WO2019243148A1 - Verfahren zur herstellung einer radschüssel - Google Patents

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WO2019243148A1
WO2019243148A1 PCT/EP2019/065440 EP2019065440W WO2019243148A1 WO 2019243148 A1 WO2019243148 A1 WO 2019243148A1 EP 2019065440 W EP2019065440 W EP 2019065440W WO 2019243148 A1 WO2019243148 A1 WO 2019243148A1
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wheel
preform
shaped
plate
maximum
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PCT/EP2019/065440
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David Pieronek
Roger Bernd ROSSMANN
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a wheel disc, having an outer region with an at least partially circumferential wheel key flap, which is provided for positive, non-positive and / or integral connection to a rim ring to form a vehicle wheel, an inner region with a wheel contact region, in which a plurality of connection holes with a hole geometry and / or connection seat surface are provided for receiving fastening means for releasably connecting the vehicle wheel to a wheel hub of a vehicle and thereby depicting a hole circle diameter, and a central region connecting the outer and inner regions, in which several spokes are provided in radial alignment are, as well as 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 during ferry operation.
  • Conventional "steel wheels” in sheet metal construction usually consist of a wheel disc (wheel disc), which stiffens 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 technique.
  • the so-called hot forming is also used in vehicle / body construction, among experts also known as 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 take place with 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 beams, 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 also a method for producing a vehicle wheel with which a vehicle wheel with greater design freedom, rigidity, weight reduction, operational stability and safety in particular can be provided at acceptable manufacturing costs.
  • the invention relates to a method for producing a wheel bowl, comprising an outer area with an at least partially, in particular a completely encircling wheel bowl tab, which is provided in a form-fitting, force-fitting and / or material connection to a rim ring to form a vehicle wheel Interior area with a wheel contact area, in which a plurality of connection holes with a hole geometry and / or connection seat surface are provided for receiving fastening means for releasably connecting the vehicle wheel to a wheel hub of a vehicle and thereby depict a bolt circle diameter, and a central area connecting the outside and the inside area, in which several spokes are provided in radial alignment, comprising the steps:
  • the sheet thickness of the semifinished product preferably being between 2.5 and 10 mm, in particular a maximum of 8 mm, preferably a maximum of 6 mm, it can be prevented that no unfavorable ones Set tensile stresses or microstructural strains, as they arise in comparison to conventionally shaped wheel disks, which can have a disadvantageous effect on sheet metal thinning or on other shaping processes.
  • An optimal, plate-shaped preform can be produced by the pressure rolling, which has a defined cross-section and / or a defined contour and / or optionally a sheet thickness distribution, in particular with targeted material introduction, for example a sheet thickness difference (between minimum and maximum sheet thickness) along the cross section of the plate-shaped Have preform, which may be a maximum of 50%, in particular a maximum of 35%, preferably a maximum of 20%.
  • the pressure rolling is carried out in such a way that a central central region with a diameter and a circumferential edge edge is formed on the plate-shaped preform, the plate-shaped preform having a course diverging radially between the central region and the circumferential edge edge in the direction of the edge edge.
  • the central area of the plate-shaped preform defines the later inner area or wheel contact area of the final wheel disc. Due to the course diverging radially from the central area in the direction of the edge edge, there is an essentially homogeneous and sufficiently distributed deformation reserve, which can be used for the subsequent steps of the method according to the invention, thereby essentially preventing critical sheet thinning and thereby making a sophisticated design possible in the first place is.
  • Subsequent steps such as cold forming the plate-shaped preform into a spoke-shaped wheel bowl preform and optionally punching to form a preform of the spokes, can be implemented in a process-reliable manner, since material reserves have not yet been used up in comparison to conventional production, and thus deformation reserves for the production of small radius transitions in particular contribute to the sophisticated design.
  • the punching to form a preform of the spokes can be carried out at the same time or at different times for the cold forming of the plate-shaped preform into a spoke-shaped wheel bowl preform.
  • the outer wheel flap is preferably generated or switched off during the cold forming.
  • the spoke-shaped wheel bowl preform is at least partially or completely heated to a temperature of at least A Ci , preferably to a temperature of at least A C , and then at least partially hot-formed and / or at least partially press-hardened to form a wheel bowl.
  • hot forming is to be understood in particular to mean shaping the spoke-shaped wheel bowl preform into the desired final geometry (target geometry) of the (final spoke-shaped) wheel bowl and / or calibrating into the final geometry of the wheel bowl to improve the dimensional accuracy or compliance with tolerances.
  • a final component (wheel bowl) with final mechanical properties and at least partially predominantly martensitic and / or bainitic structure is provided in the wheel bowl.
  • 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 ZGA or ZTU diagrams.
  • the at least partial press hardening is preferably carried out in a device in which the at least partial hot forming is carried out, the device being actively cooled in at least one area 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 found in ZTU diagrams.
  • the hardenable steel materials in connection with indirect hot forming, conventional production lines can still be used and, as a result, inexpensive individual components can be manufactured for wheel manufacture, since the hardenable steel materials have moderate strengths in their delivery state or cold processing state, which are comparable to the conventionally used steel materials are and therefore have comparable, suitable deformation properties, which are particularly suitable for cold forming a wheel bowl (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 has a carbon content of at least 0.08% by weight, in particular at least 0.15% by weight, preferably of has at least 0.22% by weight.
