DE102021134233A1

DE102021134233A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erwärmung eines Fahrzeugrads

Info

Publication number: DE102021134233A1
Application number: DE102021134233.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zahn
Original assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-22
Also published as: CN118451203A; WO2023118298A1; EP4453263A1; JP2025503401A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erwärmung eines Fahrzeugrads (2), insbesondere als Vorbereitung für ein nachfolgendes Umformverfahren, wird zumindest ein Teil des Fahrzeugrads (2) mittels induktiver Erwärmung unter Verwendung eines Induktors (7) erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung eines Fahrzeugrads, insbesondere als Vorbereitung für ein nachfolgendes Umformverfahren. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fahrzeugrads, insbesondere als Vorbereitung für ein nachfolgendes Umformverfahren.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind verschiedene Gießverfahren zur Herstellung von Fahrzeugrädern bekannt.
Die durch diese Verfahren gegossenen Fahrzeugräder können anschließend mittels des sogenannten Flowforming bzw. Flowformingprozesses, also einem Walzen der Felge des Fahrzeugrads, weiterverarbeitet werden. Der Flowformingprozess führt zu einer Verdichtung des Materials und dadurch zu einer höheren Stabilität und Festigkeit desselben. Des Weiteren wird durch den Flowformingprozess Material eingespart, wodurch leichtere und widerstandsfähigere Fahrzeugräder hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass aus ein und derselben durch Gießen hergestellten Grundform eines Fahrzeugrads mehrere unterschiedliche Breiten desselben erzeugt werden können, was die Herstellungskosten solcher Fahrzeugräder verringert.
Zur Durchführung des Flowformingprozesses müssen die Fahrzeugräder auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden. Bislang wird dies in einem dafür geeigneten, meist mit Gas betriebenen Ofen durchgeführt, was jedoch zu einem sehr hohen Energieverbrauch führt. Ein zusätzlicher Nachteil dieser Vorgehensweise ist der Einsatz von Verbrennungsgasen in den Erwärmungsöfen, was nicht nur zu sehr hohen Kosten führt, sondern auch einen sehr hohen Verbrauch an CO₂ mit sich bringt. Des Weiteren kann es bei auf eine bestimmte Art und Weise hergestellten Fahrzeugrädern zu Problemen kommen, wenn bestimmte Bereiche derselben auf zu hohe Temperaturen erwärmt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fahrzeugrads zu schaffen, mit denen das Fahrzeugrad auf einfache, zuverlässige und umweltfreundliche Art und Weise erwärmt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem zumindest ein Teil des Fahrzeugrads mittels induktiver Erwärmung unter Verwendung eines Induktors erwärmt wird, bringt gegenüber den bisher eingesetzten Verfahren sehr viele Vorteile mit sich.
So wird durch die induktive Erwärmung die erforderliche Temperatur direkt im Bauteil selbst und nicht in einem wesentlich größeren Raum erzeugt, wodurch sich ein weitaus geringerer Energiebedarf als bei den bekannten Verfahren ergibt. Des Weiteren führt dies auch zu einem erheblich verringerten CO₂-Ausstoss und damit zu einer besseren Umweltbilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der zur induktiven Erwärmung eingesetzte Induktor mit elektrischem Strom betrieben werden kann, was gegenüber dem Einsatz von Gas nicht nur zum Umweltschutz beiträgt, sondern auch finanzielle Vorteile mit sich bringt. Dieser finanzielle Vorteil erhöht sich noch durch den deutlich besseren Wirkungsgrad der induktiven Erwärmung gegenüber einer Erwärmung in einem Ofen. Ein weiterer Vorteil der Nutzung eines Induktors zur Erwärmung des Fahrzeugrads besteht darin, dass das Verfahren auf diese Weise einfacher durchzuführen ist.
