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Title:
METHOD FOR PRODUCING A WHEEL DISC
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/145032
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for producing a wheel disc (1"") for a vehicle wheel, comprising an inner region (2) with a wheel contact region (2.1), in which wheel bolt holes (2.3) with a wheel bolt hole geometry and/or a wheel bolt seat face (2.31) are provided, an outer region (3) with a wheel disc lug (3.1) for attachment to a rim, and a middle region (4) connecting the outer and inner region (2.3). The invention further relates to a method for production of a vehicle wheel of this kind.

Inventors:
PIERONEK, David (Derner Kippshof 39, Dortmund, 44329, DE)
DAMS, Rolf (Constantinstr. 6, Bochum, 44809, DE)
STRICK, Werner (Zum Prinzenwäldchen 1 C, Schwerte, 58239, DE)
GRAFF, Stéphane (Hansastraße 47, Unna, 59425, DE)
Application Number:
EP2018/051797
Publication Date:
August 01, 2019
Filing Date:
January 25, 2018
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (Kaiser-Wilhelm-Straße 100, Duisburg, 47166, DE)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
B21D53/32; B21D35/00; B21D37/16; B23G1/00
Domestic Patent References:
WO2008034564A12008-03-27
Foreign References:
DE102014108901B32015-10-01
US20070101787A12007-05-10
US20100056284A12010-03-04
DE102013114245B32015-05-21
DE112007000239T52008-12-24
JP2011255723A2011-12-22
DE102007019485A12008-11-06
DE102013114245B32015-05-21
DE102014108901B32015-10-01
DE112007000239T52008-12-24
EP2495110A12012-09-05
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich mit einem Radanlagebereich, in welchem Radschraubenlöcher mit einer Radschraubenlochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche vorgesehen sind, einen Außenbereich mit einem Radschüssellappen zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich verbindenden Mittenbereich, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platine aus einem härtbaren Stahl- werkstoff,

- Kaltumformen der Platine in eine schüsselförmige Vorform, wobei optional die schüsselförmige Vorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird,

- Kaltumformen der schüsselförmigen Vorform in eine speichenförmige Radschüssel- vorform, wobei optional die speichenförmige Radschüsselvorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird,

- Erwärmen der speichenförmigen Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens ACl und anschließendes Warmumformen mit zumindest teilweisen Presshärten, wobei die Radschraubengeometrie und/oder die Radschrauben- sitzfläche der Radschraubenlöcher während der Warmumformung ausgeformt und/oder kalibriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kaltumformung der schüsselförmigen Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Formstanzen in mindestens einem Werkzeug aufweisend mindestens ein erstes Werkzeugteil und mindestens ein zweites Werkzeugteil erfolgt, die schüsselförmige Vorform auf dem zweiten Werkzeugteil platziert wird, durch Zufahren des Werkzeugs zunächst der Innenbereich des ersten Werkzeugteils bereichsweise in Kontakt mit dem zu erzeugenden Radanlagebereich an der schüsselförmigen Vorform gelangt und vor Erreichen des unteren Totpunktes der Außenbereich der zu erzeugenden speichenförmigen Radschüsselvorform zwischen den Außenbereichen der beiden Werkzeugteilen form- und/oder kraftschlüssig ge- halten wird und im unteren Totpunkt des Werkzeugs die speichenförmige Rad- schüsselvorform ausgeformt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kaltumformung der schüsselförmigen Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Streck- und/oder Tiefziehen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei vor, während oder nach dem Erzeugen der schüsselförmigen Vorform oder der speichenförmigen Radschüsselvorform mindestens ein Loch eingebracht wird.

5. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Mittenloch vor, während oder nach dem Erzeugen der schüsselförmigen Vorform eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mehrere Belüftungslöcher und/oder mehrere Radschraubenlöcher vor, während oder nach dem Erzeugen der speichenförmigen Radschüsselvorform eingebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei während der Erzeugung der speichenförmigen Radschüsselvorform ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform eine Ausformung ein zumindest ab- schnittsweise um die Belüftungslöcher umlaufender Kragen und/oder ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform endkonturnah geformt werden.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Presshärten zumindest im Radanlagebereich der Radschüssel erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten in einem Arbeitshub erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die schüsselförmige Vorform und/oder die speichenförmige Radschüsselvorform und/oder die Radschüssel einem Beschnitt und/oder einem zumindest bereichsweise Nachformen, insbesondere einem zumindest bereichsweise Kalibrieren unterzogen werden.