  • the steel sheet provided can be case hardening steel or tempering steel, in particular of the quality CIO, C15, C22, C35, C45, C55, C60 42CrMo4, a steel containing manganese, in particular of the quality 8MnCrB3, 16MnB5, 16MnCr5, 17MnB3, 20MnB5, 30MnB5 37MnB4, 37MnB5, 40MnB4 or an air-hardening steel, an oil-hardening steel or a multi-layer steel material composite, for example with three steel layers, at least one of which is hardenable.
  • the diameter of the central region of the plate-shaped preform is larger than the pitch circle diameter.
  • the connection holes can be made in a simple manner, in particular in one plane, by a simple apparatus construction.
  • the connection holes can be made during and / or after the pressure rolling, the number of which is at most 10, in particular at most 8, preferably at most 6, preferably 4 or 5.
  • the central region is formed essentially flat and spaced apart with a depth of at least 50%, in particular at least 65%, preferably at least 80% with respect to the highest point of the (final) wheel disc. It is advantageous if high degrees of deformation or high deformation depths, which are oriented particularly close to the target depth, are cold preformed, since with hot forming compared to cold forming, the risk of thinning is much higher depending on the complexity, especially depending on the depth of deformation.
  • a central hole which is surrounded in particular by the connection holes, is introduced during and / or after the pressure rolling, in particular at the same time or at a time delay when the connection holes are introduced.
  • the central hole can perform 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.
  • 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, which occurs when a hardness structure is present, in the manufacture of a vehicle wheel, in particular when materially joining, preferably when welding the wheel disc to the rim ring would form and 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 the wheel disc is preferably 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 is a side view of a plate-shaped preform
  • Fig. 2 is a perspective view of a plate-shaped preform, and an indicated
  • Fig. 3 is a plan view of a wheel bowl
  • Fig. 4 is a flow chart for the manufacture of a vehicle wheel.
  • a plate-shaped preform (1) for producing a wheel bowl (3) is shown in a side view.
  • an optimal, plate-shaped preform (1) is produced from a semifinished product, which is preferably provided as a flat sheet steel plate made of a hardenable steel material, the sheet thickness of the semifinished product preferably being between 2.5 and 10 mm defined cross-section and / or a defined contour and / or optionally a sheet thickness distribution, in particular with targeted material introduction.
  • the hardenable steel sheet has a carbon content of at least 0.08% by weight.
  • the pressure rolling is carried out in such a way that a central central region (1.1) with a diameter (Dz) and a peripheral edge (1.2) is formed on the plate-shaped preform (1), the plate-shaped preform (1) forming a between the central region (1.1) and the circumferential edge (1.2) radially diverging in the direction of the edge (1.2) course (1.4).
  • the central area (1.1) of the plate-shaped preform (1) defines the later inner area (3.6) or wheel contact area (3.1) of the final wheel disc (3).
  • the central area (1.1) is formed essentially flat and spaced apart with a depth (Tz) of at least 50%, based on the highest point of the (final) wheel disc (3).
  • FIG. 2 shows a perspective view of the plate-shaped and pressure-rolled preform (1) from FIG. 1, a central hole (1.3) being provided in the central area (1.1), which was introduced during the course or after the pressure rolling of the plate-shaped preform (1) was completed .
  • the contours of the spoke-shaped wheel bowl preform (2) to be created are also outlined. Indicated are the inner region (2.6) and the outer region (2.8) and the central region (2.7) connected to the two regions (2.6, 2.8), in particular in one piece.
  • punching is carried out in the center area (2.7) to form a preform of the spokes (2.4), at the same time or at different times for cold forming the plate-shaped preform (1) into a spoke-shaped wheel bowl preform (2).
  • the preforms of the spokes (2.4) run essentially radially, in particular in one piece, from the inner region (2.6) to the outer region (2.8), 5 pairs of spokes (2.4) being outlined in this example.
  • a first opening (2.10) is formed between the individual pairs of spokes (2.4), which essentially Chen oval shape, and at the same time or staggered in each case a second opening (2.9), which spaced the spoke pairs (2.4) apart and has a substantially triangular shape, punched out.
  • connection holes (2.3) in the interior (2.6), which are provided around the central opening (2.5) with a maximum of 10, in this example 5 connection holes (2.3), can be punched.
  • the diameter (Dz) of the central area (1.1, 2.1) is selected to be larger than the bolt circle diameter (DJ, in particular dimensioned such that the connection holes (2.3) can be punched or introduced in one plane, which represents a simplified process control.
  • the shape or The design of the preform of the spokes (2.4) is preferably carried out in the course of the cold forming and in particular after the openings (2.9, 2.10) have been made
  • there is sufficient material in the divergent course (1.4) of the plate-shaped preform (1) so that in the course of the cold forming, narrow radii, in particular in the area of the spokes (2.4), can be implemented without reaching a critical sheet thinning, so that, for example, spokes (2.4) with an essentially U-shaped cross section with essentially narrow radii can be represented are.
  • the spoke - shaped wheel bowl preform (2) is heated or at least partially or completely heated 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 is heated, the warm wheel disc preform being subsequently at least partially hot-formed and / or at least partially press-hardened (not shown).
  • suitable means such as radiative, conductive, inductive, individually or in combination, can also be used.
  • the warm wheel bowl preform (not shown) is preferably in a suitable device, in particular in a hot-forming and press-hardening tool (not shown), which has the contour or geometry of the final wheel bowl (3) by corresponding action of the active surfaces of the tool from the warm wheel bowl (2) transferred into the final geometry of the wheel disc (3), hot-formed at least in some areas and / or at least partially press-hardened.
  • the preferably at least partially press hardening results in a hardness structure 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 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 disc (3).
  • the warm wheel bowl preform (2) or the wheel bowl (3) to be produced remains in the device for a certain time and becomes 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, especially after reaching the M f temperature, removed again.
