandeln und liegt insbesondere vollständig austenitisch vor, wenn die Temperatur A überschritten wird. Bevorzugt wird die Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens A erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge vorliegt. ACi und A sind Kennwerte, wel- che abhängig von der Zusammensetzung (Legierungsbestandteile) des verwendeten Stahl- werkstoffs sind und aus sogenannten ZTA- bzw. ZTU-Schaubildern entnommen werden kön- nen. Das zumindest teilweise Presshärten erfolgt vorzugsweise in einer Vorrichtung, in wel- cher insbesondere 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, insbesondere unterhalb von Mf (Martensit-Finish) durch Kontakt mit einem Werkzeug, insbesondere mit dessen Werkzeu- goberfläche/-wirkfläche bewirkt wird, um Austenit in ein hartes Gefüge, welches insbesondere überwiegend Martensit und/oder Bainit aufweisen kann, umzuwandeln. Die erforderlichen Ab- kühlraten können in Abhängigkeit von dem gewünschten Gefüge ebenfalls aus ZTU-Schaubil- dern entnommen werden. Bei der Auswahl der härtbaren Stahlwerkstoffe in Verbindung mit der indirekten Warmumfor- mung können konventionelle Fertigungsstraßen weiterhin genutzt werden und damit verbun- den, kostengünstig Einzelkomponenten für die Räderherstellung hergestellt werden, da die härtbaren Stahlwerkstoffe in ihrem Anlieferungszustand respektive kalten Verarbeitungszu- stand moderate Festigkeiten aufweisen, die mit den konventionell verwendeten Stahlwerkstof- fen vergleichbar sind und dadurch vergleichbare, geeignete Verformungseigenschaften besit- zen, welche insbesondere zum kalten Formen einer Radschüssel(vorform) geeignet sind. Das Potential der härtbaren Stahlwerkstoffe ist nach der kalten Formung noch nicht ausgeschöpft, so dass gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das härtbare Stahl blech einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,08 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,22 Gew.-% hat. Das bereitgestellte Stahlblech kann ein Einsatzstahl oder Vergütungsstahl, insbesondere der Güte C10, C15, C22, C35, C45, C55, C60, 42CrMo4, ein manganhaltiger Stahl, insbesondere der Güte 8MnCrB3, 16MnB5, 16MnCr5, 17MnB3, 20MnB5, 22MnB5, 30MnB5, 37MnB4, 37MnB5, 40MnB4 oder ein lufthär tender Stahl, ein ölhärtender Stahl oder ein mehrschichtiger Stahl-Werkstoffverbund, bei- spielsweise mit drei Stahllagen, von denen mindestens eine der Lagen härtbar ist, sein.
Erfindungsgemäß erfolgt ein zumindest abschnittsweiser Beschnitt im vorläufigen Kragenbe- reich der Radschüssel zur Erzeugung der Endgeometrie der Speichen und/oder der Belüf- tungslöcher an der Radschüssel. Durch den erfindungsgemäßen Beschnitt erhält die Rad- schüssel insbesondere die finale, globale Geometrie (Endgeometrie). Um eine filigrane Aus- führung und ein anspruchsvolles Design bereitstellen zu können, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens der Beschnitt mittels Laser durchgeführt. Der Einsatz eines Lasers zum Beschnitt ist im Vergleich zu mechanischen Trennvorrichtungen zwar etwas teurer, der Beschnitt lässt sich jedoch individuell und je nach Bedarf auf die jeweilige Anforde- rungen anpassen. Der Beschnittkontur, insbesondere der Ausführung der Endgeometrie der Radschüssel, lokal wie auch global, sind im Wesentlichen keine Grenzen gesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Mit tenbereich der zu erzeugenden Radschüssel vor, während oder nach dem Kaltumformen vor- läufige Löcher (Entlastungslöcher) eingebracht, vorzugsweise sind sie im Bereich der zu er- zeugenden Belüftungslöcher vorgesehen. Die vorläufigen Löcher werden bevorzugt vor dem Kaltumformen, insbesondere in das ebene Stahlblech eingebracht und dienen als Entlastungs- löcher, welche sich positiv auf den Materialfluss während der Formgebung auswirken können. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Innenbereich der zu erzeugenden Radschüssel vor, während oder nach dem Kaltumformen ein Zentralloch und/oder mehrere Anbindungslöcher eingebracht. Das Zentralloch kann dabei eine oder meh- rere Funktionen erfüllen. Zum einen kann es zur späteren Positionierung an eine Radnabe und/oder in einer Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten (Warmumform- und/oder Presshärtewerkzeug) und/oder als Entlastungsloch insbesondere für den Material- fluss während der Formgebung dienen. Das Zentralloch kann auch einen abgewinkelten Flansch beispielsweise in Form eines Kragens, abschnittsweise oder vollständig umlaufend um das Zentralloch aufweisen. Die Löcher können beispielsweise mittels mechanischen Vor- richtungen (Loch- und/oder Stanzwerkzeug(e)) eingebracht werden. Beispielsweise können diese in dem bzw. den (Kalt-)Formgebungswerkzeug(en) integriert sein. Alternativ können im Innenbereich der Radschüssel während oder nach dem zumindest bereichsweisen Warmum- formen mit zumindest teilweisen Presshärten ein Zentralloch und/oder mehrere Anbindungs- löcher eingebracht werden. Beim Einbringen der Löcher während der Warmumformung sind beispielsweise mechanische Vorrichtungen (Loch- und/oder Stanzwerkzeug(e)) in dem bzw. den Warm-Formgebungs- und/oder Presshärtewerkzeug(en) integriert. Werden die Löcher nach der Warmumformung eingebracht, kann dadurch beispielsweise sichergestellt werden, dass die entsprechend eingebrachten Löcher ohne weitere Formgebung auch in ihrer vorge- sehenen Position verbleiben. Das nachträgliche Lochen kann vorzugsweise mittels Laser er- folgen, insbesondere auch mit dem erfindungsgemäßen Beschnitt der Radschüssel kombiniert werden.
Weiter bevorzugt werden mittels Laser die Belüftungslöcher, das Zentralloch und die Anbin- dungslöcher an der Radschüssel, welche zumindest bereichsweise warmumgeformt und zu- mindest bereichsweise pressgehärtet ist, eingebracht.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Bereich an der Radschüssel nicht pressgehärtet. Beispielsweise ist der Radschüssellappen der Rad- schüssel nicht pressgehärtet, um bei der Herstellung eines Fahrzeugrades insbesondere beim stoffschlüssigen Fügen, vorzugsweise beim Schweißen der Radschüssel an den Felgenring ein Ausbilden einer Erweichungszone zu vermeiden bzw. ein Erweichen in der Wärmeeinfluss- zone zu reduzieren, welche sich beim Vorliegen eines Härtegefüges ausbilden und eine me- tallurgische Kerbe definieren würde, die eine ausreichende Betriebsfestigkeit und/oder Stabi- lität des Gesamtrades nicht mehr sicherstellen könnte. Zudem kann es vorteilhaft sein, eine gewisse Duktilität im Bereich der Anbindung der Radschüssel vorzusehen, da bevorzugt ein Einpressen der Radschüssel erfolgt, welche bei einer zu geringen lokalen Verformbarkeit ei- ne Vorschädigung bedingen könnte, welche unerwünscht ist.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahr- zeugrades, wobei ein Felgenring und eine erfindungsgemäß hergestellte Radschüssel bereit- gestellt werden, wobei die Radschüssel Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an den Felgen- ring angebunden wird. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausfüh- rungen zur Herstellung der Radschüssel verwiesen.
Der bereitgestellte Felgenring ist vorzugsweise aus einem Halbzeug aus Stahlblech herge- stellt, beispielsweise durch Kaltumformen und/oder Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten.