13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Stahlwerkstoff mit mindestens 0, 10 Gew.-%, insbesondere mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,22 Gew.-% Kohlenstoffgehalt verwendet wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades umfassend die Schritte:

- Bereitstellen einer Radschüssel, hergestellt nach einem der vorgenannten Ansprüche,

- Bereitstellen einer Felge, welche aus einem Stahlwerkstoff kaltumgeformt ist,

- Unlösbares Verbinden der Felge mit der Radschüssel.

Description:
Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich mit einem Radanlagebereich, in welchem Radschraubenlöcher mit einer Radschraubenlochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche vorgesehen sind, einen Außenbereich mit einem Radschüssellappen zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich verbindenden Mittenbereich.

Technischer Hintergrund

Fahrzeugräder bzw. Kraftfahrzeugräder sind Sicherheitsbauteile und müssen daher die hohen mechanischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen im Fährbetrieb dauerfest auf- nehmen können. Konventionelle „Stahlräder“ in Blechbauweise bestehen aus einer Rad- schüssel (Radscheibe), welche die Verbindung zur Radnabe sicherstellt und einer Felge (Felgenband), welche den Reifen aufnimmt. Die Radkomponenten werden heutzutage auf Stufenpressen in mehreren Schritten (bis zu elf Stufen) durch Kaltumformung (Tiefziehen, Drückwalzen, Profilieren) gefertigt. Dabei kommen bisher ausschließlich mikrolegierte Stähle (Baustahl, Feinkornstahl) und Dualphasen-Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa zum Einsatz. Als Fügetechnik wird vorzugsweise eine MAG- Schweißung in Kombination mit einer Pressverbindung (Tiefbettfelge) vorgesehen.

Das Gewicht der Fahrzeugräder wirkt sich als rotatorisch-bewegte Masse überproportional auf den Energieverbrauch der Fahrzeuge sowie zusätzlich auch auf die ungefederten Massen aus. Daher ist generell ein möglichst geringes Fahrzeugradgewicht bei idealerweise hoher Steifig keit anzustreben. Gegenüber konventionell hergestellten Fahrzeugrädern kann weiteres Leichtbaupotenzial mit Stahl erschlossen werden, wenn zum einen Material mit höherer Festigkeit bzw. Schwingfestigkeit zur sicheren Aufnahme der Betriebslasten verwendet wird, und zum anderen Geometrieanpassungen, wie z.B. Verprägungen zur Kompensierung der Steifigkeitsverluste aufgrund geringeren Materialdicken umgesetzt werden können. Mit ansteigender Materialfestigkeit nimmt aber in der Regel auch die Kaltumformbarkeit konventioneller Stähle (Kohlenstoffstahl) ab, welche schon bei heutigen Radschüsseln annähernd ausgereizt ist. Somit stößt der Leichtbau mit kaltumformbaren und höherfesten Stählen auf Basis heutiger Fertigungskonzepte für Räder an technische Grenzen. Neben dem Gewicht der Räder spielt zudem 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 Warm- umformen 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 Ein- beziehung einer vorangehenden Wärmebehandlung des Werkstücks, beispielsweise in einem separaten Ofen erfolgen, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, insbesondere das Warmumformen und Presshärten von Stahlblech. Allerdings ist der Einsatz der Warm- umformung für maßgeblich zyklisch-belastete Bauteile aus Stahlblech, wie z.B. Querlenker, Räder, Achsträger, im automobilen Fahrzeugbau bisher nicht etabliert.

Als Stand der Technik zur (Blech-)Warmumformung von Personenkraftwagenräder bezieh- ungsweise entsprechenden Radschüsseln, welche zumindest bereichsweise pressgehärtet sein können, wird auf 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 nach der Warmumformung beziehungsweise Presshärtung sowie entsprechenden Verfahrensschritten beziehungsweise Vorrichtungen zur Darstellung von Standard-Stahlrädern ohne Designanspruch, welche in der Regel hinsichtlich der Kontur außerhalb des Radanlagebereichs (Mitten- und Außenbereich) rotations- symmetrisch ausgeführt sind.