  • 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
  • FIG. 3 shows a top view of a wheel bowl (3).
  • 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 provided for the positive, non-positive and / or material connection to a rim ring (4) to form a vehicle wheel (5) is an inner area (3.6) with a wheel contact area (3.1), in which a plurality of connection holes (3.3) 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 thereby a bolt circle diameter (DJ) 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 provided in a radial orientation.
  • DJ bolt circle diameter
  • the wheel flap (3.81) can be turned off as part of the outer area (2.8, 3.8) in the course of the cold forming to create the spoke-shaped wheel bowl preform (2) and / or in the course of the hot forming to create the wheel bowl (3), in this example the circumferential edge (3.2) is shown pointing from the display plane.
  • the hole geometry and / or connection seating surface of the connection holes (2.3, 3.3) have been formed in the interior (2.6, 3.6) in the course of cold forming to create the spoke-shaped wheel bowl preform (2) and / or in the course of hot forming to create the wheel bowl (3).
  • FIG. 4 shows a flow diagram for the manufacture 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 positive connection) in combination with a thermal joining process (material connection) such as a MAG or laser weld.
  • the wheel bowl (3) can be completely or only partially press hardened, for example only in the inner region (3.6) and central region (3.8) of the wheel bowl (3).
  • the wheel key flap (3.81) which is used in particular for the at least material connection to a rim ring (4), no press hardening takes place in order to produce a vehicle wheel (5), in particular when materially joining the To avoid wheel disc (3) on the rim ring (4) forming a softening zone.
  • the rim ring (4) can either be completely, partially or not press hardened at all.
  • the individual shaping steps, pressure rolling, punching, punching combined with cold forming, hot forming combined with at least partial press hardening can be carried out in one or in several steps or in one or more devices (tools), depending on the degree of complexity and the designs to be created ,
  • 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) mit einer Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind und dadurch einen Lochkreisdurchmesser (DL) abbilden, und einen den Außen- (3.8) und den Innenbereich (3.6) verbindenden Mittenbereich (3.7), in welchem mehrere Speichen (3.4) in radialer Ausrichtung 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 Außenbereich 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 mit einer Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind und dadurch einen Lochkreisdurchmesser abbilden, und einen den Außen- und den Innenbereich verbindenden Mittenbereich, in welchem mehrere Speichen in radialer Ausrichtung vorgesehen sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades.
Technischer Hintergrund
Fahrzeugräder bzw. Kraftfahrzeugräder sind Sicherheitsbauteile und müssen daher die hohen mechanischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen im Fährbetrieb dauertest aufnehmen können. Konventionelle„Stahlräder“ in Blechbauweise bestehen üblicherweise aus einer Radschüssel (Radscheibe), welche die Verbindung zur Radnabe eines Fahrzeugs sichersteift 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 Fügetechnik wird vorzugsweise eine MAG- Schweißung in Kombination mit einer Pressverbindung (Tiefbettfelge) vorgesehen.
Das Gewicht der Fahrzeugräder wirkt sich als rotatorisch-bewegte Masse überproportional auf den Energieverbrauch der Fahrzeuge sowie zusätzlich auch auf die ungefederten Massen aus. Daher ist generell ein möglichst geringes Fahrzeugradgewicht bei idealerweise hoher Steifigkeit anzustreben. Gegenüber konventionell hergesteiften Fahrzeugrädern kann weiteres Leichtbaupotenzial mit Stahl erschlossen werden, wenn zum einen Material mit höherer Festigkeit bzw. Schwingfestigkeit zur sicheren Aufnahme der Betriebslasten verwendet wird, und zum anderen Geometrieanpassungen, wie z.B. stärkere Verprägun- gen und Kragen zur Kompensierung der Steifigkeitsverluste aufgrund von geringeren Materialdicken umgesetzt werden können. Mit ansteigender Materialfestigkeit nimmt aber in der Regel auch die Kaltum- formbarkeit konventioneller Stähle (Kohlenstoffstahl) ab, welche schon bei heutigen Radschüsseln annähernd ausgereizt ist. Somit stößt der Leichtbau mit kaltumformbaren und höherfesten Stählen auf Basis heutiger Fertigungskonzepte für Räder an technische Grenzen. Neben dem Gewicht der Räder spielt zu- dem bei Personenkraftwagen das Design eine wesentliche Rolle. Die Designfreiheit und Attraktivität bekannter Stahlräder ist daher ebenfalls mit konventionellen Bauweisen und Werkstoffen stark eingeschränkt.
Neben dem sogenannten Kaltumformen wird unter anderem auch das sogenannte Warmumformen im Fahrzeug-/Karosseriebau angewandt, in Fachkreisen auch unter der indirekten oder direkten Warmumformung bekannt. Durch den Einsatz der Warmumformung kann die Anforderung nach einer hohen Umformbarkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeiten der endgeformten Bauteile erfüllt werden. Entsprechende Umformverfahren, die unter Einbeziehung einer vorangehenden Wärmebehandlung des Werkstücks, beispielsweise in einem separaten Ofen erfolgen, sind aus dem Stand derTechnik hinreichend bekannt, insbesondere das Warmumformen und Presshärten von Stahlblech. Allerdings ist der Einsatz der Warmumformung für maßgeblich zyklisch-belastete Bauteile aus Stahlblech, wie z.B. Querlenker, Räder, Achsträger, im automobilen Fahrzeugbau bisher nicht etabliert.
