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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querlenker zur Anordnung an einer Achse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Querlenker als Blechbauteil aus einer Blechplatine hergestellt ist und einen Grundkörperbereich mit daran ausgebildeten Lagerbereichen aufweist.
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Im Kraftfahrzeugbau dienen Querlenker für die Führung und Lenkung der Räder. Der Querlenker stellt auf der einen Seite die Verbindung mit der Lageranordnung des Rades und auf der anderen Seite die Verbindung mit dem Chassis des Fahrzeugs her. Die Lageranordnung umfasst neben dem Radlager und der Antriebswelle unter anderem auch ein Schwenklager, eine Verbindung mit dem Achsschenkel und mit einem Führungsgelenk, mit der Spurstange sowie weiterer Elemente für die Lenkung, den Antrieb, die Federung und die Bremse des Fahrzeugs.
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Im Betrieb des Fahrzeugs ist der Querlenker vielseitigen Beanspruchungen ausgesetzt. Oft sind deshalb pro Rad auch mehr als ein Querlenker vorgesehen. Der hohen Beanspruchung des Querlenkers kann mit einer besonders festen und stabilen Konstruktion begegnet werden. Eine solche Konstruktion bringt jedoch oft auch ein hohes Gewicht mit sich, was zu erhöhtem Treibstoffverbrauch führt.
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Eine gewichtsoptimierte Gestaltung ist durch Werkstoffe besonders hoher Festigkeit oder die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe möglich. Insbesondere die hochbelasteten Lageranbindungsbereiche können aus Gussteilen oder Fräsbauteilen bestehen, die mit einem Grundkörper aus Stahlblech verbunden werden. Die Hybridbauweise hat allerdings den Nachteil, dass die einzelnen Bauteile miteinander gefügt werden müssen, was sich nachteilig auf die Produktionskosten auswirkt.
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Insbesondere die Dauerhaltbarkeit eines Querlenkers, und somit die Sicherheit des Fahrzeugs, ist ein weiterer wesentlicher Punkt, der bei der Konstruktion und Auslegung eines Querlenkers zu berücksichtigen ist. Verbindungsbereiche zwischen verschiedenen Komponenten eines Hybridquerlenkers müssen besonders sorgfältig gestaltet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Querlenker zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Festigkeit, ein geringes Gewicht und eine besonders einfache Produzierbarkeit bei gleichzeitig hoher Dauerhaltbarkeit aufweist. Weiterhin soll ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Querlenkers aufgezeigt werden.
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Der gegenständliche Anteil der Aufgabe wird durch einen Querlenker mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche.
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Der erfindungsgemäße Querlenker zur Anordnung an einer Achse eines Kraftfahrzeugs ist ein Blechbauteil, das aus einer Blechplatine hergestellt ist und welches einen Grundkörperbereich mit daran ausgebildeten Lagerbereichen aufweist. Einer der Lagerbereiche wird durch einen Lagerzapfen gebildet, welcher einstückig mit dem Grundkörperbereich aus der Blechplatine hergestellt ist. Der Lagerzapfen ist zur Aufnahme eines Lagers ausgebildet, welches insbesondere ein Hydrolager ist. Durch die Fertigung des Lagerzapfens mit dem Grundkörperbereich in einstückiger Bauweise besteht eine einfache Möglichkeit, den Querlenker besonders in Hinblick auf unter Belastung entstehende Spannungsspitzen optimiert auszulegen. An der Anbindungsstelle von Lagerzapfen zu Grundkörperbereich entsteht mit konventionellen Herstellungsverfahren eine potentielle Schwachstelle durch eine Verschraubung, eine Schweißnaht oder ähnliches. Diese Schwachstelle entfällt bei der vorliegenden Erfindung, indem der Lagerzapfen einstückig an dem Grundkörperbereich ausgebildet ist und weil keine Werkstoffgefügeumwandlung stattfindet, wie sie beispielsweise bei einem Schweißvorgang auftritt. Auch müssen in den Lagerbereichen keine besonderen Versteifungen am Querlenker ausgebildet werden, die ein Mehrgewicht mit sich bringen würden.