Aus den Druckschriften DE 11 2007 000 239 T5 sowie EP 2 495 110 Bl sind Verfahren zur Herstellung designoptimierter und/oder speichenförmiger Radschüsseln aus Stahlblech für Fahrzeugräder durch mehrstufige Kaltumformung mit entsprechenden Vorrichtungen bekannt. Nachteilig sind bei diesen bekannten Verfahren die resultierende „hohe“ Blechdicke der Radschüssel, welche aufgrund der großflächigen Belüftungslöcher strukturell erforderlich ist (ca. 5, 0-6,0 mm) sowie die Limitierung hinsichtlich weiterer Designoptimierungen aufgrund der fast vollständig ausgebrauchten Umformreserve. Auch der mehrstufige Kaltumform- prozess zur Herstellung designoptimierter und/oder speichenförmiger Radschüsseln ist nicht trivial.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Rad- schüsseln für Stahlräder anzugeben, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugrädern, welche eine höhere Designfreiheit, Steifigkeit, Gewichtsreduzierung, Betriebsfestigkeit und Sicherheit gewährleisten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Schwingfestigkeitsuntersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass härtbare Stahlwerkstoffe mit einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur, wie zum Beispiel Mangan-Bor-, Vergütungs- und lufthärtende Stähle, gegenüber den konventionell verwendeten Dualphasen- und mikrolegierten Stählen eine deutlich gesteigerte zyklische Biegewechselfestigkeit aufweisen und damit prinzipiell weiteren Leichtbau durch Blech- dickenreduzierung, insbesondere der Radschüssel, ermöglichen. Zudem kann durch die mögliche Blechdickenreduzierung positiv Einfluss auf das Design der Radschüssel genommen werden, da Radien kleiner dimensioniert werden können und damit das generelle Design anspruchsvoller gestaltet werden kann. Einschränkend haben die Erfinder festgestellt, dass die Verarbeitungsmöglichkeiten, insbesondere bei der direkten Warmumformung von Radschüsseln nicht ausreichend sind, um insbesondere designoptimierte und/oder speichenförmige Radschüsseln mit akzeptabler Blechausdünnung zu erzeugen. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, eine im Wesentlichen ebene Platine aus einem härtbaren Stahlwerkstoff (Stahlblech) bereitzustellen, diese in eine schüsselförmige Vorform kalt umzuformen, wobei optional die schüsselförmige Vorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird, die schüsselförmige Vorform in eine speichenförmige Radschüssel- vorform kalt umzuformen, wobei optional die speichenförmige Radschüsselvorform vor, während oder nach ihrer Herstellung gelocht wird, dann die speichenförmige Rad- schüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens A Cl zu erwärmen, um sie anschließend warm mit zumindest teilweisen Presshärten aus- oder umzuformen.

Erfindungsgemäß werden die Radschraubengeometrie und/oder die Radschraubensitzfläche der Radschraubenlöcher während der Warmumformung ausgeformt und/oder kalibriert. Während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform erfolgt eine Aus- formung und/oder Kalibrierung der Radschraubenlöcher, wobei unter Ausformung eine Erzeugung eines im Wesentlichen kegel- bzw. kugelförmigen Radschraubensitzfläche, welche insbesondere zur Aufnahme eines Bolzens oder Schraube zur lösbaren Anbindung des Fahrzeugrades an einen Radträger, insbesondere in Verbindung mit einer Massivumformung des Radschraubenloches, zu verstehen ist. Durch die Massivumformung wird eine am Rand des Radschraubenlochs im Wesentlichen umlaufende Fase erzeugt, wobei die erforderliche Kraft zur Massivumformung sowie Umformbarkeit bei der Warmumformung im Vergleich zur Kaltumformung geringer ist.

Bei der Temperatur A Cl beginnt das Gefüge in Austenit umzuwandeln und liegt insbesondere vollständig austenitisch vor, wenn die Temperatur A C3 überschritten wird. Bevorzugt wird die speichenförmige Radschüsselvorform auf eine Temperatur von mindestens A C3 erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge vorliegt. AQ und Ac 3 sind Kennwerte, welche abhängig von der Zusammensetzung (Legierungsbestandteile) des verwendeten Stahlwerkstoffs sind und aus sogenannten ZTA- bzw. ZTU-Schaubildern entnommen werden können. Das zumindest teilweise Presshärten erfolgt vorzugsweise in einem Werkzeug, in welchem die Warmumformung durchgeführt wird, wobei das Werkzeug, welches beispielsweise aus mindestens zwei Werkzeugteilen, insbesondere mindestens einem oberen und mindestens einem unteren Werkzeugteil, besteht, wobei mindestens ein Bereich, in dem das Presshärten umgesetzt werden soll, insbesondere aktiv gekühlt wird, so dass eine rasche Abkühlung durch Kontakt mit dem Werkzeugteil, insbesondere mit dessen Werk- zeugoberfläche/-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 den ZTU-Schaubildern entnommen werden.