Als Stand der Technik zur Blech-Warmumformung von Personenkraftwagenrädern beziehungsweise der entsprechenden Radschüsseln, welche zumindest bereichsweise pressgehärtet sein können, wird auf die Druckschriften DE 10 2007 019 485 Al, DE 10 2013 114 245 B3 und DE 10 2014 108 901 B3 verwiesen. Der Fokus dieser Schriften liegt im Wesentlichen auf den lokalen mechanischen Bauteileigenschaften der Radschüssel nach der Warmumformung beziehungsweise Presshärtung, sowie entsprechenden Verfahrensschritten beziehungsweise Vorrichtungen zur Herstellung von Radschüsseln für Standard- Stahlräder ohne Designanspruch, welche in der Regel hinsichtlich der Kontur außerhalb der Radanlagefläche rotationssymmetrisch ausgeführt sind.
In den Druckschriften DE 11 2007 000 239 T5 sowie EP 2 495 110 Bl sind Fahrzeugräder bzw. Verfahren zur Herstellung designoptimierter und/oder speichenförmiger Radschüsseln für Fahrzeugräder durch mehrstufige Kaltumformung mit entsprechenden Vorrichtungen beschrieben. Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahren die„hohe“ Blechdicke der Radschüssel von ca. 5,0 bis 6,5 mm, welche aufgrund der großflächigen Belüftungslöcher und Werkstoffeigenschaften 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 Sicherheit 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 Radschüssel, aufweisend einen Außenbereich mit einem zumindest abschnittsweise, insbesondere einem vollständig umlaufenden Radschüssellappen, welcher zurform-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring zur Bildung eines Fahrzeugrades vorgesehen ist, einen Innenbereich mit einem Radanlagebereich, in welchem mehrere Anbindungslöcher mit einer Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind und dadurch einen Lochkreisdurchmesser abbilden, und einen den Außen- und den Innenbereich verbindenden Mittenbereich, in welchem mehrere Speichen in radialer Ausrichtungvorgesehen sind, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Halbzeugs aus einem härtbaren Stahlblech,
- Drückwalzen des Halbzeugs in eine tellerförmige Vorform, derart, dass an dertellerförmigen Vorform ein mittiger Zentralbereich mit einem Durchmesser und einem umlaufenden Kantenrand geformt wird, wobei die tellerförmige Vorform einen zwischen dem Zentralbereich und dem umlaufenden Kantenrand radial in Richtung des Kantenrands divergierenden Verlauf aufweist,
- Kaltumformen dertellerförmigen Vorform in eine speichenförmige Radschüsselvorform,
- zumindest teilweises oder vollständiges Erwärmen der speichenförmigen Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens ACi und anschließendes zumindest bereichsweise Warmumformen und/oder zumindest teilweise Presshärten zu einer Radschüssel.
Schwingfestigkeitsuntersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass härtbare Stahlwerkstoffe mit einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur, wie zum Beispiel Mangan-Bor-, Ver- gütungs- und luft- sowie ölhärtende Stähle, gegenüber den konventionell verwendeten Dualphasen- und mikrolegierten Stählen eine deutlich gesteigerte zyklische Biegewechselfestigkeit aufweisen und damit prinzipiell weiteren Leichtbau durch Blechdickenreduzierung der Radschüssel ermöglichen. Zudem kann durch die Blechdickenreduzierung positiv Einfluss auf das Design der Radschüssel genommen werden, da Radienübergänge kleiner dimensioniert werden können und damit das generelle Design anspruchsvoller gestaltet werden kann. Der Verarbeitungsmöglichkeit der direkten Blech-Warmumformung sind jedoch Grenzen gesetzt, wobei designoptimierte und/oder speichenförmige Radschüsseln mit akzeptabler Blechausdünnung nicht zufriedenstellend herstellbar sind.
Durch das Drückwalzen des Halbzeugs, welches vorzugsweise als ebene Stahlblech-Platine bereitgestellt wird, wobei vorzugsweise die Blechdicke des Halbzeugs zwischen 2,5 und 10 mm liegt, insbesondere maximal 8 mm, vorzugsweise maximal 6 mm beträgt, kann verhindert werden, dass sich keine ungünstigen Zugspannungen bzw. Gefügestreckungen, wie sie im Vergleich zu konventionell geformten Radschüsseln entstehen, einstellen, die sich nachteilig auf eine Blechausdünnung respektive auf weitere Formgebungsprozesse auswirken können. Durch das Drückwalzen kann eine optimale, tellerförmige Vorform hergestellt werden, welche einen definierten Querschnitt und/oder eine definierte Kontur und/oder optional eine Blechdickenverteilung, insbesondere mit gezielter Materialeinbringung, wobei beispielsweise ein Blechdickenunterschied (zwischen minimaler und maximaler Blechdicke) entlang des Querschnitts der tellerförmigen Vorform, welcher maximal 50%, insbesondere maximal 35%, vorzugsweise maximal 20% beträgt, vorliegen kann, aufweisen. Das Drückwalzen erfolgt erfindungsgemäß derart, dass an der tellerförmigen Vorform ein mittigerZentralbereich mit einem Durchmesser und einen umlaufenden Kantenrand geformt wird, wobei die tellerförmige Vorform einen zwischen dem Zentralbereich und dem umlaufenden Kantenrand radial in Richtung Kantenrand divergierenden Verlauf aufweist. Der Zentralbereich der tellerförmigen Vorform definiert den späteren Innenbereich respektive Radanlagebereich der finalen Radschüssel. Durch die vom Zentralbereich radial in Richtung des Kantenrandes divergierenden Verlauf liegt eine im Wesentlichen homogen und ausreichend verteilte Verformungsreserve vor, welche für die nachgelagerten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzbar ist, dadurch eine kritische Blechausdünnung im Wesentlichen verhindert werden kann und dadurch ein anspruchsvolles Design überhaupt erst möglich ist.
