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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radfelge
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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In
dem Patent
US 5 579 578 wird
ein Verfahren zur Herstellung einer Radfelge für Kraftfahrzeuge mit den Verfahrensschritten
des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart.
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In
diesem Patent wird darauf hingewiesen, dass die Durchführung der
Verfahrensschritte des Drückwalzens
vor den Verfahrensschritten des Profilierens durch Rollformen es
ermöglicht,
eine Radfelge mit guten Fertigungstoleranzen zu erhalten.
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Die
Verfahrensschritte, in denen das Rundblech einer Radfelge drückgewalzt
wird, können
jedoch zu Erzeugung von Rundblechen führen, deren axiale Breite entlang
des Umfangs des Rundblechs variieren kann. Man kann auch Mängel hinsichtlich der
Rechtwinkligkeit zwischen der Ebene, die durch den Rand des Rundblechs
definiert wird, und der Ebene, die durch die Achse des Rundblechs
definiert wird, beobachten. Diese Maßabweichungen und Fehler können in
den folgenden Verfahrensschritte des Rollformens des Rundblechs
Instabilitäten
hervorrufen, sie können
lokal auch das Anbringen von Auswuchtgewichten an den Rädern erschweren.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer
Radfelge, durch das Produktionsschwankungen bei der Herstellung der
Radfelgen deutlich verringert werden. Dieses Verfahren ermöglicht es
auch, Räder
mit einem geringeren Gewicht herzustellen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Radfelge aus einem Metallblech für ein Kraftfahrzeug
ist in Anspruch 1 definiert.
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Das
Abschneiden mindestens eines seitlichen Randes vom Rundblech senkrecht
zur Achse des Rundblechs nach dem zylindrischen Drückwalzen
bringt den Vorteil mit sich, dass die wulstartige Verdickung der
beiden Ränder
der fertigen Felge ganz oder teilweise beseitigt werden kann, wodurch das
Endgewicht der Felge verringert wird. Es muß hervorgehoben werden, dass
die bei einem Drückwalzen
erfolgende Verringerung der Dicke die beiden seitlichen Ränder des
Rundblechs nicht mit erfassen kann. Die Dicke der Ränder ist
demnach notwendigerweise identisch mit der Dicke des als Ausgangsmaterial
verwendeten Metallzuschnitts. Mit diesem Verfahrensschritt kann
außerdem
gewährleistet
werden, dass der Rand des Rundblechs sehr eben ist und dass diese
Ebene senkrecht zur Achse des Rundblechs ist.
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Das
Abschneiden kann auf der Innenseite der Felge durchgeführt werden
(d.h. auf der Seite, die dafür
vorgesehen ist, in Richtung der Innenseite des Kraftfahrzeuges angeordnet
zu werden). Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Dicke des
Innenhorns der Felge verringert wird, bei dem es sich um das Horn
handelt, das Schlägen
weniger stark ausgesetzt ist als das Außenhorn.
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Das
Abschneiden kann auch beide seitlichen Ränder des Rundblechs betreffen.
Der Vorteil besteht dann darin, dass das Felgengewicht maximal verringert
wird und dass eine hervorragende Ebenheit der seitlichen Ränder des
Rundblechs sowie eine bemerkenswerte Gleichmäßigkeit der axialen Breite
des Rundblechs erreicht werden.
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Man
kann ausschließlich
ein Teil des nicht drückgewalzten
Bereichs vom Rand der Rundblechs abschneiden, in diesem Fall erhält man alle
Vorteile, die mit der geometrischen Genauigkeit des erhaltenen Rundblechs
verbunden sind, die Gewichtsabnahme ist aber begrenzt.
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Man
kann aber auch mindestens ein Teil des drückgewalzten Bereichs vom Rand
des Rundblechs abschneiden. Die fertige Felge weist dann eine besonders
deutliche Gewichtsverbesserung auf.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
außerdem
die Position der Übergangsbereiche zwischen
drückgewalzten
Bereichen und dem Rand des Rundblechs eingestellt werden. Hierdurch
wird die Einhaltung der zulässigen
Fertigungstoleranzen auf den Seiten der fertigen Felge verbessert.
