DE102009012551A1

DE102009012551A1 - Federlenker für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung

Info

Publication number: DE102009012551A1
Application number: DE102009012551A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Willinghöfer; Katja Dr. Röhrs
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Ein Federlenker für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung umfasst eine Federlenkerschale (10) mit einem ersten Endabschnitt (11) zur fahrzeugaufbauseitigen Anbindung, einem zweiten Endabschnitt (12) zur radseitigen Anbindung und einem erweiterten Abschnitt (13) zur Abstützung einer Fahrzeugfeder, der zwischen beiden Endabschnitten (11, 12) angeordnet ist, sowie ein Schließblech (20), das an dem erweiterten Abschnitt (13) der Federlenkschale (10) angeordnet ist und diese aussteift. Die Federlenkerschale (10) ist aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit > 900 MPa hergestellt. Das Schließblech (20) ist mit der Federlenkerschale (10) verklebt. Die Klebefläche zwischen der Federlenkerschale (10) und dem Schließblech (20) ist im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Federlenkers (1) angeordnet und wird durch einander überlappende Wandflächen gebildet. Hiermit wird in der Fahrwerkstechnik fertigungstechnisches Neuland betreten. Die Erfindung ermöglicht es, das Bauteilgewicht weiter zu vermindern, die Herstellung einfacher und kostengünstiger zu gestalten und eine hohe Steifigkeit bereitzustellen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Federlenker für eine Radaufhängung, umfassend eine Federlenkerschale mit einem ersten Endabschnitt zur fahrzeugaufbauseitigen Anbindung, einem zweiten Endabschnitt zur radseitigen Anbindung und einem erweiterten Abschnitt zur Abstützung einer Feder, der zwischen beiden Endabschnitten angeordnet ist, sowie ein Schließblech, das an dem erweiterten Abschnitt der Federlenkerschale angeordnet ist und diesen aussteift.
Federlenker dienen der Führung eines Rades in einer Radaufhängung. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen erweiterten Abschnitt zur Abstützung einer Feder oder einer Feder-Dämpfer-Anordnung – nachfolgend allgemein als Feder bezeichnet – aufweisen, welche ihrerseits gegen den Fahrzeugaufbau abgestützt ist.
Aufgrund der zwischen den Endabschnitten angreifenden Feder- und Dämpferkräfte unterliegen Federlenker großen Belastungen. Vor allem im Bereich der Federauflage kann es unter wechselnder Last zu einer Profilaufweitung der Federlenkerschale kommen.
Aus der DE 10 2004 003 151 A1 ist ein Federlenker für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dieser umfasst eine Federlenkerschale mit einem ersten Endabschnitt zur fahrzeugaufbauseitigen Anbindung und einem zweiten Endabschnitt zur radseitigen Anbindung. Zwischen beiden Endabschnitten ist ein erweiterter Abschnitt zur Abstützung einer Feder vorgesehen. Weiterhin umfasst der Federlenker ein Schließblech, das in den erweiterten Abschnitt der Federlenkerschale eingesetzt ist und diesen aussteift. An dem Schließblech ist dabei eine topfartige Federaufnahme ausgeformt.
Weiterhin ist aus der DE 10 2004 008 957 A1 ein Federlenker bekannt, bei dem die Federlenkerschale in einem U-förmig profilierten Bereich die Federaufnahme ausbildet. Der U-förmige Bereich der Federlenkerschale wird an seiner offenen Seite von mindestens einem Brückenblech überbrückt. Hierdurch wird eine hohe Steifigkeit im Bereich der Federauflage erzielt. Zudem werden das Bauteilgewicht und der Herstellungsaufwand im Vergleich zur DE 10 2004 003 151 A1 verringert.
Im Zuge der Weiterentwicklung der vorgenannten Federlenker wurde in der DE 10 2006 014 730 A1 ein einteiliger Federlenker ohne Schließblech vorgeschlagen. Der einteilige Federlenker nach der DE 10 2006 014 730 A1 ist im Tiefziehverfahren aus einer Blechplatine aus Leichtbaustahl hergestellt. Die hierfür erforderlichen Werkzeuge sind kostengünstiger und änderungsfreundlicher als beim aufwändigen Innenhochdruckumformverfahren, wie es aus der DE 102 41 406 A1 bekannt ist. Vorzugsweise kommt gemäß der DE 10 2006 014 730 A1 als Leichtbaustahl X60Mn23 zum Einsatz. Die während der Umformung auftretende hohe Kaltverfestigung ermöglicht eine steife, dünnwandige Ausgestaltung des Federlenkers, so dass eine deutliche Gewichtseinsparung, vergleichbar mit dem Einsatz von Tailored Blanks, erzielt wird. Der Federlenker kann aus einem verhältnismäßig dünnen Blech mit einer Blechdicke von 1,6 bis 1,8 mm hergestellt werden.