Nachgelagerte Schritte, wie das Kaltumformen der tellerförmigen Vorform in eine speichenförmige Rad- schüsselvorform und optional ein Stanzen zur Ausbildung einer Vorform derSpeichen, sind prozesssicher umsetzbar, da Materialreserven im Vergleich zur konventionellen Herstellung noch nicht aufgezehrt sind und somit Verformungsreserven zur Fertigung von kleinen Radienübergängen, die insbesondere zur anspruchsvollen Designgestaltung beitragen, bereitstehen. Insbesondere das Stanzen zur Ausbildung einer Vorform der Speichen kann zeitgleich oder zeitversetzt zur Kaltumformung der tellerförmigen Vorform in eine speichenförmige Radschüsselvorform erfolgen. Der Radschüssellappen im Außenbereich wird vorzugsweise während der Kaltumformung erzeugt bzw. abgestellt. Erfindungsgemäß wird die speichenförmige Radschüsselvorform zumindest teilweise odervollständigauf eineTemperaturvon mindestens ACi, vorzugsweise auf eineTemperaturvon mindestens AC , erwärmt bzw. durchwärmt und anschließend zumindest bereichsweise warmumgeformt und/oder zumindest teilweise pressgehärtet zu einer Radschüssel.
Unter zumindest bereichsweise Warmumformen ist insbesondere ein Ausformen der speichenförmigen Radschüsselvorform in die gewünschte Endgeometrie (Sollgeometrie) der (finalen speichenförmigen) Radschüssel und/oder ein Kalibrieren in die Endgeometrie der Radschüssel zur Verbesserung der Maßhaltigkeit beziehungsweise Einhaltung von Toleranzen zu verstehen. In Kombination mit einem zumindest teilweisen Presshärten, insbesondere alternativ nur durch ein zumindest teilweises Presshärten einer kaltgeformten speichenförmigen Radschüsselvorform, wird ein finales Bauteil (Radschüssel) mit finalen mechanischen Eigenschaften und zumindest teilweise überwiegend martensitischer und/oder bainiti- scher Gefügestruktur in der Radschüssel bereitgestellt. Bei Bedarf kann die Radschüssel auch vollständig pressgehärtet werden. Eine überwiegend martensitische oder bainitische Gefügestruktur setzt einen Mindestanteil der Gefügephase einzeln oder in Kombination von mindestens 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 Temperaturvon mindestens A erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austeni- tisches Gefüge vorliegt. ACi und A sind Kennwerte, welche abhängig von der Zusammensetzung (Legierungsbestandteile) des verwendeten Stahlwerkstoffs sind und aus sogenannten ZGA- bzw. ZTU-Schaubil- dern entnommen werden können. Das zumindest teilweise Presshärten erfolgt vorzugsweise in einer Vorrichtung, in welcher die zumindest bereichsweise Warmumformung durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung in mindestens einem Bereich, in dem das Presshärten umgesetzt werden soll, insbesondere aktiv gekühlt wird, so dass eine rasche Abkühlung, insbesondere unterhalb von Mf (Martensit-Finish) durch Kontakt mit einem Werkzeug, insbesondere mit dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche bewirkt wird, um Austenit in ein hartes Gefüge, welches insbesondere überwiegend Martensit und/oder Bainit aufweisen kann, umzuwandeln. Die erforderlichen Abkühlraten können in Abhängigkeit von dem gewünschten Gefüge ebenfalls aus ZTU-Schaubildern entnommen werden. Bei der Auswahl der härtbaren Stahlwerkstoffe in Verbindung mit der indirekten Warmumformung können konventionelle Fertigungsstraßen weiterhin genutzt werden und damit verbunden kostengünstig Einzelkomponenten für die Räderherstellung hergestellt werden, da die härtbaren Stahlwerkstoffe in ihrem Anlieferungszustand respektive kalten Verarbeitungszustand moderate Festigkeiten aufweisen, die mit den konventionell verwendeten Stahlwerkstoffen vergleichbar sind und dadurch vergleichbare, geeignete Verformungseigenschaften besitzen, 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 Stahlblech 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 CIO, C15, C22, C35, C45, C55, C60 42CrMo4, ein man- ganhaltiger Stahl, insbesondere der Güte 8MnCrB3, 16MnB5, 16MnCr5, 17MnB3, 20MnB5, 22MnB5, 30MnB5, 37MnB4, 37MnB5, 40MnB4 oder ein lufthärtender Stahl, ein ölhärtender Stahl oder ein mehrschichtiger Stahl-Werkstoffverbund, beispielsweise mit drei Stahllagen, von denen mindestens eine der Lagen härtbar ist, sein.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Durchmesser des Zentralbereichs der tellerförmigen Vorform größer als der Lochkreisdurchmesser. Durch den vorzugsweise im Wesentlich eben ausgeführten Zentralbereich können auf einfache Weise die Anbindungslöcher, insbesondere in einer Ebene, durch einen einfachen apparativen Aufbau eingebracht werden. Die Anbindungslöcher können während und/oder nach dem Drückwalzen eingebracht werden, wobei deren Anzahl maximal 10, insbesondere maximal 8, vorzugsweise maximal 6, vorzugsweise 4 oder 5 beträgt.