Des Weiteren ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Platzbedarfs, da eine Induktionsvorrichtung deutlich weniger Raum einnimmt als beispielsweise ein mit Gas betriebener Ofen.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Wesentlichen nur die Felge des Fahrzeugrads erwärmt wird. Dies führt zum einen zu einem noch geringeren Energiebedarf, da eine wesentlich geringere Masse erwärmt werden muss als bei bekannten Lösungen. Zum anderen kann der zur Durchführung des Verfahrens eingesetzte Induktor dadurch eine einfachere Konstruktion aufweisen und kostengünstiger herzustellen sein. Insbesondere bei mittels Druckgießen hergestellten Fahrzeugrädern kann diese Ausführungsform vorteilhaft sein, da möglicherweise bestimmte Bereiche des Fahrzeugrads nicht zu stark erwärmt werden sollten.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemä-ßen Verfahrens der Induktor im Inneren der Felge angeordnet wird, so führt dies zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des Fahrzeugrads. Darüber hinaus kann auch in diesem Fall eine einfachere Konstruktion des Induktors ermöglicht werden, was wiederum zu einer Kostenreduktion führen kann. Da die Innenseite der Felge üblicherweise eine gleichmäßigere Kontur aufweist als die Außenseite, können die Windungen des Induktors relativ einfach ausgeführt werden. Auch die Bewegung des Induktors, um denselben innerhalb der Felge anzuordnen, ist einfacher als bei einem nicht dargestellten Induktor, der von außen an der Felge angeordnet wird.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Speichen und/oder die Nabe des Fahrzeugrads gekühlt werden. Auf diese Weise lassen sich die genannten Bereiche des Fahrzeugrads, die möglicherweise nicht zu stark erwärmt werden dürfen, in den gewünschten Temperaturbereichen halten.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Kühlung der Speichen und/oder der Nabe des Fahrzeugrads ergibt sich, wenn während des Erwärmens ein Kühlmedium auf die Speichen und/oder die Nabe aufgebracht wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass zumindest ein Teil des Fahrzeugrads für eine Dauer von 20 s bis 5 min, vorzugsweise 40 s bis 3 min, erwärmt wird. Eine solche Zeitdauer hat sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine gleichmäßige Erwärmung der zu erwärmenden Bereiche des Fahrzeugrads erwiesen.
Um das nachfolgende Umformverfahren, insbesondere das sogenannte Flowforming, auf die gewünschte Art und Weise durchführen zu können, kann eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, dass zumindest ein Teil des Fahrzeugrads auf eine Temperatur von 250 bis 400 °C, vorzugsweise 300 bis 360 °C, erwärmt wird.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeugrad und/oder der Induktor während der Erwärmung rotiert wird. Dies führt zu einer sehr gleichmäßigen Erwärmung des Fahrzeugrads und verhindert eine eventuelle zu starke Wärmeentwicklung in bestimmten Bereichen desselben, so dass eine hohe Qualität des durch das erfindungsgemäße Verfahren bearbeiteten Fahrzeugrads aufrechterhalten werden kann.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemä-ßen Verfahrens die Temperatur zumindest eines Teils des Fahrzeugrads während der Erwärmung überwacht wird, so wird nicht nur eine Überhitzung des Fahrzeugrads vermieden, sondern es wird auch eine gleichbleibende Qualität desselben sichergestellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass zum Betreiben des Induktors Strom aus erneuerbaren Energien verwendet wird. Dies stellt eine CO₂-neutrale Verfahrensdurchführung sicher und dient so dem Umweltschutz.
Eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fahrzeugrads ist in Anspruch 11 angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden und gewährleistet eine einfache Durchführung desselben. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und kostengünstig herzustellen.
Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, dass der Induktor als an einen inneren Bereich der Felge des Fahrzeugrads angepasster, insbesondere mehrwindiger Ringinduktor ausgebildet. Ein derartiger mehrwindiger Ringinduktor gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Felge des Fahrzeugrads und kann eine relativ einfache Konstruktion aufweisen und dadurch kostengünstiger herzustellen sein.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Zuführung eines Kühlmedium zu den Speichen und/oder der Nabe des Fahrzeugrads aufweisen. Dies ermöglicht eine sehr einfache Kühlung der Speichen und/oder der Nabe des Fahrzeugrads, um diese Bereiche trotz der Erwärmung auf den gewünschten Temperaturen zu halten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, dass eine Einrichtung zum Rotieren des Fahrzeugrads und/oder des Induktors vorgesehen ist. Mittels einer derartigen Einrichtung kann eine gleichmäßige Erwärmung des Fahrzeugrads erreicht werden.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Einrichtung zum Überwachen der Temperatur des Fahrzeugrads vorgesehen ist, so ergibt sich eine einfache Möglichkeit, eine eventuelle Überhitzung des Fahrzeugrads zu vermeiden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:

