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Die Erfindung betrifft einen Radlenker sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Radlenkers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der Fahrzeugtechnik, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik spielt die Vermeidung von störenden Vibrationen und Geräuschen eine große Rolle. Häufig liegt die Ursache solcher Geräusche in periodischen Anregungen durch den Motor oder in Anregungen von der Straße aus kommend, die als Schwingungen von Bauteilen, wie etwa einem Radlenker oder Teilen der Radaufhängung wahrgenommen werden. Auch Materialermüdung kann Folge von ungünstigen Schwingungsverhalten sein. Zur Abhilfe derartiger geräuschverursachender unerwünschter Schwingungen werden üblicherweise sogenannte Schwingungstilger, also spezielle Dämpfersysteme eingesetzt. Dabei werden gezielt Massen an die schwingenden Bauteile, beispielsweise an einen radführenden Lenker angebracht, deren Eigenfrequenz auf die zu eliminierende Resonanzfrequenz des Bauteils abgestimmt ist. Bei dieser Frequenz führt das Bauteil, also der Lenker, nur noch geringe Bewegungen aus.
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Nachteilig an solchen Schwingungstilgern ist jedoch insbesondere deren gewichtserhöhenden Effekt am Fahrzeug aufgrund des Einsatzes eines metallischen Gewichts sowie deren verhältnismäßig hohen Aufwand im Fertigungsprozess des Fahrzeuges.
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Da es sich bei einem Radlenker jedoch um ein Bauteil im Fahrzeug handelt, welches in seiner Funktion zur Aufnahme bzw. zur Weiterleitung von Kräften im Fahrzeug dient, sind die Grenzen zur Gewichtsreduzierung aufgrund relevanter Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen (hinsichtlich der Werkstoffwahl) schnell erreicht. Die
DE 10 2010 037 817 A1 sowie die
DE 35 11 495 A1 beschreiben jeweils einen Radlenker eines Fahrzeuges, welcher eine weitere Gewichtsersparnis ermöglicht ohne die Eigenschaften in Bezug auf das Lastaufnahmevermögen zu verschlechtern. Hierzu soll ein der Lenker aus einem Faser-Verbundwerkstoff bzw. in einer sogenannten Sandwich-Bauweise ausgebildet sein, bei welcher der Lenker aus zumindest einer Schicht aus Faserverbundwerkstoff, einer Kunststoffschaum-Zwischenschicht und einer weiteren Schicht (entweder Metall oder ebenfalls einer Faserverbundwerkstoffschicht) aufgebaut ist. Der Einsatz eines Faserverbundkunststoffs ist jedoch verhältnismäßig aufwändig und kostspielig in dessen Herstellung.
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Es ist Aufgabe dieser Erfindung, einen Radlenker eines Fahrzeuges insbesondere eines Kraftfahrzeuges aufzuzeigen, welcher trotz eines geringen Gewichts den Akustik-, Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen gerecht wird.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch einen Radlenker und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Radlenkers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es wird ein Radlenker eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, welcher zumindest teilweise ein metallisches und zumindest annähernd rohrförmiges Hohlprofil aufweist und wobei der Radlenker ein schwingungsdämpfendes Element umfasst.
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Bevorzugt ist das Hohlprofil des Radlenkers aus einem einzigen Bauteil aufgebaut. Beispielsweise kann das Hohlprofil ein Blech darstellen, welches in einem Umformprozess in die gewünschte zumindest annähernd rohrförmige Form des Lenkers gebogen bzw. gebracht wird.
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Erfindungsgemäß ist das schwingungsdämpfende Element eine Schaummasse, welche das Hohlprofil zumindest abschnittsweise füllt.
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Eine solche Schaummasse stellt bevorzugt eine Kunststoffschaummasse dar, wobei der Radlenker dann ein sogenanntes Metall-Schaumstoff-Verbundelement ist, wie es in der
DE 10 2004 022 677 A1 näher erläutert ist. Wie in der
DE 199 59 814 B4 beschrieben besteht ein solches Metall-Schaumstoff-Verbundelement üblicherweise aus zwei Metall-Deckschichten, welche in diesem Fall von dem Hohlprofil darstellt werden und einer Kernschicht aus einem Schaumstoff, beispielweise einem Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff. Zum Einsatz können dabei Ein- oder Mehrkomponentenschäume gelangen. Bei solchen Mehrkomponentenschäumen handelt es sich um Schaumformteile mit bereits definierter Gestalt, welche bei der Herstellung in das Hohlprofil eingesetzt werden und dort unter bestimmten Temperaturen aufschäumen und aushärten. Bei den Zweikomponentensystemen handelt es sich beispielsweise um Spritzschäume, die flüssig in einem Mischkopf mit einer Mischpatrone zusammengeführt und entweder manuell oder robotergesteuert in das Hohlprofil des Radlenkers eingebracht werden. PUR-Schäume sind Zwei-Komponentensysteme.