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird derZentralbereich im Wesentlichen eben und mit einer Tiefe von mindestens 50%, insbesondere mindestens 65%, vorzugsweise mindestens 80% bezogen auf den höchsten Punkt der (finalen) Radschüssel beabstandet geformt. Es ist von Vorteil, wenn hohe Verformungsgrade respektive hohe Verformungstiefen, welche sich insbesondere nah an der Zieltiefe orientieren, kalt vorzuformen, da bei einer Warmumformung im Vergleich zur Kaltumformung je nach Komplexität, insbesondere je nach Verformungstiefe, die Gefahr eine Ausdünnung viel höher ist. Des Weiteren können durch die Erwärmung, insbesondere durch die Austenitisierung für die nachgelagerte Warmumformung kombiniert mit Presshärten, insbesondere nur durch Presshärten, mögliche Kaltverfestigungen, eingebracht durch die Kaltumformung, insbesondere zum Teil, beispielsweise vollständig wieder abgebaut werden. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Zentralloch, welches insbesondere von den Anbindungslöchern umgeben ist, während und/oder nach dem Drückwalzen, insbesondere zeitgleich oderzeitversetzt mit dem Einbringen der Anbindungslöcher, eingebracht. Das Zentralloch kann dabei eine oder mehrere Funktionen erfüllen. Zum einen kann es zur späteren Positionierung an eine Radnabe und/oder in einer Vorrichtung zum Warmumformen und Presshärten (Warmumform- und Presshärtewerkzeug) und/oder als Entlastungsloch insbesondere für den Materialfluss während der Formgebung dienen. Das Zentralloch kann auch einen abgewinkelten Flansch beispielsweise in Form eines Kragens, abschnittsweise oder vollständig umlaufend um das Zentralloch aufweisen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Bereich an der Radschüssel nicht pressgehärtet. Beispielsweise ist der Radschüssellappen der Radschüssel 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 Wärmeeinflusszone zu reduzieren, welche sich beim Vorliegen eines Härtegefüges ausbilden und eine metallurgische Kerbe definieren würde, die eine ausreichende Betriebsfestigkeit und/oder Stabilität des Gesamtrades nicht mehr sicherstellen könnte. Zudem kann es vorteilhaft sein, eine gewisse Duktilität im Bereich der Anbindung der Radschüssel vorzusehen, da bevorzugt ein Einpressen der Radschüssel erfolgt, welche bei einer zu geringen lokalen Verformbarkeit eine Vorschädigung bedingen könnte, welche unerwünscht ist.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades, wobei ein Felgenring und eine erfindungsgemäß hergestellte Radschüssel bereitgestellt werden, wobei die Radschüssel Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an den Felgenring angebunden wird. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausführungen zur Herstellung der Radschüssel verwiesen.
Der bereitgestellte Felgenring ist vorzugsweise aus einem Halbzeug aus Stahlblech hergestellt, 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 eine seitliche Darstellung einer tellerförmigen Vorform, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer tellerförmigen Vorform, sowie ein angedeuteter
Verlauf der Kontur einer speichenförmigen Radschüsselvorform,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Radschüssel und
Fig. 4 ein Ablaufschema zur Herstellung eines Fahrzeugrades.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In Figur 1 ist in einer seitlichen Darstellung eine tellerförmige Vorform (1) zur Herstellung einer Radschüssel (3) gezeigt. Aus einem Halbzeug, welches vorzugsweise als ebene Stahlblech-Platine aus einem härtbaren Stahlwerkstoff bereitgestellt wird, wobei vorzugsweise die Blechdicke des Halbzeugs zwischen 2,5 und 10 mm liegt, wird erfindungsgemäß durch ein Drückwalzen eine optimale, tellerförmige Vorform (1) hergestellt, welche einen definierten Querschnitt und/oder eine definierte Kontur und/oder optional eine Blechdickenverteilung, insbesondere mit gezielter Materialeinbringung, aufweisen kann. Das härtbare Stahlblech hat einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,08 Gew.-%. Das Drückwalzen erfolgt erfindungsgemäß derart, dass an der tellerförmigen Vorform (1) ein mittiger Zentralbereich (1.1) mit einem Durchmesser (Dz) und einem umlaufenden Kantenrand (1.2) geformt wird, wobei die tellerförmige Vorform (1) einen zwischen dem Zentralbereich (1.1) und dem umlaufenden Kantenrand (1.2) radial in Richtung des Kantenrands (1.2) divergierenden Verlauf (1.4) aufweist. Der Zentralbereich (1.1) der tellerförmigen Vorform (1) definiert den späteren Innenbereich (3.6) respektive Radanlagebereich (3.1) der finalen Radschüssel (3). Des Weiteren wird der Zentralbereich (1.1) im Wesentlichen eben und mit einer Tiefe (Tz) von mindestens 50%, bezogen auf den höchsten Punkt der (finalen) Radschüssel (3) beabstandet geformt.