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 ein Ablaufschema zur Herstellung einer Radschüssel gemäß einer ersten Aus- führung in Form von skizzierten Momentaufnahmen in Draufsicht,
Fig. 2a bis d ein Ablaufschema zur Herstellung einer Radschüssel gemäß einer zweiten Aus- führung in Form von Momentaufnahmen in perspektivischer Darstellung und ei- ne fertiggestellte Radschüssel in Draufsicht und
Fig. 3 ein skizziertes Ablaufschema zur Herstellung eines Fahrzeugrades.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Figur 1 zeigt ein Ablaufschema zur Herstellung einer Radschüssel (3) gemäß einer ersten Aus- führung in Form von skizzierten Momentaufnahmen in Draufsicht. Als Halbzeug (1 ) wird vor- zugsweise eine ebene Stahlblech-Platine aus einem härtbaren Stahlwerkstoff bereitgestellt, wobei vorzugsweise die Blechdicke zwischen 2,5 und 10 mm liegt. Das härtbare Stahlblech (1 ) hat einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,08 Gew.-%. In das Stahlblech (1 ) sind vor dem Kaltumformen vorläufige Löcher (1 .1 ) eingebracht worden, welche im Bereich der zu er- zeugenden Belüftungslöcher (3.10) an der Radschüssel (3) vorgesehen sind (s. obere Reihe, linke Momentaufnahme). Die mittige Momentaufnahme in der oberen Reihe zeigt eine Rad- schüsselvorform (1‘) nach einem Kaltumformen in einer nicht dargestellten Vorrichtung. Das Kaltumformen ist nicht auf einen Schritt (einstufig), wie in dieser Ausführung gezeigt, respek- tive in einer Vorrichtung beschränkt, vielmehr kann das Kaltumformen auch in mehreren Schritten (mehrstufig) insbesondere auch in mehreren Vorrichtungen umgesetzt werden. Nach dem Kaltumformen weist die Radschüsselvorform (1‘) zumindest eine Vorform der Speichen (1‘.4) mit jeweils einer Kragen bereichvorform (1‘.43) auf. Die Kragenbereichvorform (1‘.43) wurde mit einer Kragenhöhe (1‘.42) von mindestens 20%, insbesondere von mindestens 30%, vorzugsweise von mindestens 40% bezogen auf die maximale Kragenhöhe (3.42), vgl. Fig. 2d), vorgeformt. Die eingebrachten Entlastungslöcher (1.1 ) wirkten sich positiv auf den Mate- rialfluss während des Kaltumformens aus.
Ist die Radschüsselvorform (1‘) erstellt, wird sie mittels geeigneten Mitteln (nicht dargestellt), beispielsweise in einem Durchlaufofen, zumindest teilweise oder vollständig auf eine Tempe- ratur von mindestens ACi, vorzugsweise von mindestens AC3, erwärmt bzw. durchwärmt, wo bei die warme Radschüsselvorform (1‘) anschließend zumindest bereichsweise warm umge- formt und/oder zumindest teilweise pressgehärtet wird. Andere Mittel zur Erwärmung, wie bei- spielsweise radiativ, konduktiv, induktiv, einzeln oder in Kombination, können ebenfalls zur An- wendung kommen. Die zumindest bereichsweise Warmumformung mit zumindest bereichs- weise Presshärten erfolgt in dieser Ausführung in zwei Schritten respektive in zwei nicht dar- gestellten Vorrichtungen, wobei im ersten Schritt eine Warmformung stattfindet und die war- me Radschüsselvorform (1‘) lediglich warm ausgeformt und wie in der rechten Momentauf- nahme in der oberen Reihe gezeigt, der Mittenbereich (3.7) der zu erzeugenden Radschüssel (3) respektive die Vorform der Speichen (1‘.4) weiter ausgeformt wurde, um zu einer Zwischen- form (2.4) gelangen. Neben des Vorformens der in radialer Längserstreckung zu erstellenden Speichen (3.4) sind auch bereits im Innenbereich (3.6) der zu erstellenden Radschüssel (3) Konturen mit einer moderat vorgeformten Anbindungssitzfläche der zu erzeugenden Anbin- dungslöcher (3.3) angedeutet.