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Im
Folgenden werden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Hilfe der
beigefügten
Zeichnung beschrieben, in der:
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1 einen
Schnitt durch ein herkömmliches
Rad mit Zusammenbau unter dem Montagebett ist;
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2 die
verschiedenen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
eines Rades darstellt;
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die 3, 4 und 5 schematisch
die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
einer Felge veranschaulichen;
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6 schematisch
einen ersten Fehlertyp darstellt, der nach den Drückwalzschritten
angetroffen wird;
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7 schematisch
einen zweiten Fehlertyp darstellt, der nach den Drückwalzschritten
angetroffen wird;
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8 schematisch
einen dritten Fehlertyp darstellt, der nach den Drückwalzschritten
angetroffen wird;
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9 schematisch
ein Detail eines ersten Rundblechs, das dem Horn der Felge entspricht, nach
den Drückwalzschritten
sowie das Teil der Felge wiedergibt, das daraus nach dem Profilieren
entsteht;
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10 schematisch
ein Detail eines zweiten Rundblechs, das dem Horn der Felge entspricht, nach
den Drückwalzschritten
sowie das Teil der Felge veranschaulicht, das daraus nach dem Profilieren entsteht;
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11 schematisch
ein Detail eines dritten Rundblechs, das dem Horn der Felge entspricht, nach
den Drückwalzschritten
sowie das Teil der Felge veranschaulicht, das daraus nach dem Profilieren entsteht.
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In 1 ist
ein Teilausschnitt eines herkömmliche
Rades aus Stahlblech dargestellt. Dieses Rad umfaßt eine
Felge 2 und eine Radscheibe 3. Diese Figur zeigt
die Mittelebene des Rades oder die Ebene P. Diese Ebene weist den
gleichen Abstand zu den beiden Hörner
der Felge auf. Die axial inneren und äußeren Positionen werden definiert,
indem die Mittelebene P als Bezugsebene genommen wird.
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Die
Felge weist ein äußeres Felgenhorn 4, eine äußere Sitzfläche 5,
einen Sicherheitsbuckel oder "Hump" 6, ein
Montagetiefbett 7, eine innere Sitzfläche 9 und ein inneres
Felgenhorn 10 auf. Die Radscheibe 3 umfaßt eine
Radanlagefläche 11,
einen Übergangsbereich 12 und
eine Montagekante 13. Der Zusammenbau erfolgt durch Einpressen
der Radscheibe unterhalb des Montagebetts 7.
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In
dieser Figur sieht man auch die Drehachse A des Rades.
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Im
Folgenden werden die gleichen Bezugszeichen für entsprechende Teile von erfindungsgemäßen Rädern verwendet.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung von Radfelgen wird in 2 veranschaulicht.
Zu Beginn wird ein Zuschnitt aus einem Metallblech (nicht dargestellt)
aus Stahl, Aluminium oder einer Legierung gebogen, um ihm eine im
allgemeinen zylindrische Form eines Rundblechs 14 mit zwei
freien Rändern
zu geben. Anschließend
wird das Rundblech 14 mit Hilfe eines Schweißverfahrens
durch Funkenerosion, Widerstandsschweißen oder dgl. verschweißt. Dieses
Rundblech 14 weist eine konstante Dicke auf (3).
Das Rundblech 14 wird anschließend, vorzugsweise, unter Ausdehnung
mit Hilfe eines Kalibrierwerkzeugs kalibriert, das in 4 schematisch
dargestellt wird. Die Dehnung erfolgt durch das Verschieben eines
Spreizwerkzeugs, das den Abstand zwischen zwei Segmenten 16 vergrößert, um
die das Rundblech 14 installiert ist. 5 veranschaulicht
den darauf folgenden Schritt, der darin besteht, durch zylindrisches
Drückwalzen
das gewünschte
Flachprofil für
die erfindungsgemäßen Felgen
zu erhalten. Das verwendete Drückwalzverfahren
besteht aus einem Druckwalzen im Gegenlauf. Das Rundblech 14 wird
auf einem Dorn 17 montiert und gegen eine Wand des Systems 18 zur
Fixierung des Rundblechs 14 gedrückt. Der Dorn 17 wird
dann in Rotation versetzt, und mindestens zwei Rändelrollen rollen in den Bereichen über die
radial äußere Oberfläche des
Rundblechs 14, deren Dicke verringert werden soll. Bezogen
auf den Dorn 17 werden die Rändelrollen 19 axial
in Richtung X der Achse verschoben, wobei eine radiale und tangentiale
Kraft so einwirkt, dass es zu einem Materialfluß in Y-Richtung kommt. Dieser Materialfluß erfolgt
in entgegengesetzter Richtung zur Verschiebung der Rändelrollen 19. 5 veranschaulicht
schematisch das erhaltene Rundblech 20 mit variierendem
Profil.
