-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad.
-
Technischer Hintergrund
-
Um den Energiebedarf von Fahrzeugen zu senken, sollen rotierende, ungefederte Massen wie beispielsweise Fahrzeugräder möglichst gering gehalten werden. Dies gilt insbesondere bei batterieelektrischen Fahrzeugen, die im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren typischerweise geringere Reichweiten aufgrund der beschränkten Akku-Kapazität aufweisen. Um dies zu erreichen, werden unter anderem Rundlöcher oder Formlöcher in Radschüsseln der Räder eingebracht, um das Gewicht der Räder zu reduzieren. Ein weiterer Effekt hierbei ist auch die bessere Kühlung der Bremsscheiben. Da die eingebrachten Löcher oder Öffnungen Schnittkanten in der Radschüssel hinterlassen, haben diese einen Einfluss auf die Betriebsfestigkeit, so dass die Wandstärke der Radschüssel so dimensioniert werden muss, dass über die Lebensdauer des Fahrzeuges keine Risse von diesen Schnittkanten ausgehen.
-
Fahrzeugräder aus Stahlblech bestehen üblicherweise aus einer Radschüssel und einer Felge. In die Radschüssel werden zahlreiche Löcher eingebracht (z.B. für Radbefestigung und zur Bremsenbelüftung), die aufgrund ihrer Kerbwirkung zu einer lokalen Spannungsüberhöhung führen. Daher bilden sich insbesondere an den Schnittkanten dieser Löcher Risse, welche die Betriebsfestigkeit begrenzen. Im klassischen Herstellungsverfahren werden Radschüsseln für Personenkraftwagen mit einer im Wesentlichen konstanten Wandstärke gefertigt. Diese muss derart ausgelegt sein, dass sich keine Risse in den Bereichen der lokalen Spannungsüberhöhungen bilden. Die geringer belasteten Bereiche der Radschüsseln sind somit überdimensioniert.
-
Die Herstellung von Radschüsseln für Fahrzeugräder ist bekannt, insbesondere aus Stahl- oder Aluminiumblech gefertigt, indem das Drückwalzverfahren eingesetzt wird, um die Wandstärke belastungsspezifisch auszulegen. Ausführungen mittels Drückwalzen, wobei dickere Wandstärken im Bereich der einzubringenden Belüftungslöcher vorgesehen sind, welche vor dem Lochstanzen durch beim Drückwalzen angehäuftes Material in Form eines ringförmigen umlaufenden Wulstes erzeugt wird, um die Rissempfindlichkeit beim Lochstanzen der Belüftungslöcher in der umlaufenden Wulst zu senken, zeigen beispielhaft die Schriften
JP 56-103301 U und
JP 57-134301 A . Diese Art der Ausführung senkt zwar die Rissunempfindlichkeit im Lochstanzbereich, erhöht aber durch die verbleibende wulstartige Materialanhäufung zwischen den lochgestanzten Belüftungsöffnungen das Gewicht der Radschüssel.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel anzugeben, mit welchem rissunempfindliche und leichtere Radschüsseln für Fahrzeugräder zu günstigen Herstellungskosten gefertigt werden können.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausführungen sind in den nachgeordneten Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß einer ersten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen einer Ronde aus einem Blech; - Formen der Ronde zu einer Radschüsselvorform mittels Drückwalzen, wobei im Bereich der einzubringenden Löcher eine Materialaufdickung durch das Drückwalzen angeformt wird; - Einbringen lokaler Löcher im Bereich der angeformten Materialaufdickung zur Erzeugung der Radschüssel, derart, dass als Materialaufdickung mehrere lokal verteilte Materialaufdickungen angeformt werden, welche im Bereich der einzubringenden Löcher vorgesehen werden und die Anzahl der lokalen Materialaufdickungen der Anzahl der einzubringenden Löcher entspricht.
-
Durch ein lokales respektive partielles Aufdicken der zu lochenden Bereiche mittels eines Drückwalzverfahrens können die durch das Lochen erzeugten Schnittkanten unabhängig von der Wandstärke der umgebenden Bereiche derart dimensioniert werden, dass eine Rissentstehung auch bei einer in der Wandstärke reduzierten Radschüssel effektiv verhindert werden kann. Die Löcher beziehen sich auf die Belüftungslöcher und optional auf die Verschraubungslöcher.