Figur 2 zeigt die tellerförmige und drückgewalzte Vorform (1) aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei im Zentralbereich (1.1) bereits ein Zentralloch (1.3) vorgesehen ist, welches im Zuge oder nach Abschluss des Drückwalzens der tellerförmigen Vorform (1) eingebracht wurde. In Figur 2 sind zudem die Konturen der zu erstellenden speichenförmigen Radschüsselvorform (2) skizziert. Angedeutet sind der Innenbereich (2.6) und der Außenbereich (2.8) und der mit den beiden Bereichen (2.6, 2.8), insbesondere einstückig, verbundene Mittenbereich (2.7). Insbesondere erfolgt im Mittenbereich (2.7) ein Stanzen zur Ausbildung einer Vorform der Speichen (2.4), zeitgleich oder zeitversetzt zum Kaltumformen dertellerförmigen Vorform (1) in eine speichenförmige Radschüsselvorform (2). Die Vorform derSpeichen (2.4) verlaufen im Wesentlichen radial, insbesondere einstückig, vom Innenbereich (2.6) zum Außenbereich (2.8), wobei in diesem Beispiel jeweils 5 Speichenpaare (2.4) skizziert sind. Aus der tellerförmigen Vorform (1) respektive im divergierenden Verlauf (1.4) der tellerförmigen Vorform (1) werden jeweils zwischen den einzelnen Speichenpaaren (2.4) jeweils eine erste Öffnung (2.10), welche eine im Wesentli- chen ovale Form aufweist, und zeitgleich oder zeitversetzt jeweils eine zweite Öffnung (2.9), welche die Speichenpaare (2.4) voneinander beabstandet und eine im Wesentlichen dreieckförmige Form aufweist, ausgestanzt. Zeitgleich oder zeitversetzt können auch die skizzierten Anbindungslöcher (2.3) im Innenbereich (2.6), welche um die Zentralöffnung (2.5) mit einer Anzahl von maximal 10, in diesem Beispiel 5 Anbindungslöcher (2.3) vorgesehen sind, eingestanzt werden. Der Durchmesser (Dz) des Zentralbereichs (1.1, 2.1) ist größer gewählt als der Lochkreisdurchmesser (DJ, insbesondere derart bemessen, dass die Anbindungslöcher (2.3) in einer Ebene gestanzt bzw. eingebracht werden können, was eine vereinfachte Prozessführung darstellt. Die Form respektive die Ausgestaltung der Vorform der Speichen (2.4) erfolgt vorzugsweise im Zuge der Kaltumformung und insbesondere nach dem Einbringen der Öffnungen (2.9, 2.10). Zur Erstellung eines anspruchsvollen Designs steht ausreichend Material im divergierenden Verlauf (1.4) der tellerförmigen Vorform (1) zur Verfügung, so dass im Zuge der Kaltumformung enge Radien, insbesondere im Bereich der Speichen (2.4) umsetzbar sind, ohne zu einer kritischen Blechausdünnung zu gelangen, so dass beispielsweise Speichen (2.4) mit einem im Wesentlichen u-förmigen Querschnitt mit im Wesentlichen engen Radien darstellbar sind.
Ist die speichenförmige Radschüsselvorform (2) erstellt, wird die speichenförmige Radschüsselvorform (2) mittels geeigneten Mitteln (nicht dargestellt), beispielsweise in einem Durchlaufofen, zumindest teilweise oder vollständig auf eine Temperatur von mindestens ACi, vorzugsweise von mindestens AC3, erwärmt bzw. durchwärmt, wobei die warme Radschüsselvorform anschließend zumindest bereichsweise warm umgeformt und/oder zumindest teilweise pressgehärtet wird (nicht dargestellt). Andere Mittel zur Erwärmung, wie beispielsweise radiativ, konduktiv, induktiv, einzeln oder in Kombination, können ebenfalls zur Anwendung kommen.
Die warme Radschüsselvorform (nicht dargestellt) wird vorzugsweise in einer geeigneten Vorrichtung, insbesondere in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug (nicht dargestellt), welches die Kontur respektive Geometrie der finalen Radschüssel (3) aufweist, durch entsprechendes Einwirken der Wirkflächen des Werkzeugs von der warmen Radschüssel (2) in die Endgeometrie der Radschüssel (3) überführt, zumindest bereichsweise warm umgeformt und/oder zumindest teilweise pressgehärtet. Durch das vorzugsweise zumindest teilweise Presshärten entsteht zumindest teilweise in der Radschüssel (3) ein Härtegefüge, durch welches eine hohe Maßhaltigkeit durch Vermeidung von Rückfederung sowie Betriebsfestigkeit erreicht werden kann. Die Vorrichtung (Warmumform- und Presshärtewerkzeug, nicht dargestellt) kann Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung aufweisen, insbesondere um eine Werkzeugerwärmung zu vermeiden und ein zumindest teilweises Presshärten der Radschüssel (3) sicherzustellen. Die warme Radschüsselvorform (2) respektive die zu erzeugende Radschüssel (3) 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 Mf-Tem- peratur, wieder entnommen. 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 kathodischerTauchlackierung (KTL) zur Einstellung eines vorgegebenen Korrosionsschutzes.
In Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Radschüssel (3) gezeigt. Die Draufsicht entspricht der Darstellung der sogenannten Hinterseite der Radschüssel (3), welche im montierten Zustand nicht sichtbar ist. Die Radschüssel (3) weist einen Außenbereich (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) mit einer Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an eine Radnabe eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) vorgesehen sind und dadurch einen Lochkreisdurchmesser (DJ abbilden, und einen den Außen- (3.8) und den Innenbereich (3.6) verbindenden Mittenbereich (3.7), in welchem mehrere Speichen (3.4) in radialer Ausrichtung vorgesehen sind, auf.