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Mit
dem Drückwalzverfahren
im Gegenlauf ist es nicht möglich,
die Dicke des gesamten Rundblechs zu verringern. Man ist gezwungen,
auf jeder Seite des Rundblechs einen nicht drückgewalzten Bereich stehen
zu lassen: auf der Seite, von der aus die Rändelrollen angreifen, würde eine
Destabilisierung des Rundblechs und eine Beschädigung der Rändelrollen
riskiert; auf der Seite der Befestigungsvorrichtung, gegen die das
Rundblech gedrückt
wird, muß ein
Bereich mit einer axialen Breite Lmini gelassen
werden, damit die Vorrichtung den Rand des Rundblechs einspannen
und ihn während
des Drückwalzens
in Rotation versetzen kann.
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6 veranschaulicht
einen ersten Fehler, den das Rundblech 20 nach den Drückwalzschritten zeigen
kann. Dieser Fehler entspricht lokalen Schwankungen der axialen
Breite des Rundblechs 20. Diese Schwankungen werden vor
allem auf der Seite beobachtet, auf der die Rändelrollen angreifen. Der Rand 24 ist
nicht perfekt zylindrisch, sondern weist lokale Schwankungen der
axialen Position auf. Diese Schwankungen wirken sich automatisch
auf das Felgenprofil aus. So kann es Schwankungen des Profils des
Randes der Felgenhörner
geben, die lokal das Anordnen oder Befestigen von Auswuchtgewichten
schwierig gestalten können.
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Die
Durchführung
eines Verfahrensschrittes, in dem die beiden Ränder des Rundblechs nach den Drückwalzschritten
abgeschnitten werden, ermöglicht
es, eine konstante Breite des Rundblechs an allen Punkten des Rundblechs
zu gewährleisten.
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7 veranschaulicht
einen zweiten Fehler, der beobachtet werden kann: einen Fehler in
der Rechtwinkligkeit zwischen der Ebene, die durch den Rand 24 des
Rundblechs definiert wird, und der Ebene, die durch die Achse des
Rundblechs 20 definiert wird. Der Winkel α zwischen
diesen beiden Ebenen kann einen Wert von 1 bis 2 Grad erreichen.
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Die
Durchführung
eines Verfahrensschrittes, in dem ein Rand des Rundblechs nach den
Drückwalzschritten
abgeschnitten wird, ermöglicht
es, die Rechtwinkligkeit zwischen der Ebene, die durch diesen Rand
des Rundblechs definiert wird, und der Achse dieses Rundblechs zu
gewährleisten.
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8 veranschaulicht
einen dritten Fehler. In dieser Figur sieht man ein Teilprofil von
zwei Rundblechen 25 und 26. Diese beiden Profile
sind im wesentlichen identisch mit Ausnahme der Länge der nicht
drückgewalzten
Bereiche auf der Seite, die an den Dorn stößt (auf der linken Seite der
Figur). Diese Bereiche, 27 für das Rundblech 25 und 28 für das Rundblech 26,
unterscheiden sich um eine Länge
d. Dieser Unterschied wird durch eine Variation der Dicke des als
Ausgangsmaterial verwendeten Zuschnitts zwischen den beiden Rundblechen
verursacht. Das Rundblech 26 entsteht aus einem als Ausgangsmaterial
verwendeten Zuschnitt, dessen Dicke größer ist als die Dicke des Rundblechs 25.
Ungeachtet dieser unterschiedlichen Anfangsdicke ist das Profil
der beiden Rundbleche nach dem Druckwalzen im wesentlichen identisch,
denn die relative Verschiebung der Rändelrollen ist mit dem axialen
Anwachsen der drückgewalzten
Bereiche verbunden. Umgekehrt ist für eine gleiche axiale Breite
der effektiv drückgewalzte
Bereich für
ein Rundblech mit einer größeren Dicke
axial kleiner. Für
eine Felge eines PKW-Rades mit einem Durchmesser von 15 Zoll (381
mm) kann eine Änderung
der Dicke von 0,05 mm zu einer Änderung
der axialen Breite des nicht drückgewalzten
Bereichs auf der anstoßenden
Seite von 5 mm führen.