Die noch im warmen Zustand befindliche Zwischenform (2) der zu erstellenden Radschüssel (3) wird in einem zweiten Schritt respektive in einer zweiten nicht dargestellten Vorrichtung, beispielsweise in einem Presshärtewerkzeug, zumindest teilweise pressgehärtet oder, insbe- sondere in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug, (weiter) warm umgeformt und zu- mindest teilweise pressgehärtet. Die nicht dargestellte Vorrichtung weist die Kontur respekti- ve Geometrie der Radschüssel (3) auf, wobei durch entsprechendes Einwirken der Wirkflä chen der Vorrichtung die noch warme Zwischenform (2) in eine zumindest teilweise pressge- härteten Radschüssel (3) überführt wird. Durch das zumindest teilweise Presshärten entsteht zumindest teilweise in der Radschüssel (3) ein Härtegefüge, durch welches eine hohe Maß- haltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung sowie Betriebsfestigkeit erreicht werden kann. Die nicht dargestellte Vorrichtung (Warmumform-/Presshärtewerkzeug) kann Mittel zur akti ven und/oder passiven Kühlung aufweisen, insbesondere um eine Werkzeugerwärmung zu vermeiden und ein zumindest teilweises Presshärten der Radschüssel (3) sicherzustellen. Die Zwischenform (2) verbleibt für eine bestimmte Zeit in der Vorrichtung und wird insbesondere nach Erreichen einer Temperatur, insbesondere wenn alle Umwandlungsvorgänge (Bainit und/oder Martensit) im Wesentlichen abgeschlossen sind und das gewünschte Gefüge in der Radschüssel (3) eingestellt ist, insbesondere nach Erreichen der MrTemperatur, wieder ent- nommen. Zumindest die Vorform der Speichen mit der Kragenbereichvorform wurde in eine vorläufige Speichenform (2.4) mit vorläufigem Kragenbereich (2.43) überführt respektive ge- formt. Des Weiteren hat auch der Innenbereich (3.6) der Radschüssel, sowie die Anbindungs- sitzfläche der erstellenden Anbindungslöcher (3.3) weiter Form angenommen bzw. wurden entsprechend ausgeformt respektive endgeformt, vgl. rechte Momentaufnahme in der unteren Reihe.
Zur Erzeugung der Endgeometrie der Speichen (3.4) und der Belüftungslöcher (3.9) an der Radschüssel (3) erfolgt ein zumindest abschnittsweiser Beschnitt im vorläufigen Kragenbe- reich (2.43) der Radschüssel (3). Mit einem nicht dargestellten Beschnittmittel, vorzugsweise mittels eines Lasers wird der vorläufige Kragenbereich (2.43) beschnitten, so dass großflächi- ge Belüftungslöcher (3.9) und filigrane Speichen (3.4) erzeugt werden können. Durch den La- ser kann gezielt einer vorgegebenen Beschnittkontur gefolgt werden, wodurch ein anspruchs- volles Design zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren findet vorzugsweise mittels Laser eine weitere Bearbeitung des Innenbereichs (3.6) der Radschüssel (3) statt, in welchem die finale Lochgeometrie des Zentrallochs (3.5) wie auch der Anbindungslöcher (3.3) erzeugt wird, s. linke Momentaufnahme in der unteren Reihe. Anschließend kann die Radschüssel (3) weiteren Schritten zugeführt werden, wie zum Beispiel eines optionalen weiteren Beschnitts und/oder einer optionalen Strahlbehandlung der Oberfläche zur eventuellen Entfernung eines entstandenen Zunders auf der Radschüssel (3) und der Anbindung an einen Felgenring (4) zur Herstellung eines Fahrzeugrades (5) mit optional anschließender kathodischer Tauchla- ckierung (KTL) zur Einstellung eines vorgegebenen Korrosionsschutzes.