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Neben einem Kunststoffschaum ist auch der Einsatz eines Aluminiumschaums möglich. Eine solche metallische Variante bietet sich insbesondere bei Radlenkern mit einem Hohlprofil aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung an.
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Eine solche Schaummasse innerhalb des Hohlprofils des Radlenkers bewirkt eine Dämpferwirkung, wie sie ein Schwingungstilger auch bewirken würde, mit dem Vorteil, dass eine solche Schaummasse sehr viel leichter als die Masse eines Schwingungstilgers ist. Dabei können gezielt die Bereiche des Radlenkers mit der Schaummasse gefüllt sein, welche einen Akustikpfad aufweisen. Je nach Dichte und Position der Schaummasse können so gezielt unerwünschte Schwingungen gedämpft bzw. ausgelöscht werden und so ungewünschte Geräuschbildungen verhindert werden.
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Neben dem Dämpfungseffekt bewirkt eine solche Schaummasse im Radlenker außerdem eine Erhöhung der Dauerfestigkeit und Knicksteifigkeit des Radlenkers an sich. Die Aufschäumung führt zu einer Abstützung der inneren Wand des Radlenkers und damit zu einer Erhöhung des Energieaufnahmevermögens und der Beulsteifigkeit des Lenkers. Des Weiteren kann durch die Schaummasse im inneren des Hohlprofils eine durch Biegeprozesse geschwächte Wandstärke des Radlenkers unterstützt werden. Dabei können unter Dauerlast möglicherweise auftretende Schäden, wie beispielweise Rissbildungen entgegengewirkt werden. Beispielsweise können auch weniger belastete Wandstärken des Hohlprofils durch gezielte Positionierung der Schaummasse im Radlenker verringert werden und dadurch Material und Gewicht am Lenker eingespart werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Hohlprofil des Radlenkers mittels zumindest einer Trennwand in mehrere Hohlkammern aufgeteilt. Dadurch kann die Schaummasse nur in gezielte Bereiche des Lenkers eingebracht werden, und dadurch gezielt die Knickfestigkeit und Schwingungsdämpfung des Lenkers beeinflusst bzw. eingestellt werden. Besonders bevorzugt ist eine solche Trennwand Teil jenes Bauteil des Radlenkers, welches das Hohlprofil dieses bildet. Wie genau eine solche Trennwand hergestellt werden kann, wird an einer anderen Stelle der Beschreibung genauer erläutert.
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Um die Schaummasse in das Hohlprofil des Radlenkers ohne größeren Aufwand einbringen zu können, ist es bevorzugt, dass im Hohlprofil bzw. in jenen Hohlkammern des Hohlprofils, welche mit der Schaummasse befüllt werden sollen, eine Öffnung vorgesehen ist. Eine solche Öffnung zum Einführen bzw. Einspritzen der Schaummasse kann in jeder denkbaren Form ausgebildet sein. Beispielsweise ist eine solche Öffnung als Durchgangsloch oder als Spalt ausgebildet, welcher genau so groß ist, dass die Schaummasse, als beispielsweise viskose Masse, eingebracht werden kann und trotzdem nicht hinausfließen kann.
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Wie bereits erwähnt gibt es mehrere Möglichkeiten die Schaummasse in das Hohlprofil bzw. in die jeweiligen Hohlkammern des Profils des Radlenkers einzubringen und somit den Radlenker herzustellen.
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In einem ersten Schritt der Herstellung des Radlenkers wird dabei bevorzugt das Hohlprofil des Radlenkers durch Blechumformung hergestellt.
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Dabei ist es möglich die genannte Öffnung im Hohlprofil zum Einspritzen bzw. Einbringen der Schaummasse bereits im Umformprozess einzubringen, indem das Hohlprofil beispielsweise nicht vollkommen geschlossen wird und noch ein Spalt oder mehrere Spalte bestehen bleiben. Jedoch ist es auch möglich eine solche Öffnung nachträglich durch spanende Bearbeitung beispielsweise durch eine Bohrung in das Hohlprofil einzubringen.
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So kann die Schaummasse bzw. eine flüssige und/oder viskose Grundmasse durch die Öffnung in das Hohlprofil bzw. in die Hohlkammern eingebracht werden.
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Wie bereits erläutert kann die Grundmasse anschließend unter Einwirkung von Energie, insbesondere unter Einwirkung von Wärme, aufschäumen und das Hohlprofil bzw. die gewünschten Teile dieses (je nach Werkstoff und Menge der Grundmasse und der einwirkenden Temperatur) füllen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wird in einem Umformprozess des rohrförmigen Hohlprofils des Radlenkers mindestens eine Trennwand im Inneren des Hohlprofils aufgebaut. So ist es möglich, dass beliebig viele Hohlkammern innerhalb des Hohlprofils entstehen, welche mit der genannten Schaummasse gefüllt werden können oder auch nicht.