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Der Querlenker besitzt einen z. B. trichterförmigen Übergangsbereich von seinem Grundkörperbereich hin zu dem Lagerzapfen. Der Lagerzapfen ist dann einstückig mit dem Übergangsbereich an den Grundkörperbereich angebunden. Durch die Herstellung des Querlenkers aus einem umgeformten Blechbauteil ergibt sich die Möglichkeit, den Übergangsbereich hinsichtlich der unter Belastung entstehenden Spannungen optimiert auszulegen. Der Übergang zwischen dem Grundkörperbereich und dem Lagerzapfen ist insbesondere fließend. Kanten, Sicken oder andere geometrische Merkmale, die zur Performancesteigerung ein Beitrag sind, können vorgesehen sein.
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Der Lagerzapfen weist vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und ist im Querschnitt auf einer Außenkontur rund, insbesondere kreisrund, und/oder eckig ausgebildet. Vorstellbar im Zuge der Erfindung ist hier auch eine dreieckige, viereckige oder mehreckige Kontur bzw. eine runde oder elliptische Kontur. Auch eine Mischform der zuvor genannten Merkmale ist im Zuge der Erfindung realisierbar. Im Sinne der Erfindung ist unter einer zylindrischen Form die äußere Form zu verstehen.
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An der Außenkontur ausgebildete Kanten können auch zur Positionierung bzw. Lageorientierung eines Lagers dienen. So kann beispielsweise beim Anhebevorgang des Pkws zu Wartungsarbeiten der Querlenker arretiert werden bzw. aber der innere Teil eines Lagers, beispielsweise ausgebildet durch Urethan oder Elastomere, sich im Betrieb während der Dauerbelastung nicht verstellen oder verdrehen. Ebenfalls wäre es vorstellbar, das Lager mit der Außenkontur des Lagerzapfens zu fügen in dem Sinne, dass keine zusätzliche Innenhülse auf den Lagerzapfen geschoben wird.
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Besonders bevorzugt ist der Lagerzapfen hohl. Durch den Umformprozess während der Herstellung des Querlenkers wird auch der Lagerzapfen hergestellt. Der Lagerzapfen ist folglich Bestandteil des Blechbauteils und somit ein Teilblechbauteil. Durch die hohle Form ist der Lagerzapfen in seiner Formgebung nur durch das Umformwerkzeug beeinflusst.
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Ein Vorteil der Hohlbauweise ist die Gewichtseinsparung, da die äußere Kontur des Lagerzapfens so ausgelegt sein kann, dass sie bereits die zu erwartenden Kräfte in vollem Umfang aufnimmt. Das Blechbauteil ist dabei im Zuge der Erfindung aus einer Blechplatine hergestellt, die eine Dicke zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 6 mm aufweist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Lagerzapfen durch zwei Schenkel geformt, wobei die Schenkel Stirnflächen aufweisen und die Stirnflächen sich gegenüberliegen, vorzugsweise aufeinander stoßend. Unter gegenüberliegenden Stirnflächen ist im Rahmen der Erfindung nicht nur zu verstehen, dass die Stirnflächen sich parallel gegenüberliegen und einen Spalt zueinander aufweisen, sondern dass Flächennormalen auf den Stirnflächen in einem Winkel zueinander stehen können. Dieser Winkel hat dabei einen Winkelbereich von bis zu 90 Grad. Im Zuge der Erfindung ist unter gegenüberliegenden Flächen auch zu verstehen, dass die Flächen nicht im Stoß aufeinander zugerichtet, sich also nicht ummittelbar gegenüberliegen, sondern versetzt zueinander sind. Die Versetzung kann auch zusätzlich durch einen Spalt gekennzeichnet sein. Theoretisch ist auch eine bereichsweise Überlappung denkbar.