Ein weiterer einteiliger Federlenker ohne Schließblech ist aus der DE 10 2006 032 595 A1 bekannt. Dieser umfasst wiederum eine Federlenkerschale mit einem ersten Endabschnitt zur fahrzeugaufbauseitigen Anbindung, einem zweiten Endabschnitt zur radseitigen Anbindung und einem erweiterten Abschnitt zur Abstützung einer Feder, der zwischen beiden Endabschnitten angeordnet ist und ein U-förmiges Profil aufweist. Die einstückig ausgebildete Federlenkerschale weist im Bereich des erweiterten Abschnitts eine nach außen gestülpte Ringfläche als Federsitz auf. Hierdurch wird eine hohe Steifigkeit im Bereich der Federauflage erzielt. Zudem ergeben sich ein geringes Bauteilgewicht und ein geringer Herstellungsaufwand, da der Federlenker in einem Stück aus einer Platine hergestellt werden kann.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bereits vorgeschlagenen Lösungen im Hinblick auf das Bauteilgewicht weiter zu verbessern, die Herstellung einfacher und kostengünstiger zu gestalten und eine hohe Steifigkeit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Federlenker gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Federlenker zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Federlenkerschale aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit > 900 MPa hergestellt ist, das Schließblech mit der Federlenkerschale verklebt ist, und die Klebefläche zwischen der Federlenkerschale und dem Schließblech im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Federlenkers angeordnet ist und durch einander überlappende Wandflächen gebildet wird.
Hochfeste Stähle und Hybridkonstruktionen werden durch Löten oder mechanische Fügeverfahren miteinander verbunden. Im Fahrwerksbau sind aufgrund der hohen dynamischen Beanspruchungen der eingesetzten Bauteile diesbezüglich bisher jedoch keine Lösungen bekannt. Die Erfindung betritt hier technisches Neuland.
Durch eine flächenhafte Kraftübertragung wird es möglich, im Fahrwerksbau bisher ungebräuchliche Klebetechniken zum Fügen hochfester Stähle und Hybridkonstruktionen zu verwenden. Bei der Erfindung kommt eine Überlappverbindung zum Einsatz, bei der die Klebefläche zwischen der Federlenkerschale und dem Schließblech bei Torsion oder Biegung des Federlenkers unter Schubspannung steht. Das Schließblech versteift die Federlenkerschale gegen ein Auseinanderdriften sowie gegen eine Formänderung der Schale.
In der Fertigung wird ein Klebemittel auf die betreffenden Wandabschnitte des Schließblechs und/oder der Federlenkerschale aufgebracht. Die beiden Bauteile werden dann aufeinandergelegt und zueinander fixiert. Letzteres kann beispielsweise durch Schweißpunkte, jedoch auch auf andere Art und Weise erfolgen. Das Klebemittel härtet beim anschließenden DKTL-Prozess (Kathodische Tauchlackierung) aus.
Die Erfindung erschließt der Fahrwerktechnik bis nicht verwendbare Werkstoffe. So können nunmehr insbesondere auch Werkstoffe zum Einsatz kommen, die entweder nicht oder nur mit hohen Festigkeitsverlusten schweißbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Bevorzugt ist die Federlenkerschale aus hochfestem Stahl hergestellt. Möglich ist ferner deren Herstellung aus einem Nichteisenwerkstoff.
Da die Federlenkerschale und das Schließblech nicht miteinander verschweißt werden, können diese aus unterschiedlichem Werkstoff hergestellt sein. Die erfindungsgemäße Klebetechnik, welche die oben erläuterte Schnittstellenkonfiguration zwischen beiden Bauteilen beinhaltet, ermöglicht einen Materialmix am Federlenker, wodurch zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich Fertigung, Bauteilgewicht und Steifigkeit geschaffen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Federlenkerschale aus einem Blech mit einer Blechdicke von 1,4 bis 1,6 mm hergestellt. In Verbindung mit dem Einsatz eines hochfesten Werkstoffes insbesondere für die Federlenkerschale lässt sich hierdurch das Bauteilgewicht ohne Verluste für die Bauteilsteifigkeit weiter reduzieren.