Figuren 2a) bis 2c) zeigen ein Ablaufschema zur Herstellung einer Radschüssel (3) gemäß ei- ner zweiten Ausführung in Form von Momentaufnahmen in perspektivischer Darstellung. Fig. 2a) zeigt eine Radschüsselvorform (T) als Momentaufnahme in einer perspektivischen Dar- Stellung nach einem Kaltumformen in einem Schritt respektive in einer nicht dargestellten Vor- richtung, wobei als Halbzeug vorzugsweise eine ebene Stahlblech-Platine aus einem härtba- ren Stahlwerkstoff bereitgestellt wird. Die Blechdicke liegt zwischen 2,5 und 10 mm, wobei das härtbare Stahlblech einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,08 Gew.-% hat. Vor, während oder nach dem Kaltumformen ist ein Zentralloch (1‘.3) eingebracht worden. Nach dem Kaltum- formen weist die Radschüsselvorform (1‘) zumindest eine Vorform der Speichen (1‘.4) mit je- weils einer Kragenbereichvorform (1‘.43) auf. Die Kragenbereichvorform (1‘.43) wurde mit ei- ner Kragenhöhe (1‘.42) von mindestens 20%, insbesondere von mindestens 30%, vorzugs- weise von mindestens 40% bezogen auf die maximale Kragenhöhe (3.42) vorgeformt. Des Weiteren sind auch bereits im Innenbereich (3.6) der zu erstellenden Radschüssel (3) Kontu- ren mit einer moderat vorgeformten Anbindungssitzfläche der zu erzeugenden Anbindungslö- cher (3.3) angedeutet.
Nach dem Kaltumformen erfolgt das Einbringen von Löchern (1‘.1 ), wobei in die Vorform der Speichen (1‘.4) jeweils ein erstes Loch (1‘.1 ), welches eine im Wesentlichen ovale Form auf- weist und aus einer Speiche (1‘.4) jeweils ein Speichenpaar (1‘.4) ausbildet, und jeweils ein zweites Loch (1‘.1 ) auf dem Umfang zwischen den Speichen (1‘.4), welches die Speichen (1‘.4) respektive Speichenpaare (1‘.4) voneinander beabstandet und eine im Wesentlichen dreieckförmige Form aufweist, eingestanzt werden. Das Lochen/Stanzen erfolgt beispielswei- se in einer separaten, nicht dargestellten Vorrichtung, welches vorzugsweise mit mechani- schen Beschnittmitteln bestückt ist, vgl. Momentaufnahme in Fig. 2b).
Die Radschüsselvorform (1‘) wird mittels geeigneten Mitteln (nicht dargestellt), beispielsweise in einem Durchlaufofen, zumindest teilweise oder vollständig auf eine Temperatur von min- destens ACi , vorzugsweise von mindestens AC3, erwärmt bzw. durchwärmt, wobei die warme Radschüsselvorform (1‘) anschließend zumindest bereichsweise warm umgeformt und zumin- dest teilweise pressgehärtet wird. Andere Mittel zur Erwärmung, wie beispielsweise radiativ, konduktiv, induktiv, einzeln oder in Kombination, können ebenfalls zur Anwendung kommen. Die warme Radschüsselvorform (T) wird in einer nicht dargestellten Vorrichtung, insbeson- dere in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug, zumindest abschnittsweise warm um- geformt und zumindest teilweise pressgehärtet wird. Die nicht dargestellte Vorrichtung weist die Kontur respektive Geometrie der Radschüssel (3) auf, wobei durch entsprechendes Ein- wirken der Wirkflächen der Vorrichtung die warme Radschüsselvorform (T) in eine zumindest teilweise pressgehärteten Radschüssel (3) überführt wird. Durch das zumindest teilweise Presshärten entsteht zumindest teilweise in der Radschüssel (3) ein Härtegefüge, durch wel- ches eine hohe Maßhaltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung sowie Betriebsfestigkeit erreicht werden kann. Die Vorrichtung (Warmumform- und Presshärtewerkzeug, nicht darge- stellt) kann Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung aufweisen, insbesondere um eine Werkzeugerwärmung zu vermeiden und ein zumindest teilweises Presshärten der Radschüs- sel (3) sicherzustellen. Die Radschüsselform (1‘) verbleibt für eine bestimmte Zeit in der Vor- richtung und wird insbesondere nach Erreichen einer Temperatur, insbesondere wenn alle Umwandlungsvorgänge (Bainit und/oder Martensit) im Wesentlichen abgeschlossen sind und das gewünschte Gefüge in der Radschüssel (3) eingestellt ist, insbesondere nach Erreichen der MrTemperatur, wieder entnommen. Zumindest die Vorform der Speichen mit der Kragen- bereichvorform wurde in eine vorläufige Speichenform (2.4) mit vorläufigem Kragenbereich (2.43) überführt, vgl. Momentaufnahme in Fig. 2c).
Zur Erzeugung der Endgeometrie der Speichen (3.4) und der Belüftungslöcher (3.9, 3.10) an der Radschüssel (3) erfolgt ein zumindest abschnittsweiser Beschnitt im vorläufigen Kragen- bereich (2.43) der Radschüssel (3). Mit einem nicht dargestellten Beschnittmittel, vorzugswei- se mittels eines Lasers wird der vorläufige Kragenbereich (2.43) beschnitten, so dass großflä- chige Belüftungslöcher (3.9, 3.10) und filigrane Speichen (3.4) erzeugt werden können. Durch den Laser kann gezielt einer vorgegebenen Beschnittkontur gefolgt werden, wodurch ein an- spruchsvolles Design bereitgestellt werden kann. Des Weiteren findet vorzugsweise mittels Laser eine Bearbeitung des Innenbereichs (3.6) der Radschüssel (3) statt, in welchem die fi- nale Lochgeometrie der Anbindungslöcher (3.3) erzeugt wird, s. Momentaufnahme in Fig. 2d) Anschließend kann die Radschüssel (3) weiteren Schritten zugeführt werden, wie zum Bei- spiel eines optionalen weiteren Beschnitts und/oder einer optionalen Strahlbehandlung der Oberfläche zur eventuellen Entfernung eines entstandenen Zunders auf der Radschüssel (3) und der Anbindung an einen Felgenring (4) zur Herstellung eines Fahrzeugrades (5) mit op- tional anschließender kathodischer Tauchlackierung (KTL) zur Einstellung eines vorgegebe- nen Korrosionsschutzes.
In Figur 2d) ist eine Draufsicht auf eine Radschüssel (3) gemäß der zweiten Ausführung ge- zeigt. Die Draufsicht entspricht der Darstellung der sogenannten Hinterseite der Radschüssel (3), welche im montierten Zustand nicht sichtbar ist. Die Radschüssel (3) weist einen Außen- bereich (3.8) mit einem zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig umlaufenden Radschüssellappen (3.81 ), welcher zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring (4) zur Bildung eines Fahrzeugrades (5) vorgesehen ist, einen Innenbereich (3.6) mit einem Radanlagebereich (3.1 ), in welchem mehrere Anbindungslöcher (3.3), insbe- sondere mit einer Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche, zur Aufnahme von Befesti- gungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) vorgesehen sind, und einen den Außen- (3.8) und den Innenbereich (3.6) verbindenden Mittenbereich (3.7), in welchem mehrere Speichen (3.4) in radialer Ausrichtung auf dem Umfang der Radschüssel (3) verteilt und über Belüftungslöcher (3.9, 3.10) voneinan- der beabstandet vorgesehen sind, auf.