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Beispielsweise kann einem derartigen Umformprozess ein Schneideprozess (beispielsweise Laserschneiden) vorgeschalten sein, bei welchem Schnitte das Hohlprofil derart zugeschnitten wird, dass der bzw. die Ausschnitte des Hohlprofils im anschließenden Umformprozess nur mehr kragenartig in Richtung des Hohlprofilinneren geknickt bzw. gebogen werden kann bzw. können. Der sich dann im Hohlprofilinneren befindliche Kragen kann dann als Trennwand zwischen mindestens zwei Hohlkammern dienen.
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Die genannte Grundmasse kann anschließend gemäß dem bereits erläutertem Prozess in eine oder mehrere dieser Hohlkammern, je nach gewünschter Dämpferwirkung und eingespritzt bzw. eingebracht werden.
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Ein erfindungsgemäßer Radlenker mit der integrierten Schaummasse, welche gezielt an geeigneten Stellen im Hohlprofil des Radlenkers angeordnet ist, weist ein geringes Gewicht im Vergleich zu Lenkern mit einem metallischem Schwingungstilger auf und wird außerdem den Akustik-, sowie Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen gerecht.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
- 1 und 2 zeigen jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radlenkers in einer dreidimensionalen Ansicht, während in 3 und 4 die in die Radlenker aus 1 und 2 eingebrachte Schaummasse zu erkennen ist.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Radlenker aufgezeigt, welcher ein metallisches und zumindest annähernd rohrförmiges Hohlprofil 1 aufweist. Der Radlenker ist dazu geeignet einen nicht eingezeichneten Radträger mit einem ebenfalls nicht eingezeichneten Fahrzeugaufbau über zwei Gummilager 20,3 zu verbinden. Der Radlenker verfügt über ein schwingungsdämpfendes Element, welches als Schaummasse 4 ausgebildet ist, die das Hohlprofil 1 des Radlenkers zumindest abschnittsweise füllt. Die Schaummasse 4 stellt dabei ein Kunststoffschaum dar. Dieser wird an einer geeigneten Stelle in das Hohlprofil 1 bzw. in einen Abschnitt des Hohlprofils als Grundmasse eingespritzt. In diesem konkreten Falle ist bei der Herstellung des Hohlprofils 1 ein Spalt 2 zwischen den das Hohlprofil 1 bildenden Stegen 1.1, 1.2 ausgebildet, durch welchen die Grundmasse in das Hohlprofil 1 eingespritzt wird. Durch Energiezufuhr beispielswiese durch Wärme, dehnt sich diese Grundmasse innerhalb des Hohlprofils. Es bildet sich die genannte Schaummasse 4, welches dann das Hohlprofil 1 an geeigneter bzw. gewünschter Stelle füllt.
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Die Lenker aus 1 und 2 unterscheiden sich ausschließlich darin, dass deren Hohlprofil 1 an unterschiedlichen Abschnitten des Radlenkers mit der genannten (in den 1 und 2 nicht zu erkennenden) Schaummasse 4 gefüllt ist. Diese Abschnitte oder auch Hohlkammern genannt, werden durch Trennwände 5 gebildet. Derartige Trennwände 5 können durch einen Biegeprozess des Hohlprofils 1 hergestellt werden. Dazu kann beispielsweise mittels Laserstrahlschneiden einer der Stege 1.1 oder 1.2 des Hohlprofils 1 derart zugeschnitten werden, dass die zugeschnittene Oberfläche durch umknicken in das Innere des Hohlprofils 1 dieses in mehrere Hohlkammern aufteilt. Dadurch können unterschiedliche Hohlkammern geschaffen werden, in welche der Kunststoffschaum gezielt positioniert bzw. eingespritzt werden kann. Somit kann die Dämpferwirkung gezielt an den gewünschten Bereichen des Radlenkers eingesetzt werden. Der Lenker in 1 umfasst dabei zwei derartiger Trennwände 5, wobei eine Hohlkammer innerhalb des Radlenkers gebildet wird. Diese Hohlkammer kann dann, wie in 3 zu erkennen mit der Kunststoffschaummasse 4 gefüllt werden. Der Lenker in 2 verfügt über vier Trennwände 5, welche somit zwei Hohlkammern bilden, welche wiederum, wie in 4 aufgezeigt mit der Schaummasse 4 gefüllt werden können. Je nach gewünschter Dämpferwirkung sind so beliebig viele Hohlkammern an unterschiedlichen Stellen des Radlenkers realisierbar. Genauso ist es jedoch auch möglich das gesamte Hohlprofil des Radlenkers mit der Schaummasse zu füllen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlprofil
- 1.1
- Steg
- 1.2
- Steg
- 2
- Spalt
- 20
- Gummilager
- 3
- Gummilager
- 4
- Schaummasse
- 5
- Trennwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010037817 A1 [0004]
- DE 3511495 A1 [0004]
- DE 102004022677 A1 [0010]
- DE 19959814 B4 [0010]