Vorzugsweise ist die Federlenkerschale schweißnahtfrei ausgebildet, so dass der Fertigungsaufwand gering bleibt.
Eine gegebenenfalls vorhandene Lagerbuchse kann mit der Federlenkerschale verklebt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Federlenkerschale eine Federaufnahme aus. Eine Federaufnahme am Schließblech, wie sie unter anderem aus der DE 10 2004 003 151 A1 bekannt ist, wird nicht benötigt. Dies ist insbesondere für das Bauteilgewicht von Vorteil. Am Schließblech kann in einem solchen Fall eine Durchgangsöffnung für eine Fahrzeugfeder vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Federlenkerschale einen abgewinkelten Rand auf, auf dem das Schließblech flächig aufliegt. Dies ermöglicht in besonders einfacher Art und Weise eine Klebefläche im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Lenkers.
Weiterhin können die Federlenkerschale und das Schließblech gemeinsam oberflächenbeschichtet sein.
Als Klebemittel kommt vorzugsweise ein temperaturaushärtender Epoxidharzkleber zum Einsatz.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels für einen Federlenker nach der Erfindung.
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Federlenker 1 für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung. Der Federlenker 1 umfasst eine Federlenkerschale 10 sowie ein Schließblech 20. Gegebenenfalls ist zusätzlich eine Lagerbuchse 30 vorgesehen.
Die Federlenkerschale 10 weist ein U-förmiges, nach oben offenes Querschnittsprofil auf. Dieses zieht sich mit variierender Breite von einem ersten Endabschnitt 11 zur fahrzeugaufbauseitigen Anbindung zu einem zweiten Endabschnitt 12 zur radseitigen Anbindung. Zwischen beiden Endabschnitten 11 und 12 befindet sich ein erweiterter Abschnitt 13 zur Abstützung einer nicht näher dargestellten Fahrzeugfeder.
Wie 1 zeigt, weist die Federlenkerschale 10 einen im Wesentlichen flachen Boden 14 auf, an den zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 15a und 15b angrenzen. Die Seitenwände 15a und 15b verlaufen jeweils von einem Endabschnitt 11 zu dem anderen Endabschnitt 12. Sie sind an der offenen Profilseite flanschartig nach außen umgebogen. Die umgebogenen Randabschnitte 16a und 16b verlaufen in etwa parallel zu dem Boden 14 sowie im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Lenkers 1.
An dem erweiterten Abschnitt 13 befindet sich eine gegenüber den Boden 14 einwärts abgesetzte, ringförmige Federaufnahme 17 mit einem zentralen Dorn 17a und einer Mittelöffnung 17b. Im Bereich der Federaufnahme 17 weist der Federlenker 1 eine größere Breite auf, als an den verjüngten Endabschnitten 11 und 12. Die Endabschnitte 11 und 12 sind derart ausgestaltet, um sowohl radseitig als auch aufbauseitig eine gelenkige Anbindung zu ermöglichen. So können an diesen beispielsweise eine Lagerbuchse 30 für einen Schwenklager oder Aufnahmeöffnungen 18 für einen Gelenkzapfen vorgesehen sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Federlenkerschale 10 einteilig als reines Tiefziehbauteil ohne Fügestellen ausgeführt. Dieses wird aus einer Blechplatine hergestellt und weist eine Wanddicke im Bereich von 1,4 bis 1,6 mm auf. Erfindungsgemäß ist die Federlenkerschale 10 aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit > 900 MPa hergestellt, wobei bevorzugt hochfeste Stähle verwendet werden.
Zur Aussteifung der Federlenkerschale 10 dient ein Schließblech, das mit der Federlenkerschale 10 in besonderer Art und Weise verklebt ist.
Das Schließblech 20 ist eine im Wesentlichen ebene und damit sehr einfach herstellbare Platine mit einer Zentralöffnung 21 für den Durchtritt der Fahrzeugfeder. Es erstreckt sich über den erweiterten Abschnitt 13 der Federlenkerschale 10 und liegt in diesem Bereich auf den umgebogenen Randabschnitten 16a und 16b der Seitenwände 15a und 15b auf, ohne über diese hinauszureichen.