1 eine sehr schematische Darstellung einer bei einem Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrads eingesetzten Anlage, von der die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung des Fahrzeugrads ein Teil ist;
2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung eines Fahrzeugrads;
3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus 2;
4 eine Ansicht gemäß dem Pfeil IV aus 2; und
5 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

1 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung eine Anlage 1 zur Erwärmung eines in 1 ebenfalls nur sehr schematisch dargestellten Fahrzeugrads 2. Die Anlage 1 weist eine Gießvorrichtung 3 zur Herstellung des Fahrzeugrads 2 mittels Gießen, eine Vorrichtung 4 zur Erwärmung des Fahrzeugrads 2 und eine Umformvorrichtung 5, insbesondere zur Durchführung eines Flowformingprozesses an dem Fahrzeugrad 2, auf. Sämtliche der Vorrichtungen 3, 4 und 5 sind in 1 nur sehr schematisch angedeutet.
Die Anlage 1 weist des Weiteren eine ebenfalls nur sehr schematisch angedeutete Handhabungsvorrichtung 6 auf, mit welcher die Fahrzeugräder 2 zwischen den Vorrichtungen 3, 4 und 5 transportiert werden können. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Handhabungsvorrichtung 6 um einen mehrachsigen Roboter.
Während die Gießvorrichtung 3 und die Umformvorrichtung 5 von an sich bekannter Bauart sein können und daher die Vorrichtungen und die damit durchgeführten Verfahrensschritte nachfolgend nicht näher beschrieben werden, wird im Folgenden ausführlicher auf die Vorrichtung 4, mit der ein Verfahren zur Erwärmung eines Fahrzeugrads durchgeführt werden kann, eingegangen.
Die Vorrichtung 4 zur Erwärmung des Fahrzeugrads 2 ist in den 2 bis 5 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Vorrichtung 4 weist einen Induktor 7 auf, der zumindest teilweise an die Form des Fahrzeugrads 2 angepasst ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Induktor 7 um einen mehrwindigen Ringinduktor, dessen Bauform insbesondere in den 3 und 5 zu erkennen ist und der zu einem späteren Zeitpunkt näher beschrieben wird.
Das in der Darstellung von 3 am besten zu erkennende Fahrzeugrad 2 weist in an sich bekannter Weise eine umlaufende Felge 2a, eine den mittleren Bereich des Fahrzeugrads 2 bildende Nabe 2b, mehrere die Nabe 2b mit der Felge 2a verbindende Speichen 2c und zwei die seitliche Begrenzung der Felge 2a bildende Felgenhörner 2d auf.
Vorzugsweise ist der Induktor 7 so ausgeführt, dass im Wesentlichen nur die Felge 2a des Fahrzeugrads 2 erwärmt wird. Während des mit dem Induktor 7 durchgeführten Verfahrens zur induktiven Erwärmung des Fahrzeugrads 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Induktor 7 innerhalb des Fahrzeugrads 2 angeordnet und erwärmt dadurch die Felge 2a von ihrer Innenseite her. Hierzu ist der Induktor 7 an den inneren Bereich der Felge 2a des Fahrzeugrads 2 angepasst.
Der wie oben angegeben als mehrwindiger Ringinduktor ausgebildete Induktor 7 weist mehrere innerhalb der Felge 2a angeordnete Windungen 7a sowie eine dem den Speichen 2c abgewandten Felgenhorn 2d zugeordneten Windung 7b auf. Der Durchmesser der einzelnen Windungen 7a kann sich in Richtung zu den Speichen 2c hin verringern, wenn, wie im vorliegenden Fall, die Felge 2a eine gewisse konische Form aufweist. Die weiteren Bestandteile des Induktors 7 werden hierin nicht näher beschrieben, da sie allgemein bekannt sind.
Vorzugsweise wird das Fahrzeugrad 2 bzw. zumindest ein Teil des Fahrzeugrads 2, nämlich die Felge 2a, für eine Dauer von 20 s bis 5 min, vorzugsweise 40 s bis 3 min, induktiv erwärmt. Des Weiteren beträgt die Temperatur, auf die das Fahrzeugrad 2 bzw. die Felge 2a mittels des Induktors 2 induktiv erwärmt wird, 250 bis 400 °C, vorzugsweise 300 bis 360 °C. Die Temperatur, auf welche die Felge 2a erwärmt wird, kann durch die an dem nicht dargestellten, mit dem Induktor 7 gekoppelten Umrichter, eingestellt werden.
Mittels einer nicht dargestellten Einrichtung zum Überwachen der Temperatur des Fahrzeugrads 2 kann die Temperatur des Fahrzeugrads 2 während der Erwärmung überwacht werden. Bei dieser Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine Wärmebildkamera oder um ein Pyrometer handeln.
Das Fahrzeugrad 2 und/oder der Induktor 7 können während der Erwärmung rotiert werden. Hierzu kann die Vorrichtung 4 eine ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung zum Rotieren des Fahrzeugrads 2 und/oder des Induktors 7 aufweisen.
Des Weiteren kann eine Einrichtung zur Zuführung eines Kühlmediums zu den Speichen 2c und/oder zu der Nabe 2b des Fahrzeugrads 2 vorgesehen sein, um die Speichen 2c und/oder die Nabe 2b des Fahrzeugrads 2 während des induktiven Erwärmens zu kühlen. Beispielsweise kann diese Einrichtung als Kühlbrause ausgebildet sein. Mittels des Kühlmediums kann die Temperatur der Nabe 2b und/oder der Speichen 2c auf das gewünschte Niveau eingestellt werden.
In an sich bekannter Weise werden bei der induktiven Erwärmung durch ein elektromagnetisches Wechselfeld des Induktors 7 in der Felge 2a des Fahrzeugrads 2 Wirbelströme induziert und in Wärme umgewandelt. Durch die guten Wärmeleiteigenschaften des Aluminiummaterials erwärmt sich der gewünschte Bereich, im vorliegenden Fall die Felge 2a, in vergleichsweise kurzer Zeit. Der Kopplungsabstand zwischen dem Induktor 7 und dem Fahrzeugrad 2 kann beispielsweise 2 bis 6 mm betragen. Zum Betreiben des Induktors 7 wird vorzugsweise Strom aus erneuerbaren Energien verwendet.