Unter Warmumformung ist insbesondere eine Überführung der speichenförmigen Rad- schüsselvorform in die gewünschte Endgeometrie (Sollgeometrie) der Radschüssel zu verstehen. In Kombination mit einem zumindest teilweisen Presshärten wird ein finales Bauteil mit finalen mechanischen Eigenschaften und zumindest teilweise überwiegend marten- sitischer und/oder bainitischer Gefügestruktur der Radschüssel bereitgestellt. Bei Bedarf kann die Radschüssel auch vollständig pressgehärtet sein.

Unter Kalibrieren sind insbesondere geeignete Maßnahmen zu verstehen, welche zur Verbesserung der Maßhaltigkeit beziehungsweise Einhaltung von Toleranzen bewirken. Auch eine„reine“ Presshärtung ist denkbar.

Gemäß einer Ausführung erfolgt die Kaltumformung der schüsselförmigen Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Formstanzen (Crashforming) in mindestens einem Werkzeug aufweisend mindestens ein erstes Werkzeugteil und mindestens ein zweites Werkzeugteil. Dabei wird die schüsselförmige Vorform auf dem zweiten Werkzeugteil platziert, insbesondere steht der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform zumindest bereichsweise formschlüssig in Kontakt mit dem Außenbereich des zweiten Werkzeugteils, insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche. Das erste Werkzeugteil kann einem oberen Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil einem unteren Werkzeugteil des Werkzeugs entsprechen. Durch Zufahren des Werkzeugs gelangt zunächst der Innenbereich des ersten Werkzeugteils, insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche, bereichsweise in Kontakt mit dem zu erzeugenden Radanlagebereich an der schüsselförmigen Vorform und vor Erreichen des unteren Totpunktes wird der Außenbereich der zu erzeugenden speichen- förmigen Radschüsselvorform zwischen den Außenbereichen der beiden Werkzeugteile, insbesondere deren Werkzeugoberflächen/-wirkflächen, form-und/oder kraftschlüssig gehalten. Durch den form- und/oder kraftschlüssigen Kontakt im Außenbereich kann ein Materialfluss/-verlagerung nach außen verhindert bzw. gehemmt werden, so dass gezielt eine Verlagerung des Materials respektive ein Materialfluss von außen nach innen, insbesondere in den kritischen Radschüsselbereich erfolgen kann. Dadurch kann eine kritische Blechaus- dünnung respektive Reduzierung der Materialdicke insbesondere im zu erzeugenden Innen- bereich und/oder Mittenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform im Wesentlichen verhindert werden, welche zu Reißern und damit zum Ausschuss führen könnte. Durch diese Vorgehensweise mit gezielter Materialverlagerung von außen nach innen sind anspruchsvolle Fahrzeugrad-Designs überhaupt erst möglich, da einer vorzeitigen Blechausdünnung entgegengewirkt werden kann. Im unteren Totpunkt des Werkzeugs ist die speichenförmige Radschüsselvorform ausgeformt.

Alternativ kann die schüsselförmige Vorform in die speichenförmige Radschüsselvorform durch Streck- und/oder Tiefziehen erfolgen.

Gemäß einer Ausführung wird vor, während oder nach dem Erzeugen der schüsselförmigen Vorform oder der speichenförmigen Radschüsselvorform mindestens ein Loch eingebracht. Vorzugsweise wird ein Mittenloch vor, während oder nach dem Erzeugen der schüssel- förmigen Vorform eingebracht. Das Mittenloch dient nicht nur zur späteren Zentrierung eines fertigen Fahrzeugrades bei der Montage an einen fahrzeugseitigen Radträger, sondern ermög- licht eine Entlastung des Materials bei der Kaltumformung zu einer speichenförmigen Rad- schüsselvorform, insbesondere bei der Ausformung des Innenbereichs der speichenförmigen Radschüsselvorform. Beispielsweise wird während der Erzeugung der speichenförmigen Radschüsselvorform ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt, insbesondere um den Kontaktbereich/-fläche zwischen der Radschüssel und dem Radträger bzw. dessen Nabe zu erhöhen.

Vorzugsweise werden mehrere Belüftungslöcher und/oder mehrere Radschraubenlöcher vor, während oder nach dem Erzeugen der speichenförmigen Radschüsselvorform, insbesondere vor der Warmumformung eingebracht. Dadurch lassen sich bereits vorhandene Werkzeuge nutzen und ein Beschnitt respektive Lochen wird nicht im Warmumformzeug integriert, um die Komplexität der Warmumformwerkzeuge und der Prozessführung nicht unnötig zu erhöhen. Besonders bevorzugt werden die Belüftungslöcher derart eingebracht, dass sich eine speichenförmige Radschüsselvorform respektive Radschüssel ergibt. Insbesondere sind die speichenförmige Radschüsselvorform respektive die Radschüssel nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet.