-
Im Vergleich zum klassischen Herstellungsprozess können mit dem Drückwalzen die rissgefährdeten Bereiche gezielt „aufgedickt“ und somit die restlichen rissunempfindlichen Bereiche der Radschüssel bedarfsgerecht und gewichtsoptimiert „abgedünnt“ werden. Dies führt zu leichteren Radschüsseln, was den Energiebedarf in der Nutzungsphase senkt und somit insbesondere die Reichweite bei batteriebetriebenen Fahrzeugen erhöhen kann. Der verringerte Materialbedarf reduziert die Materialkosten und die Menge der durch das Rad verursachten C02-Äquivalente (LCA).
-
Die Ronde kann zum Beispiel aus einem Stahlblech bereitgestellt werden, um zum einen entsprechende Festigkeiten an der fertiggestellten Radschüssel bereitzustellen und den geforderten Ansprüchen gerecht werden zu können, insbesondere um die Materialdicke durch belastungsgerechte Auslegung reduzieren zu können und dadurch die Radschüssel aufgrund der geringen Dicke leichter ausführen zu können. Die Ronde wird aus einem Band- oder Tafelmaterial beispielsweise ausgestanzt. Alternativ kann auch ein Aluminiumblech zur Anwendung kommen.
-
Die Ronde wird mittels Drückwalzen zu einer Radschüsselvorform geformt. Mittels Drückwalzen kann besonders effektiv eine belastungsgerechte und leichte Radschüssel hergestellt werden, da mit dieser Technologie die Dicke der Radschüssel in radialer Ausrichtung individuell und damit unterschiedliche Dicken in radialer Richtung einstellbar sind, was wiederrum einer weiteren Reduzierung des Gewichts zugutekommt.
-
Des Weiteren werden im Zuge des Drückwalzens mehrere lokal verteilte Materialaufdickungen angeformt, welche im Bereich der einzubringenden Löcher vorgesehen werden und die Anzahl der lokalen Materialaufdickungen der Anzahl der einzubringenden Löcher entspricht. Bevorzugt werden die lokalen Aufdickungen im Bereich der zu lochenden Belüftungslöcher vorgesehen.
-
Nach dem Einbringen der Löcher entspricht die Radschüssel im Wesentlichen der Endform.
-
Unter Drückwalzen wird ein Verfahren zur spanlosen Formgebung rotationssymmetrischer Hohlkörper verstanden. Dabei wird eine Ronde auf eine Matrize gespannt und/oder fixiert und in Rotation versetzt. Mindestens eine Andrückscheibe/Walze oder ein anderes entsprechend geeignetes Mittel wird gegen die rotierende Ronde bewegt, so dass eine Umformung partiell durch Druckspannungen erfolgt, die durch das radial geführte Drückwalzen ins Material der Ronde eingebracht werden. Das Material fließt und nimmt in einem axialen Bearbeitungsgang von einem zum anderen Ende der Ronde die Kontur der innenliegenden Matrize an. Die Matrize ist im einfachsten Fall kreisrund, so dass die „drückgewalzte“ Radschüssel(vor)form eine kreisrunde zylindrische Innengeometrie erhält. Beim Drückwalzen verformt die mindestens eine Andrückscheibe/Walze durch die unmittelbare Druckeinwirkung den Werkstoff der Ronde plastisch, wobei eine definierte axiale Bewegung der mindestens einen Andrückscheibe/Walze dazu führen kann, dass die Ausgangswanddicke der Ronde auf eine einstellbare (Endwand-) respektive Mindestdicke reduziert wird. Das Drückwalzen ist Stand der Technik.