Claims

Verfahren zur Erwärmung eines Fahrzeugrads (2), insbesondere als Vorbereitung für ein nachfolgendes Umformverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Fahrzeugrads (2) mittels induktiver Erwärmung unter Verwendung eines Induktors (7) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen nur die Felge (2a) des Fahrzeugrads (2) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (7) im Inneren der Felge (2a) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (2c) und/oder die Nabe (2b) des Fahrzeugrads (2) gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erwärmens eines Kühlmediums auf die Speichen (2c) und/oder die Nabe (2b) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Fahrzeugrads (2) für eine Dauer von 20 s bis 5 min, vorzugsweise 40 s bis 3 min, erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Fahrzeugrads (2) auf eine Temperatur von 250 bis 400 °C, vorzugsweise 300 bis 360 °C, erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugrad (2) und/oder der Induktor (7) während der Erwärmung rotiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zumindest eines Teils des Fahrzeugrads (2) während der Erwärmung überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben des Induktors (7) Strom aus erneuerbaren Energien verwendet wird.
Vorrichtung (4) zur Erwärmung eines Fahrzeugrads (2), insbesondere als Vorbereitung für ein nachfolgendes Umformverfahren, gekennzeichnet durch einen Induktor (7), der zumindest teilweise an die Form des Fahrzeugrads (2) angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (7) als an einen inneren Bereich der Felge (2a) des Fahrzeugrads (2) angepasster, insbesondere mehrwindiger Ringinduktor ausgebildet.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zuführung eines Kühlmediums zu den Speichen (2c) und/oder der Nabe (2b) des Fahrzeugrads (2).
Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Rotieren des Fahrzeugrads (2) und/oder des Induktors (7).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Überwachen der Temperatur des Fahrzeugrads (2).