Gemäß einer Ausführung werden während der Warmumformung ein zumindest abschnitts- weise um das Belüftungsloch umlaufender Kragen abgestellt, wodurch die Bauteilsteifigkeit erhöht und Kantenrissneigung im Betrieb reduziert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein um das Mittelloch umlaufender Kragen abgestellt und/oder kalibriert werden, falls der Kragen noch nicht im Zuge der Kaltumformung zu der Radschüsselvorform erzeugt wurde. Zusätzlich kann durch die Warmumformung zudem die Maßhaltigkeit und Formtoleranz verbessert werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Warmumformung mit zumindest teil- weisen Presshärten in einem Arbeitshub. Durch die Konzentration der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten in einem Werkzeug fallen im Vergleich zu mehreren Werk- zeugen bzw. Operationsstufen geringere Investitionskosten an.

Gemäß einer Ausgestaltung wird bzw. werden der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Rad- schüsselvorform endkonturnah geformt. Dadurch entspricht bzw. entsprechen der Außen- bereich der schüsselförmigen Vorform oder der Außenbereich und/oder der Innenbereich der speichenförmigen Radschüsselvorform im Wesentlichen dem Außenbereich und/oder Innen- bereich der fertigen bzw. finalen Radschüssel. Dies hat den Vorteil, dass ein nachträglicher Beschnitt insbesondere an der fertigen bzw. finalen Radschüssel entfallen kann. Alternativ kann, je nach Toleranzvorgabe, ein Bauteilrand, insbesondere der Außenbereich der schüsselförmigen Vorform bzw. der speichenförmigen Radschüsselvorform mit einem verbleibenden Flansch insbesondere gezogen werden, wobei in einer nachgelagerten Operation durch Umformung und/oder Beschnitt die speichenförmige Radschüsselvorform respektive Radschüssel in die Endgeometrie überführt werden kann.

Gemäß einer Ausführung erfolgt das Presshärten zumindest im Radanlagebereich der Rad- schüssel. Liegt zumindest im Radanlagebereich der Radschüssel ein überwiegend marten- sitisches und/oder bainitisches Gefüge vor, führt dies vorteilhaft zu einer hohen zyklischen Biegewechselfestigkeit im versagenskritischen Bereich und ermöglicht hohe Vorspannkräfte der Radschrauben bzw. -bolzen, welche sich besonders positiv auf die Betriebsfestigkeit auswirkt. Das Presshärten kann an der gesamten Radschüssel oder abschnittsweise erfolgen, beispielsweise nur am Innenbereich oder am Innenbereich und Mittenbereich der Rad- schüssel, je nach Auslegung des Fahrzeugrades. Bevorzugt wird der Außenbereich der Rad- schüssel nicht vollständig bzw. gar nicht pressgehärtet, so dass insbesondere der Rad- schüssellappen beim Verbinden vorzugsweise mittels Schweißen keinen Härteverlust in der Schweißnaht respektive in der ausgebildeten Wärmeeinflusszone erfährt, da ein sogenannter Härtesack wie eine metallurgische Kerbe wirkt und somit eine sichere Betriebsfestigkeit des Fahrzeugrads nicht mehr gewährleistet werden könnte.