-
Je nach Anwendung, ob das Fahrzeugrad für Personenfahrzeuge oder Nutzfahrzeuge konzipiert ist, und auch abhängig von der Größe respektive dem Durchmesser in Zoll des Fahrzeugrads, kann die Dicke der Ronde beispielsweise zwischen 3 und 20 mm betragen. Die Dicke beträgt insbesondere mindestens 4 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm und ist insbesondere auf maximal 18 mm, vorzugsweise maximal 16 mm begrenzt. Je nach Größe des zu fertigenden Fahrzeugrads kann der Durchmesser der Ronde variieren, insbesondere zwischen 250 und 650 mm.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Matrize verwendet, welche Taschen aufweist, in welchen das Material aus der Ronde beim Drückwalzen fließt und dadurch die lokalen Materialaufdickungen in der Radschüsselvorform erzeugt werden. Durch das Vorsehen einer Matrize mit Taschen, kann der bestehende Fertigungsprozess hinsichtlich der Erzeugung von rissunempfindlichen und leichten Radschüsseln optimiert werden, da das Verfahren durch das Drückwalzen ein lokales Aufdicken erlaubt, was die Integration ohne Mehraufwand dieses Fertigungsschrittes in die bestehende Produktion ermöglicht, da es keine systematischen Änderungen in den folgenden Fertigungsschritten gibt.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die lokalen Materialaufdickungen in der Radschüsselvorform eine Wanddicke B auf, die größer ist als die die Materialaufdickungen umgebenden Bereiche mit einer Wanddicke A. Insbesondere ist die Wanddicke B mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 25 %, bevorzugt mindestens 30 %, besonders bevorzugt mindestens 35 % größer ist als die Wanddicke A.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einbringen der Löcher derart, dass nach dem Einbringen der Löcher ein das Loch umgebender Steg in der Radschüssel verbleibt. Das Einbringen der Löcher kann mechanisch durch Beschnitt bzw. Stanzen erfolgen oder aber auch thermisch durch Laser- oder Brennschneiden. Der das Loch umgebende verbleibende Steg weist eine Breite C auf, welche mindestens 10 %, insbesondere mindestens 15 %, vorzugsweise mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 % der Wanddicke A entspricht.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch neben der Radschüssel ein einstückig an die Radschüssel anschließender Felgenbereich mit einem vorderen Felgenhorn, einem hinteren Felgenhorn und einem zwischen den Felgenhörnern ausgebildeten Felgenbett zur Erzeugung eines einteiligen Fahrzeugrads aus der Ronde drückgewalzt werden.
-
Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung umfasst ein Fahrzeugrad mindestens eine Radschüssel, welche bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, welche innerhalb einer Öffnung eines Felgenrings angeordnet und mit diesem form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist, wobei die Radschüssel des Fahrzeugrads Löcher, insbesondere Belüftungslöcher aufweist, wobei ein das Loch, insbesondere das Belüftungsloch umgebender Steg vorhanden ist. Der das Loch umgebende Steg weist eine Breite C und eine Wanddicke B auf.
-
Der Felgenring des Fahrzeugrads ist vorzugsweise mit einem vorderen Felgenhorn, einem hinteren Felgenhorn und einem zwischen den Felgenhörnern ausgebildeten Felgenbett versehen.
-
Gemäß einer dritten Lehre der Erfindung wird das Fahrzeugrad in straßengebundenen Fahrzeugen verwendet, insbesondere im Personenfahrzeug, Nutzfahrzeug, Bus oder Anhänger.
-
Figurenliste
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
- 1 einen schematischen Ablauf zur Herstellung einer Radschüssel,
- 2 eine schematische, perspektivische Darstellung des Schrittes nach dem Bereitstellen der Ronde,
- 5 eine schematische, perspektivische Darstellung des Schrittes kurz vor dem Formen der Ronde,
- 4 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Radschüsselvorform in Drauf- und Unteransicht nach dem Schritt des Formens der Ronde zu einer Radschüsselvorform,
- 5 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Radschüssel in Drauf- und Unteransicht nach dem Schritt des Einbringens der Belüftungsöffnungen und
- 6 eine schematische, perspektivische Teil(schnitt)darstellung der Radschüssel in Unteransicht aus 5.
-
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Aus einem nicht dargestellten Band- oder Tafelmaterial wird eine Ronde (1) abgetrennt und dem Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad, vgl. Ablaufschema in 1, bereitgestellt (11). Der in 1 gezeigte Ablaufplan ist ein Beispiel. Es können auch weitere nicht dargestellte Schritte, insbesondere Zwischenschritte vorgesehen sein, wie zum Beispiel Zwischenbeschnitte, Abkantungen etc., aber beispielsweise auch mindestens einen weiteren Schritt nach der Erzeugung der Radschüssel (3) insbesondere ein Kalibrieren durchgeführt werden. Die Ronde (1) kann bei Bedarf auch im Zuge des Abtrennens oder nach dem Abtrennen mit Öffnungen konfektioniert werden, beispielsweise mit einer Zentralöffnung (1.1). Die Dicke der Ronde (1) kann beispielsweise zwischen 3 und 20 mm betragen. Je nach Größe des zu fertigenden nicht dargestellten Fahrzeugrads kann der Durchmesser der Ronde zwischen 250 und 650 mm variieren.