Der Radschüssellappen (3.81 ) kann im Zuge des Kaltumformung zur Erstellung der Radschüs- selvorform (1‘) und/oder im Zuge der Warmumformung zur Erstellung der Radschüssel (3) als Teil des Außenbereichs (3.8) abgestellt worden sein. Die Lochgeometrie und/oder Anbin- dungssitzfläche der Anbindungslöcher (3.3) können im Innenbereich (3.6) im Zuge der Kal- tumformung zur Erstellung der Radschüsselvorform (T) und/oder im Zuge der Warmumfor- mung zur Erstellung der Radschüssel (3) ausgeformt werden. Das Zentralloch (3.5), welches insbesondere von den Anbindungslöchern (3.3) umgeben ist, kann einen abgewinkelten Flansch (3.51 ) beispielsweise in Form eines Kragens, abschnittsweise oder vollständig um- laufend um das Zentralloch (3.5) aufweisen. Vorzugsweise die Form der Belüftungslöcher (3.9, 3.10) kombiniert mit der Ausgestaltung der Speichen (3.4) kann Einfluss auf die Designgestal- tung nehmen.
Des Weiteren zeigt Fig. 2d) eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A quer zur radialen Längserstreckung einer Speiche (3.4), wobei die Speiche (3.4) mindestens einen Kragen (3.41 ) mit einer in radialer Längserstreckung der Speiche maximalen Kragenhöhe (3.42) auf- weist.
Figur 3 zeigt ein skizziertes Ablaufschema zur Herstellung eines Fahrzeugrades (5), wobei zu- nächst eine erfindungsgemäß hergestellte Radschüssel (3) und ein Felgenring (4) bereitge- stellt werden. Der Felgenring (4) kann aus einem Halbzeug aus Stahlblech bestehen, welcher durch Kaltumformen und/oder Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten herge- stellt ist. Die Radschüssel (3) wird Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an den Felgenring (4) zur Bildung eines Fahrzeugrades (5) 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 sind Fahrzeugräder bevorzugt für Personenfahrzeuge mit anspruchsvollem Design herstellbar. Die einzelnen in den jeweiligen Ausführungsbeispie- len gezeigten Merkmale sind auch untereinander bzw. miteinander kombinierbar. Die Rad- schüssel (3) kann vollständig oder nur teilweise pressgehärtet sein, beispielsweise nur im In- nenbereich (3.6) und Mittenbereich (3.7) der Radschüssel (3). Vorzugsweise erfolgt im Außen- bereich (3.8) der Radschüssel (3) respektive am Radschüssellappen (3.81 ), welcher insbe- sondere zur zumindest stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring (4) dient, kein Press- härten, um bei der Herstellung eines Fahrzeugrades (5) insbesondere beim stoffschlüssigen Fügen der Radschüssel (3) an den Felgenring (4) eine Ausbildung einer Erweichungszone zu vermeiden. Der Felgenring (4) kann entweder vollständig, teilweise oder gar nicht pressgehär- tet sein.