Gemäß einer Ausführung kann die schüsselförmige Vorform und/oder die speichenförmige Radschüsselvorform und/oder die Radschüssel einem Beschnitt und/oder einem zumindest bereichsweise Nachformen, insbesondere einem zumindest bereichsweise Kalibrieren unter- zogen werden. Insbesondere erfolgt ein Beschnitt an der schüsselförmigen Vorform, um beispielsweise überschüssiges Material, welches im Zuge der Kaltumformung übrig geblieben ist, zu entfernen. Die Kaltumformung der im Wesentlichen ebenen Platine zu einer schüssel- förmigen Vorform kann beispielsweise durch Tief- und/oder Streckziehverfahren hergestellt werden. Alternativ kann die schüsselförmige Vorform auch durch Walzen, insbesondere durch Drückwalzen hergestellt werden. Vorteilhaft beim Drückwalzen ist, dass Material, insbe- sondere zusätzliches Material an definierten Stellen insbesondere für Nachfolgeoperationen platziert werden kann. Die speichenförmige Radschüsselvorform bzw. die Radschüssel kann alternativ oder zusätzlich zumindest bereichsweise nachgeformt werden, beispielsweise kalibriert werden, um Toleranzanforderungen zu genügen. Entweder erfolgt bzw. erfolgen der Beschnitt und/oder das Nachformen in dem Werkzeug zur Erzeugung der speichenförmigen Radschüsselvorform oder im Warmumformwerkzeug oder in einem gesonderten Werkzeug. Ein Beschnitt der Radschüssel kann auch mittels Laser durchgeführt werden. Bei der Auswahl geeigneter härtbarer Stahlwerkstoffe können konventionelle Fertigungs- Straßen der Räderhersteller weiterhin genutzt und damit verbunden kostengünstig Einzel komponenten für die Fahrzeugradherstellung hergestellt werden, da die härtbaren Stahlwerkstoffe in ihrem Anlieferungszustand respektive kalten Verarbeitungszustand moderate Festigkeiten aufweisen, die mit den bisher konventionell eingesetzten Stahl werkstoffen vergleichbar sind und dadurch vergleichbare geeignete Umformeigenschaften besitzen, die insbesondere zum kalten (Vor-) Formen der Radschüssel geeignet sind. Das Potential der härtbaren Stahlwerkstoffe ist nach der (kalten) Formgebung noch nicht ausge- schöpft. Der bereitgestellte, härtbare Stahlwerkstoff kann ein Warmformstahl beziehungs- weise Vergütungsstahl, insbesondere der Güte C22, C35, C45, C55, C60, 42CrMo4, ein manganhaltiger Stahl, insbesondere der Güte 8MnCrB13, 16MnB5, 16MnCr5, 20MnB5, 22MnB5, 30MnB5, 37MnB4, 37MnB5, 40MnB4, ein Einsatzstahl, ein lufthärtender Stahl oder ein mehrlagiger Stahl-Werkstoffverbund, beispielsweise mit drei Stahllagen, bei dem mindestens eine der Lagen härtbar ist, sein. Besonders bevorzugt weist der verwendete Stahlwerkstoff einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0, 10 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,22 Gew.-% auf.

Gemäß einer weiteren Lehre sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrades vor, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer erfindungsgemäß hergestellten Radschüssel; Bereitstellen einer Felge, welche aus einem Stahlwerkstoff kaltumgeformt ist; Unlösbares Verbinden der Felge mit der Radschüssel. Besonders bevorzugt wird die Rad- schüssel über den Radschüssellappen stoffschlüssig und insbesondere mit zusätzlichem Kraftschluss mit der Felge verbunden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausführungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Radschüssel verwiesen.

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 Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Radschüssel nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnitt- darstellung (entlang der Linie l-l), Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie ll-ll während der

Kaltumformung mittels Formstanzen zur Erzeugung einer speichenförmigen Radschüsselvorform zu unterschiedlichen Zeitpunkten,

Fig. 3 zeigt einen schematischen Teilschnitt vor dem Ausformen und/oder Kalibrieren der Radschraubengeometrie und/oder die Radschraubensitzfläche eines Rad- schraubenloches während der Warmumformung mit zumindest teilweisen Presshärten,

Fig. 4 zeigt einen schematischen Teilschnitt vor dem Erzeugen eines zumindest ab- schnittsweise um ein Belüftungsloch umlaufender Kragen während der Warm- umformung mit zumindest teilweisen Presshärten,

Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Radschüssel und

Fig. 6 zeigt einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeug- rades.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine Prozessabfolge eines Verfahrens zur Herstellung einer Radschüssel d““), vgl. Figur 5, für ein Fahrzeugrad aufweisend einen Innenbereich (2) mit einem Rad- anlagebereich (2.1), in welchem Radschraubenlöcher (2.3) mit einer Radschrauben- lochgeometrie und/oder einer Radschraubensitzfläche (2.31) vorgesehen sind, einen Außen- bereich (3) mit einem Radschüssellappen (3.1) zur Anbindung an eine Felge und einen den Außen- und Innenbereich (2, 3) verbindenden Mittenbereich (4) nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Ausgehend von einer im Wesentlichen ebenen Platine (1), wobei denkbar ist, auch eine dickenangepasste Platine, insbesondere ein Tailored Product, beispielsweise ein Tailored Welded Blank oder eine drückgewalzte Platine zu verwenden, aus einem geeigneten härtbaren Stahlwerkstoff (Stahlblech), wobei der verwendete Stahlwerkstoff einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0, 10 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,22 Gew.-% aufweist, erfolgt im ersten Schritt durch Kaltumformung, insbesondere durch ein Tief- und/oder Streckziehverfahren durch geeignete Mittel (Werkzeug) ein- oder mehrstufig oder alternativ durch ein Drückwalzen, nicht dargestellt, die Herstellung einer schüssel- förmigen Vorform (G). Die schüsselförmige Vorform (G) kann bereits einen Außenbereich (3), insbesondere einen Radschüssellappen (3.1) aufweisen, welcher dem Außenbereich (3) bzw. dem Radschüssellappen (3.1) der fertigen Radschüssel (1““) entspricht, wobei der Rad- schüssellappen (3.1) die Kontaktfläche zu einer nicht dargestellten Felge bildet, über welche eine Verbindung, insbesondere eine Stoff- und vorzugsweise kraftschlüssige Verbindung, zwischen Radschüssel (1““) und Felge erzeugt wird.