-
2 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung des Schrittes nach dem Bereitstellen (11) der Ronde (1). Die Ronde (1) nach dem Bereitstellen (11) einer Drückwalzvorrichtung (20) zugeführt, in welcher sie auf einer Matrize (22) positioniert wird. Mit Hilfe eines Vorsetzers (21), welcher axial zur Matrize (22) räumlich verfahrbar ist, wird die Ronde (1) auf der Matrize (22) niedergedrückt und damit fixiert, s. 3. Die Matrize (22) mit der Ronde (1) und dem Vorsetzer (21 werden in Rotation versetzt und die rotierende Ronde (1) wird mittels mindestens einer anstellbaren Andrückrolle (23), welche räumlich axial und/oder radial verfahrbar ist, in eine Radschüsselvorform (2) geformt (12), s. 4, wobei die Radschüsselvorform (2) auf der der Andrückrolle (23) abgewandten Seite die (Oberflächen-)Kontur der Matrize (22) annimmt, mit der sie in Kontakt gelangt. Das Formen (12) der Ronde (1) zu einer Radschüsselvorform (2) erfolgt somit mittels Drückwalzen, wobei im Bereich der einzubringenden Löcher (3.2) eine Materialaufdickung (2.2) durch das Drückwalzen angeformt wird, wobei als Materialaufdickung mehrere lokal verteilte Materialaufdickungen (2.2) angeformt werden. Dazu wird eine Matrize (22) verwendet, welche Taschen (22.1) aufweist, in welche das Material aus der Ronde (1) beim Drückwalzen fließt und dadurch die lokalen Materialaufdickungen (2.2) in der Radschüsselvorform (2) erzeugt werden. Das Drückwalzen kann somit in einer konventionellen Drückwalzvorrichtung erfolgen, wobei lediglich die Matrize (22) an ihrer mit der Unterseite der zu erzeugenden Radschüsselvorform (2) in Kontakt tretenden Oberfläche Taschen (22.1) aufweist. Dadurch wird die Ronde (1) auf die Kontur der Matrize (22) drückwalzt. Die lokalen Materialaufdickungen (2.2) in der Radschüsselvorform (2) weisen eine Wanddicke (B) auf, die größer ist als die die Materialaufdickungen (2.2) umgebenden Bereiche (2.4) mit einer Wanddicke (A).
-
Nach dem Formen (12) erfolgt das Einbringen (13) lokaler Löcher (3.2) im Bereich der Materialaufdickung (2.2), vgl. 5. Im Bereich der einzubringenden Löcher (3.2) sind lokal Materialaufdickungen (2.2) im Zuge des Formens (12) vorgesehen worden, wobei die Anzahl der lokalen Materialaufdickungen (2.2) der Anzahl der einzubringenden Löcher (3.2) entspricht. Bevorzugt erfolgt das Einbringen (13) der Löcher (3.2) derart bzw. ist die Kontur der lokalen Materialaufdickungen (2.2) derart angepasst, dass nach dem Einbringen (13) der Löcher (3.2) ein das Loch (3.2) umgebender Steg (3.4) in der Radschüssel (3) verbleibt, vgl. 6. Der das Loch (3.2) umgebende Steg (3.4) weist eine Breite (C) auf, welche mindestens 10 % der Wanddicke (A) entspricht. Vor oder im Zuge des Einbringens (13) der Löcher (3.2) können auch weitere Öffnungen oder Löcher, wie zum Beispiel Verschraubungslöcher (3.3) zur Aufnahme von nicht dargestellten Befestigungsmittel an einem nicht dargestellten Radträger, eingebracht werden. Nicht dargestellt, kann auch eine Materialaufdickung oder können auch mehrere Materialaufdickungen im Bereich der zu erzeugenden Verschraubungslöcher (3.3) vorgesehen sein.
-
Die Radschüssel (3) hat nach dem Einbringen der Löcher (3.2, 3.3) im Wesentlichen ihre Endform erreicht und kann bei Bedarf noch kalibriert oder mindestens einem weiteren nicht gezeigten Bearbeitungsschritt zugeführt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 56103301 U [0004]
- JP 57134301 A [0004]