Der Radschüssellappen (3.81) kann im Zuge der Kaltumformung zur Erstellung der speichenförmigen Radschüsselvorform (2) und/oder im Zuge der Warmumformung zur Erstellung der Radschüssel (3) als Teil des Außenbereichs (2.8, 3.8) abgestellt worden sein, wobei in diesem Beispiel der umlaufende Kantenrand (3.2) aus der Darstellungsebene zeigend ausgeführt ist. Die Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche der Anbindungslöcher (2.3, 3.3) sind im Innenbereich (2.6, 3.6) im Zuge der Kaltumformung zur Erstellung der speichenförmigen Radschüsselvorform (2) und/oder im Zuge der Warmumformung zur Erstellung der Radschüssel (3) ausgeformt worden. 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 umlaufend um das Zentralloch (3.5) aufweisen. Auch die Form der Öffnungen (3.9, 3.10), welche zum einen als Belüftungslöcher fungieren, können zum anderen kombiniert mit der Ausgestaltung der Speichen (3.4) Einfluss auf die Designgestaltung nehmen. Figur 4 zeigt ein Ablaufschema zur Herstellung eines Fahrzeugrades (5), wobei zunächst eine erfindungsgemäß hergestellte Radschüssel (3) und ein Felgenring (4) bereitgestellt werden. Der Felgenring (4) kann aus einem Halbzeug aus Stahlblech bestehen, welcher durch Kaltumformen und/oder Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten hergestellt 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 für Personenfahrzeuge mit anspruchsvollem Design herstellbar. Die einzelnen in den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale sind auch untereinander bzw. miteinander kombinierbar. Die Radschüssel (3) kann vollständig oder nur teilweise pressgehärtet sein, beispielsweise nur im Innenbereich (3.6) und Mittenbereich (3.8) der Radschüssel (3). Vorzugsweise erfolgt im Außenbereich (3.8) der Radschüssel (3) respektive am Radschüssellappen (3.81), welcher insbesondere zur zumindest stoffschlüssigen Anbindung an einen Felgenring (4) dient, kein Presshärten, 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 pressgehärtet sein.
Die einzelnen Formgebungsschritte Drückwalzen, Lochen, Stanzen kombiniert mit Kaltumformen, Warmumformen kombiniert mit zumindest teilweise Presshärten kann jeweils in einem als auch in mehreren Schritten bzw. jeweils in einem oder mehreren Vorrichtungen (Werkzeugen) erfolgen, jeweils abhängig vom Grad der Komplexität sowie zu erstellenden Designs.
Die hergestellten Fahrzeugräder (5) werden bevorzugt in Personenkraftwagen, ob mit Verbrennungsmotor 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), 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) mit einer Lochgeometrie und/oder Anbindungssitzfläche zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades (5) an eine Radnabe eines Fahrzeugs vorgesehen sind und dadurch einen Lochkreisdurchmesser (DJ abbilden, und einen den Außen- (3.8) und den Innenbereich (3.6) verbindenden Mittenbereich (3.7), in welchem mehrere Speichen (3.4) in radialer Ausrichtung vorgesehen sind, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Halbzeugs aus einem härtbaren Stahlblech,
- Drückwalzen des Halbzeugs in eine tellerförmige Vorform (1), derart, dass an der tellerförmigen Vorform (1) ein mittiger Zentralbereich (1.1) mit einem Durchmesser (Dz) und einem umlaufenden Kantenrand (1.2) geformt wird, wobei die tellerförmige Vorform (1) einen zwischen dem Zentralbereich (1.1) und dem umlaufenden Kantenrand (1.2) radial in Richtung des Kantenrands (1.2) divergierenden Verlauf (1.4) aufweist,
- Kaltumformen der tellerförmigen Vorform (1) in eine speichenförmige Radschüsselvorform (2),
- zumindest teilweises oder vollständiges Erwärmen der speichenförmigen Radschüsselvorform (2) auf eine Temperatur von mindestens ACi und anschließendes zumindest bereichsweise War- mumformen und/oderzumindest teilweisen Presshärten zu einer Radschüssel (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbzeug als ebene Stahlblech-Platine bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Blechdicke des Halbzeugs 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 Durchmesser (Dz) des Zentralbereichs (1.1) der tellerförmigen Vorform (1) größer als der Lochkreisdurchmesser (DJ ist.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Zentralbereich (1.1) im Wesentlichen eben und mit einerTiefe (Tz) von mindestens 50%, insbesondere mindestens 65%, vorzugsweise mindestens 80% bezogen auf den höchsten Punkt der Radschüssel (3) beabstandet geformtwird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Blechdickenunterschied entlang des Querschnitts der tellerförmigen Vorform (1) vorliegt, welcher maximal 50%, insbesondere maximal 35%, vorzugsweise maximal 20% beträgt.
7. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Anbindungslöcher (2.3, 3.3) während und/oder nach dem Drückwalzen eingebracht werden und deren Anzahl maximal 10, insbesondere maximal 8, vorzugsweise maximal 6 beträgt.
8. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Zentralloch (2.5, 3.5), welches insbesondere von den Anbindungslöchern (2.3, 3.3) umgeben ist, während und/oder nach dem Drückwalzen, insbesondere zeitgleich oder zeitversetzt mit dem Einbringen der Anbindungslöcher (2.3, 3.3), eingebracht wird.
9. Verfahren nach einem dervorgenannten Ansprüche, wobei ein Stanzen zur Ausbildung einer Vorform der Speichen (2.4) zeitgleich oder zeitversetzt zur Kaltumformung der tellerförmigen Vorform (1) in eine speichenförmige Radschüsselvorform (2) erfolgt.
10. 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.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Bereich an der Radschüssel, insbesondere der Radschüssellappen (3.81) an der Radschüssel (3) nicht pressgehärtet wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades (5), wobei eine Radschüssel (3) und ein Felgenring (4) bereitgestellt werden, wobei die Radschüssel (3) Stoff-, kraft- und/oderformschlüssig an den Felgenring (4) angebunden wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Radschüssel (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
PCT/EP2019/065440 2018-06-19 2019-06-13 Verfahren zur herstellung einer radschüssel WO2019243148A1 (de)

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