Die schüsselförmige Vorform ( ) wird bevorzugt durch Formstanzen in eine speichenförmige Radschüsselvorform (1“) überführt, siehe Figur 2. Das Formstanzen erfolgt in mindestens einem Werkzeug (10) aufweisend mindestens ein erstes Werkzeugteil (11) und mindestens ein zweites Werkzeugteil (12). In die schüsselförmige Vorform ( ) kann vor dem Einlegen in das Werkzeug (10) ein Loch (5), insbesondere ein Mittelloch eingebracht werden. Das Loch (5) kann in einem gesonderten, nicht dargestellten Werkzeug oder im Zuge der Kaltumformung zur schüsselförmigen Vorform ( ) oder vor der Kaltumformung in die ebene Platine (1) eingebracht werden. Die schüsselförmige Vorform ( ) wird auf dem zweiten Werkzeugteil (12) platziert, insbesondere steht der Außenbereich (3) der schüsselförmigen Vorform (G) zumindest bereichsweise formschlüssig in Kontakt mit dem Außenbereich (12.2) des zweiten Werkzeugteils (12), insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche. Durch Zufahren des Werkzeugs (10), symbolisiert durch einen Pfeil, gelangt zunächst der Innenbereich (11.1) des ersten Werkzeugteils (11), insbesondere dessen Werkzeugoberfläche/-wirkfläche, zumindest bereichsweise in Kontakt mit dem zu erzeugenden Radanlagebereich (2.1) an der schüsselförmigen Vorform (G). Vor Erreichen des unteren Totpunktes wird der Außenbereich (3) der zu erzeugenden speichenförmigen Radschüsselvorform (1“) zwischen den Außen- bereichen (11.2, 12.2) der beiden Werkzeugteile (11, 12), insbesondere deren Werkzeug- oberflächen/-wirkflächen, form- und/oder kraftschlüssig gehalten. Durch den form- und/oder kraftschlüssigen Kontakt im Außenbereich (3, 11.2, 12.2) kann ein Materialfluss bzw. eine Materialverlagerung nach außen verhindert bzw. gehemmt werden, so dass gezielt eine Verlagerung des Materials respektive ein Materialfluss, symbolisiert durch die Pfeile, von außen nach innen, insbesondere in den kritischen Radschüsselbereich erfolgen kann. Dadurch kann eine kritische Blechausdünnung respektive Reduzierung der Materialdicke im zu erzeugenden Innenbereich (2) und/oder Mittenbereich (4) der speichenförmigen Rad- schüsselvorform (1“) verhindert werden. Im unteren Totpunkt des Werkzeugs (10) ist die speichenförmige Radschüsselvorform (1“) ausgeformt. Am Mittelloch (5) ist ein umlaufender Kragen (2.2) abgestellt worden. Im Werkzeug (10) können Mittel integriert sein, nicht dargestellt, mit welchen mehrere Belüftungslöcher (4.1) und mehrere Radschraubenlöcher (2.3) in die speichenförmige Radschüsselvorform (1“) eingebracht werden können. Die Löcher (2.3, 4.1) können alternativ auch in einem separaten, nicht dargestellten Beschnitt-/Lochwerkzeug eingebracht werden. Die Belüftungslöcher (4.1) sind vorzugsweise derart eingebracht worden, dass sich eine speichenförmige und insbesondere nicht-rotationssymmetrische Radschüsselvorform (1“‘) ergeben hat.