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Um dem Querlenker je nach Anforderungsprofil des Fahrzeugs und des verwendeten Lagers eine zusätzliche Festigkeit zu geben, sind die Stirnflächen vorzugsweise miteinander gekoppelt. Diese Kopplung kann durch eine Klebeverbindung erfolgen bzw. aber auch durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch thermisches Fügen. Bei einem thermischen Fügeprozess ist es im Zuge der Erfindung auch vorstellbar, dass der Lagerzapfen mechanisch nachbearbeitet wird. Unter der Nachbearbeitung ist beispielsweise ein Glätten der Schweißnaht zu verstehen. Der Lagerzapfen kann aber auch in einem Umformprozess durch spanabhebende Fertigung nochmals in seiner Kontur verändert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Lagerzapfen ein Stützkörper angeordnet. Bei dem Stützkörper kann es sich beispielsweise um eine Hülse oder aber auch um einen Zylinder aus Vollmaterial handeln. Der Stützkörper ist dabei maßgeblich an die Innenkontur des Lagerzapfens angepasst. Er besitzt daher ebenfalls eine im Wesentlichen zylindrische Bauform. Der Stützkörper dient zur Erhöhung der Festigkeit und kann beispielsweise mit dem Aufpressen eines Lagers in den Lagerzapfen eingebracht werden, oder aber auch schon während des Umformprozesses in den Lagerzapfen eingelegt werden. Der Stützkörper kann dabei weiterhin auch als Umformlehre bzw. verlorene Form dienen, so dass zur Formung des Lagerzapfens kein Extrawerkzeug in Form eines Dorns notwendig ist.
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Besonders bevorzugt füllt der Stützkörper dabei den Hohlraum des Lagerzapfens aus. Dadurch können während eines Montagevorgangs bzw. während späterer Wartungsvorgänge Beschädigungen, d. h. Verformungen, des Lagerzapfens beispielsweise durch Hammerschläge bzw. durch einen Fall des Querlenkers auf den Boden in der Intensität herabgesetzt werden, so dass der Querlenker nicht unbrauchbar wird. Weiterhin kann bei einseitiger Belastung die Kraft besser in diametrale Bereiche des Lagerzapfens eingeleitet werden, so dass sich insgesamt geringere Bauteilspannungen ergeben. Der Stützkörper kann dabei aber auch im Rahmen der Erfindung durch einen Hybridwerkstoff oder aber durch einen Verbundwerkstoff hergestellt sein. Der Stützkörper kann kraft-, form- oder stoffschlüssig am Lagerzapfen fixiert sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Grundkörperbereich auch zumindest teilweise mehrschalig ausgebildet sein. Der Lagerbereich ist vorzugsweise mit mindestens einer oder mehrerer Schalen einstückig ausgebildet. Die mehrschalige Ausbildung des Querlenkers bzw. des Querlenkergrundbereichs erhöht dabei die Knicksteifigkeit und die Belastbarkeit des Querlenkers über seine gesamte Fläche. Im Zuge der Erfindung ist es somit auch möglich, dass der Lagerzapfen etwa halbstückig an einer Oberschale und etwa halbstückig an einer Unterschale ausgebildet ist. Die Teilstücke können durch einen thermischen Fügeprozess miteinander verbunden sein.
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Der Grundkörperbereich des Querlenkers weist Sicken, Vertiefungen oder aber auch Öffnungen auf, die zum einen der Versteifung der Schale des Grundkörperbereichs, zum anderen aber auch verschiedenen Montage- und Wartungsmöglichkeiten dienen.
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In der Ausführungsvariante der mehrschaligen Bauweise des Grundkörperbereichs sind die Schalen zumindest abschnittsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise durch thermisches Fügen. Es wäre aber auch vorstellbar, dass die mehreren Schalen des Grundkörperbereichs durch eine kraftschlüssige Klebeverbindung miteinander verbunden werden. Diese kann zusätzlich durch Formschlusselemente, wie z. B. Nieten, verstärkt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt im Herstellungsverfahren. Der Lagerzapfen soll im Lagerbereich mit dem Grundkörperbereich des Querlenkers in einem Umformwerkzeug hergestellt werden. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass der so hergestellte Querlenker besonders kostengünstig herstellbar ist, da für die Umformung im Optimalfall nur eine Werkzeugspannung benötigt wird, d. h. auch nur ein Umformwerkzeug erforderlich ist. Das spart Kosten.