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Dieses
Problem wird behoben, indem ein charakteristischer Punkt R im Profil
des Rundblechs nach den Drückwalzschritten
als Bezugspunkt genommen wird, um die Position der Ebenen D1 und D2 zum Abschneiden
der Ränder
des Rundblechs zu definieren. Dieser Punkt R wird vorteilhaft angrenzend an
einen Bereich mit variierender Dicke und einen Bereich mit konstanter
Dicke genommen, wie es in 8 veranschaulicht
wird. Konkret wird ein System zur Profilkontrolle verwendet, um
von Fall zu Fall die Position der Schneidebene oder die Position
der beiden Schneidebenen festzulegen. Es muß darauf hingewiesen werden,
dass es nicht möglich
ist, den Rand des Rund blechs auf der Seite, auf der die Rändelrollen
angreifen, als Bezugspunkt zu nehmen, weil dieser Rand der Rand
ist, der am empfindlichsten auf Schwankungen und Abweichungen reagiert,
worauf bereits hingewiesen wurde.
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9(a) veranschaulicht schematisch das Profil eines
der Enden des Rundblechs 20 nach dem Drückwalzen. Dieses Profil umfaßt einen äußeren Bereich 21,
der nicht drückgewalzt
ist, mit der axialen Breite Lmini und der
Dicke e, die der Dicke des als Ausgangsmaterial verwendeten Zuschnitts
entspricht, einen Übergangsbereich 22,
in dem die Dicke nach und nach abnimmt, und einen Bereich 23 mit
einer verringerten Dicke e1. 9(b) zeigt das Profil des äußeren Randes der Felge, die
nach den Verfahrensschritten resultiert, die aus dem Profilieren
durch Rollformen bestehen. Der erste Bereich 21 entspricht dem
Rand 31 des Felgenhorns 4, der Bereich mit verringerter
Dicke 23 dem Felgensitz 5 und dem Beginn 29 des
Horns, und der Übergangsbereich 22 dem Zwischenbereich 30.
Das Horn weist somit drei aneinander grenzende Bereiche auf: den
Bereich 29 mit einer verringerten Dicke, der mit dem Bereich
des Sitzes 5 übereinstimmt,
den Übergangsbereich 30,
dessen Dicke nach und nach zunimmt, und den Bereich 31 mit
der Dicke e, die identisch ist mit der Dicke des als Ausgangsmaterial
verwendeten Zuschnitts.
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Das
Horn 4 in 9(b) weist somit eine wulstartige
Verdickung auf, die in Abhängigkeit
vom betreffenden Radtyp erforderlich oder nicht erforderlich sein
kann.
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Die 10 und 11 zeigen
zwei Formen von Hörnern,
die das Ergebnis von zwei verschiedenen Schneidvorgängen sind.
Im Fall von 10 liegt die Schneidebene D
axial in einem Abstand L von der Schnittstelle zwischen dem nicht
drückgewalzten
Bereich 21 mit einer Dicke e und dem Übergangsbereich 22 mit
einer Dicke, die von e auf e1 abnimmt. Hieraus
resultiert, dass das Horn 4 nach dem Schneidvorgang einen
verkleinerten Bereich 32 mit einer Dicke e aufweist. Die
Felge weist somit ein verringertes Gewicht auf.
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In 11 liegt
die Schneidebene in dem Bereich 23, der einem Drückwalzen
unterzogen worden ist, um dessen Dicke von e auf e1 zu
senken. Das nach den Profilierungsschritten resultierende Horn hat
demnach über
seine gesamte Länge
eine konstante Dicke. Die Gewichtsabnahme ist demnach maximal.
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Es
muß darauf
hingewiesen werden, dass für die
Verbesserung der Klarheit der 9 bis 11 deren
Maßstab
in einer Richtung senkrecht zur Achse des Rundblechs fünfmal größer ist
als der Maßstab
in der Richtung der Achse des Rundblechs.
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Das
Abschneiden des Randes vom Rundblech kann durch jedes geeignete
Verfahren erfolgen, insbesondere durch Drehen oder Schneiden mit einem
Quetschmesser.
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Nach
den Arbeitsgängen,
in denen das Rundblech durch Rollformen profiliert wird, werden die
so erhaltenen Felgen kalibriert, anschließend werden geeignete Radscheiben
eingepresst.
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2 umfaßt einen
Verfahrensschritt, in dem der Einpressbereich der Felge nachbearbeitet wird.
Dieser Schritt ist optional. Dieser Schritt dient dazu, die zylindrische
Geometrie des Einpressbereichs im Fall eines komplizierten Zusammenbaus
zu vervollkommnen.