Die einzelnen Formgebungsschritte Lochen/Stanzen, Kaltumformen, Warmumformen kombi- niert mit zumindest teilweise Presshärten kann jeweils in einem als auch in mehreren Schrit- ten bzw. jeweils in einem oder mehreren Vorrichtungen (Werkzeugen) erfolgen, jeweils ab- hängig vom Grad der Komplexität sowie des zu erstellenden Designs. Der Radschüssellap- pen im Außenbereich der zu erzeugenden Radschüssel wird vorzugsweise während der Kal- tumformung erzeugt bzw. abgestellt. Die hergestellten Fahrzeugräder (5) werden bevorzugt in Personenkraftwagen, ob mit Ver- brennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, verwendet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel (3), aufweisend einen Außenbereich (3.8) mit einem zumindest abschnittsweise umlaufenden Radschüssellappen (3.81 ), wel- cher zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring (4) zur Bildung eines Fahrzeugrades (5) vorgesehen ist, einen Innenbereich (3.6) mit einem Radanlagebereich (3.1 ), in welchem mehrere Anbindungslöcher (3.3) zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades (5) an eine Rad- nabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind, und einen den Außen- (3.8) und den Innen- bereich (3.6) verbindenden Mittenbereich (3.7), in welchem mehrere Speichen (3.4) in radialer Ausrichtung auf dem Umfang der Radschüssel (3) verteilt und über Belüftungs- löcher (3.9, 3.10) voneinander beabstandet vorgesehen sind, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Halbzeugs (1 ) aus einem härtbaren Stahlblech,
Kaltumformen des Halbzeugs (1 ) zu einer Radschüsselvorform (1‘), wobei die Radschüsselvorform (1‘) zumindest eine Vorform der Speichen (1‘.4) mit jeweils einer Kragen bereichvorform (1‘.43) aufweist,
zumindest teilweises oder vollständiges Erwärmen der Radschüsselvorform (1‘) auf eine Temperatur von mindestens ACi und anschließendes zumindest bereichs- weise Warmumformen und/oder zumindest teilweisen Presshärten zu einer Rad- schüssel (3), wobei zumindest die Vorform der Speichen (T.4) mit der Kragenbe- reichvorform (T.43) in eine vorläufige Speichenform (2.4) mit vorläufigem Kragen- bereich (2.43) überführt wird,
zumindest abschnittsweiser Beschnitt im vorläufigen Kragenbereich (2.43) der Radschüssel (3) zur Erzeugung der Endgeometrie der Speichen (3.4) und/oder der Belüftungslöcher (3.9, 3.10) an der Radschüssel (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Halbzeug (1 ) als ebene Stahlblech-Platine be- reitgestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Blechdicke des Halb- zeugs (1 ) zwischen 2,5 und 10 mm liegt, insbesondere maximal 8 mm, vorzugsweise maximal 6 mm beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Beschnitt mittels Laser durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Speichen (3.4) jeweils mindestens einen Kragen (3.41 ) mit einer in radialer Längserstreckung der Speichen (3.4) maximalen Kragenhöhe (3.42) aufweisen, wobei eine Vorform der Speichen (1‘.4) mit jeweils einer Kragen bereich vorform (1‘.43) erzeugt und die Kragenbereichvorform (1‘.43) mit einer Kragenhöhe (1‘.42) von mindestens 20%, insbesondere von mindes- tens 30%, vorzugsweise von mindestens 40% bezogen auf die maximale Kragenhöhe (3.42) vorgeformt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei im Mittenbereich (3.7) der zu erzeugenden Radschüssel (3) vor, während oder nach dem Kaltumformen vorläufi- ge Löcher (1.1 , 1‘.1 , 1‘.3) eingebracht werden, vorzugsweise welche im Bereich der zu erzeugenden Belüftungslöcher (3.9, 3.10) vorgesehen sind.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei im Innenbereich (3.6) der zu erzeugenden Radschüssel (3) vor, während oder nach dem Kaltumformen ein Zen- tralloch (3.5) und/oder mehrere Anbindungslöcher (3.3) eingebracht werden.
8. Verfahren nach einem der einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Innenbereich (3.6) der Radschüssel (3) während oder nach dem zumindest bereichsweise Warmumfor- men mit zumindest teilweisen Presshärten ein Zentralloch (3.5) und/oder mehrere An- bindungslöcher (3.3) eingebracht werden.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das härtbare Stahlblech einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,08 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,22 Gew.-% hat.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Bereich an der Rad- schüssel (3), insbesondere der Radschüssellappen (3.81 ) an der Radschüssel (3) nicht pressgehärtet wird.
1 1. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades (5), wobei eine Radschüssel (3) und ein Felgenring (4) bereitgestellt werden, wobei die Radschüssel (3) Stoff-, kraft- und/ oder formschlüssig an den Felgenring (4) angebunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschüssel (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
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