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Vorzugsweise weist die Blechplatine zur Herstellung des Lagerbereichs zwei Schenkel auf, die durch das Umformwerkzeug mit abgebogen werden. Durch ein Ober- und Unterwerkzeug des Umformwerkzeugs wird ein herzustellender Lagerbereich auf der Blechplatine so abgebogen, dass der Lagerzapfen im Wesentlichen U-förmig vorgeformt ist. Die Blechplatine kann eine variable Wandstärke besitzen und daher partiell unterschiedlich dicke Bereiche aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden die Schenkel weiter umgeformt, was durch ein Zusatzwerkzeug geschieht. Durch den weiteren Umformvorgang werden die Schenkel so umgeformt, dass die Stirnflächen im Wesentlichen gegeneinander zur Anlage kommen. Im Zuge der Erfindung ist es hier möglich, mit einem Zusatzwerkzeug ausschließlich die Schenkel umzuformen bzw. mit einem weiteren Hilfswerkzeug, beispielsweise einem Dorn, die Schenkel in der besonders bevorzugten Ausführungsvariante kreisrund umzuformen. Zusatz- und Hilfswerkzeuge können Bestandteil des Umformwerkzeugs sein und in das Ober- und/oder Unterwerkzeug integriert sein.
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Das Verfahren kann mittels Kaltumformung und anschließender Vergütung des hergestellten Blechbauteils durchgeführt werden oder aber auch mittels Warmumformung, insbesondere mittels Presshärtens.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Querlenker;
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2 einen Querschnitt durch den Lagerzapfen des Querlenkers und
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3 einen Stützkörper für den Lagerzapfen in perspektivischer Ansicht.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine perspektivische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Querlenkers 1, der einen im Wesentlichen L-förmigen Grundkörperbereich 2 und drei Lagerbereiche 3 aufweist. Die Lagerbereiche 3 befinden sich dabei in Bildebene an der Oberseite und an der linken und rechten Seite. Die Lagerbereiche 3 an der Ober- und an der linken Seite dienen zur Aufnahme von beispielsweise hier nicht dargestellten Kugelgelenken bzw. Schwenklagern. Der Lagerbereich 3 auf der rechten Seite ist erfindungsgemäß während des Herstellungsprozesses des Querlenkers 1 mit einem Lagerzapfen 4 ausgebildet worden.
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Der Herstellungsprozess besteht im Wesentlichen in einem Umformvorgang einer Blechplatine, bei welcher der einschalige Grundkörperbereich 2 zugleich mit den Lagerbereichen 3 ausgebildet wird. Hierbei entsteht auch ein Übergangsbereich 10 von dem im Querschnitt im Wesentlichen U-förmigen Grundkörperbereich 2 zu dem hier kreiszylindrischen Lagerzapfen 4. Der Übergangsbereich 10 verjüngt sich dadurch in Richtung des Lagerzapfens 4 und ist trichterförmig ausgebildet. Der trichterförmige Übergangsbereich 10 schließt sich in Richtung zum Lagerzapfen 4 hin bzw. er öffnet sich in Gegenrichtung umfangsseitig, um einen Übergang zur U-förmigen Kontur des Grundkörperbereichs 2 zu ermöglichen. Der Übergangsbereich 10 ist kürzer als der Lagerzapfen 4.
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2 zeigt einen Querschnitt durch den Lagerzapfen 4. Der Lagerzapfen 4 weist hierbei dargestellt eine Außenkontur 5 mit einem runden Querschnitt auf. Auf der linken und rechten Seite des Lagerzapfens 4 bezogen auf die Bildebene ist der Lagerzapfen 4 durch zwei Schenkel 6 gebildet. Diese Schenkel 6 weisen an ihren Enden, in der Bildebene an der unteren Seite des Lagerzapfens 4 dargestellt, Stirnseiten 7 auf. Die Stirnseiten 7 liegen in diesem Ausführungsbeispiel parallel in einem Abstand A unmittelbar gegenüber.
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In 3 ist perspektivisch ein Stützkörper 8 dargestellt, der erfindungsgemäß in dem Hohlraum 9 des Lagerzapfens 4 angeordnet werden kann. Der Stützkörper 8 ist in seinem Außendurchmesser an den Innendurchmesser des hohlen Lagerzapfens angepasst und füllt diesen Querschnitt vollständig aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querlenker
- 2
- Grundkörperbereich
- 3
- Lagerbereich
- 4
- Lagerzapfen
- 5
- Außenkontur
- 6
- Schenkel
- 7
- Stirnfläche zu 6.
- 8
- Stützkörper
- 9
- Hohlraum
- 10
- Übergangsbereich
- A
- Abstand