Die gelochte bzw. speichenförmige Radschüsselvorform (1“‘) wird beispielsweise in einem Ofen, nicht dargestellt, auf eine Temperatur von mindestens Ac3 erwärmt, so dass im gesamten Bauteil ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge vorliegt. Die Verwendung anderer geeigneter Wärmequellen ist ebenfalls denkbar. Die durcherwärmte speichenförmige Radschüsselvorform (1“‘) wird in ein Warmumformwerkzeug (20) eingelegt und durch Schließen des Warmumformwerkzeugs (20) auf Endgeometrie um- bzw. ausgeformt. Das Warmumformwerkzeug (20) besteht mindestens aus zwei Werkzeugteilen, in dieser Ausführungsform beispielsweise aus vier Werkzeugteilen, einem oberen Werkzeugteil (21), einem im Werkzeugteil (21) integrierten stempelförmigen Werkzeugteil (24) und zwei unteren Werkzeugteilen (22, 23). Die unteren Werkzeugteile (22, 23) sind getrennt voneinander verfahrbar bzw. bewegbar, beispielsweise kann das Werkzeugteil (22) auch starr ausgeführt sein. Die unteren Werkzeugteile (22, 23) können auch einstückig ausgebildet sein. Um ein zumindest teilweises Presshärten an der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) durchzuführen, vorzugsweise zumindest teilweise im Innenbereich (2) der Radschüssel d““), ist das Werkzeugteil (23) mit Mitteln (23.1), insbesondere mit Fluidleitungen nahe der Werkzeugteiloberfläche versehen, durch welche ein Fluid strömt und den Werkzeugteil (23) aktiv kühlt. Durch den Kontakt zwischen dem Werkzeugteil (23) und dem Innenbereich (2) der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) wird eine rasche Abkühlung bewirkt, und Austenit wird in ein hartes Gefüge, welches insbesondere überwiegend Martensit und/oder Bainit aufweisen kann, umgewandelt. Die Werkzeugteile (21, 22, 24) sind aus Materialien und/oder weisen an ihren Werkzeugoberflächen/-wirkflächen, welche in Kontakt mit der Radschüsselvorform (1“‘) stehen, eine Beschichtung auf, die ein rasches Abkühlen insbesondere im Mittenbereich (4) und/oder vorzugsweise im Außenbereich (3) der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) verhindern bzw. die Werkzeugteile (21, 22, 24) können aktiv über geeignete und nicht dargestellte Mittel temperiert werden, so dass in diesem bzw. in diesen Bereichen im Zuge der Warmumformung ein Unterschreiten der M s - Temperatur (Martensit-Start) im Wesentlichen vermieden wird, um eine Umwandlung in ein Gefüge aus überwiegend Martensit und/oder Bainit auszuschließen.

Während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) erfolgt eine Ausformung und/oder Kalibrierung der Radschraubenlöcher (2.3), wobei das Werkzeugteil (23) im Bereich der Radschraubenlöcher (2.3) Ausbuchtungen (23.2) und das Werkzeugteil (21) korrespondierende Ausnehmungen (21.1) aufweisen, s. Figur 3, vergrößerte Darstellung. Das Werkzeugteil (23) bewegt sich in Richtung des Werkzeugteils (21), symbolisiert durch einen Pfeil, formt die Radschraubenlöcher (2.3) aus und/oder kalibriert bzw. presshärtet diese und in Verbindung mit einer Massivumformung entsteht jeweils eine am Rand der Radschraubenlöcher (2.3) im Wesentlichen umlaufende Fase für die kegelige bzw. kugelige Radschraubensitzfläche (2.31).

Während der Warmumformung der speichenförmigen Radschüsselvorform (1“‘) wird ein zumindest abschnittsweise um die Belüftungslöcher (4.1) umlaufender Kragen abgestellt, wobei im Werkzeugteil (21) ein bzw. mehrere stempelartige Werkzeugteile (24) integriert ist/sind und das Werkzeugteil (22) eine bzw. mehrere korrespondiere Ausnehmungen (22.1) aufweisen, s. Figur 4, die sich nach der Anzahl der Belüftungslöcher (4.1) bemessen. Das stempelartige Werkzeugteil (24) bewegt sich in Richtung des Werkzeugteils (22), symbolisiert durch einen Pfeil, und stellt beim Einfahren in die Ausnehmung (22.1) des Werkzeugs (22) zumindest abschnittsweise den umlaufenden Rand des Belüftungsloches (4.1) zu einem Kragen ab und/oder kalibriert diesen, nicht dargestellt.

In Figur 6 ist ein Verfahrensablauf zur Herstellung eines Fahrzeugrades dargestellt. Es werden eine erfindungsgemäß hergestellten Radschüssel (1““) und eine Felge, welche aus einem Stahlwerkstoff kaltumgeformt ist, bereitgestellt (A, B). Die Felge wird mit der Radschüssel (1““) unlösbar verbunden (C), besonders bevorzugt stoffschlüssig und insbesondere mit zusätzlichem Kraftschluss über den Radschüssellappen (3.1) mit der Felge verbunden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln für Fahrzeugräder können anspruchsvolle Designs umgesetzt werden, ohne Gefahr zu laufen, dass es frühzeitig zu kritischen Blechausdünnungen kommen kann.