Im Bereich der umgebogenen Randabschnitte 16a und 16b überlappen sich Wandflächenabschnitte der Federlenkerschale 10 und des Schließblechs 20. Hierdurch wird eine Klebefläche zwischen der Federlenkerschale 10 und dem Schließblech 20 gebildet, die im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Federlenkers 1 ist und bei Torsions- und Biegebelastungen des Federlenkers 1 im Wesentlichen auf Schub beansprucht wird.
Das Schließblech 20 ist bevorzugt aus einem Nichteisenmetall hergestellt. Infrage kommen vor allem Aluminium- und Magnesiumlegierungen, welche ein besonders geringes spezifisches Gewicht aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, das Schließblech 20 aus Stahl herzustellen.
Zur Verbindung mit der Federlenkerschale 10 wird auf deren umgebogene Abschnitte 16a und 16b und/oder auf korrespondierende Randabschnitte 22a und 22b des Schließblechs 20 ein heißaushärtendes Klebemittel, beispielsweise ein Epoxidharzkleber aufgetragen. Beide Bauteile werden dann zueinander positioniert und in dieser Stellung fixiert. Das Aushärten des Klebers erfolgt unter Wärmeeinwirkung.
Zum Fixieren können beide Bauteile durch z. B. durch Schweißpunkte geheftet werden. Bei nicht-schweißbaren Materialkombinationen kann eine Vorfixierung durch ein mechanisches Fügeverfahren erfolgen. Es ist auch möglich, zum Fixieren temporär anbringbare Spannmittel zu verwenden, die nach dem Aushärten wieder entfernt werden.
In einer vorteilhaften Verfahrensausgestaltung wird zum Aushärten des Klebemittels die beim Tauchlackieren vorhandene Prozesswärme genutzt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen,

1: Federlenker
10: Federlenkerschale
11: erster Endabschnitt
12: zweiter Endabschnitt
13: erweiterter Abschnitt
14: Boden
15a, b: Seitenwand
16a, b: umgebogener Randabschnitt
17: Federaufnahme
17a: Dorn
17b: Mittelöffnung
18: Aufnahmeöffnung
20: Schließblech
21: Durchgangsöffnung
22a, b: Randabschnitt
30: Lagerbuchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004003151 A1 [0004, 0005, 0020]
- DE 102004008957 A1 [0005]
- DE 102006014730 A1 [0006, 0006, 0006]
- DE 10241406 A1 [0006]
- DE 102006032595 A1 [0007]

Claims

Federlenker für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung, umfassend: eine Federlenkerschale (10) mit einem ersten Endabschnitt (11) zur fahrzeugaufbauseitigen Anbindung, einem zweiten Endabschnitt (12) zur radseitigen Anbindung und einem erweiterten Abschnitt (13) zur Abstützung einer Fahrzeugfeder, der zwischen beiden Endabschnitten (11, 12) angeordnet ist, sowie ein Schließblech (20), das an dem erweiterten Abschnitt (13) der Federlenkerschale (10) angeordnet ist und diese aussteift, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit > 900 MPa hergestellt ist, das Schließblech (20) mit der Federlenkerschale (10) verklebt ist, und die Klebefläche zwischen der Federlenkerschale (10) und dem Schließblech (20) im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Federlenkers (1) angeordnet ist und durch einander überlappende Wandflächen gebildet wird.
Federlenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) aus hochfestem Stahl hergestellt ist.
Federlenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) aus einem Nichteisenmetall hergestellt ist.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) und das Schließblech (20) aus unterschiedlichem Werkstoff hergestellt sind.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (20) aus einem Nichteisenmetall, insbesondere einer Leichtmetalllegierung hergestellt ist
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) aus einem Blech mit einer Blechdicke von 1,4 bis 1,6 mm hergestellt ist.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) schweißnahtfrei ist.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerbuchse (30) mit der Federlenkerschale (10) verklebt ist
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) eine Federaufnahme (17) ausbildet.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (20) eine Durchgangsöffnung (21) für eine Feder aufweist.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) einen abgewinkelten Rand aufweist, auf dem das Schließblech (20) flächig aufliegt.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) und das Schließblech (20) gemeinsam oberflächenbeschichtet sind.
Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlenkerschale (10) und das Schließblech (20) mittels eines temperaturausgehärteten Epoxidharzklebers verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Federlenkers nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebemittel auf die betreffenden Wandabschnitte des Schließblechs (20) und/oder der Federlenkerschale (10) aufgebracht wird, die beiden Bauteile anschließend aufeinandergelegt und zueinander fixiert werden, und das Aushärten des Klebemittels während eines DKTL-Prozesses vorgenommen wird.