-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fahrwerklenkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einen nach dem Verfahren hergestellten Fahrwerklenker.
-
Fahrwerklenker, die auch als Kraftfahrzeuglenker oder kurz als Lenker bezeichnet werden, sind üblicherweise in ein- oder mehrschaliger Blechbauweise oder als geschmiedetes Bauteil in Form eines Schmiedelenkers ausgeführt. Ein solcher Fahrwerklenker besitz typischerweise einen Grundkörper mit Lageraufnahmen für 2 bis 3 Lager.
-
Die
DE 10 2006 051 609 A1 offenbart einen Querlenker, der als zweiteiliges Schweißbauteil ausgebildet ist. Zwei Schalenelemente greifen formschlüssig ineinander und werden schweißtechnisch gefügt. Die Herstellung eines solchen Lenkers des relativ aufwendig, da die verschiedenen Bauteile separat hergestellt und präzise gefügt werden müssen. Dadurch werden erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Geometrie der zu fügenden Bauteile gestellt. Zudem bedingen Schweißstellen thermische Einflusszonen, die den Werkstoff potentiell schwächen.
-
Es zählen durch die
DE 10 2010 006 284 A1 auch Querlenker in Gussbauweise zum Stand der Technik. Die Gussbauweise ist günstig in der Herstellung, jedoch sind Mindestwanddicken erforderlich, die zu einem erhöhten Eigengewicht führen können. Es ist eine aufwändigere mechanische Nachbearbeitung erforderlich.
-
Zum Stand der Technik wird ferner auf die
KR 10 2013 0 043 344 A hingewiesen. Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Fahrwerksbauteilen im Strangpressverfahren beschrieben. Ein gerader Hohlkörper wird auf eine zur Herstellung von zwei Fahrwerksbauteilen erforderliche Länge abgelängt. Der abgelängte gerade Hohlprofilkörper wird zugeschnitten und gebogen. Es werden Lageraufnahmen in den Hohlprofilkörper eingesetzt.
-
Die
DE 10 2014 220 444 A1 offenbart einen Lenker für die Anbindung eines Fahrzeugrads an ein Fahrzeug sowie eine Fahrzeugradaufhängung. Der Lenker umfasst einen extrudierten Lenkerkörper sowie zwei Lageraufnahmen mit Buchsen. Der Lenkerkörper weist eine sich in seine Extrusionsrichtung erstreckende Aussparung auf. Der Lenkerkörper besitzt ein im Bereich dieser Aussparung angeordnete Verstärkungsstruktur, wobei die Verstärkungsstruktur aus einem von dem Lenkerkörper unterschiedlichen Material gebildet ist. Die Extrusionsrichtung verläuft in Richtung der Lageraufnahmen und mithin quer zur Längsrichtung des Lenkers.
-
Die
US 5 357 775 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkerbauteils aus einer Leichtmetalllegierung. Es handelt sich um einen in der Grundform flachen Dreiecklenker mit drei Lageraufnahmen an jeweils einer Ecke. Einer der zu einer Ecke führenden Schenkel wird um 90° gedreht, so dass die Lageraufnahme um 90° gegenüber dem Dreiecklenker verschwenkt werden kann und mithin aus der ursprünglichen Extrusionsrichtung heraus geschwenkt wird.
-
Die
JP H08-295 110 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers mit drei Lageraufnahmen im Strangpressverfahren. Der Lenker ist gabelförmig ausgebildet, wobei die beiden Gabeln in der Ursprungsorientierung dicht nebeneinander liegen entsprechend der Extrusionsrichtung. Anschließend werden die Gabeln dreieckfömrig aufgebogen, so dass der Dreiecklenker entsteht. An der Enden der Gabelung weisen zwei Lageraugen in die gleiche Richtung, das heißt in die Extrusionsrichtung. Das dritte Lagerauge wird quer zur Extrusionsrichtung durch materialabhebende Bearbeitung hergestellt.
-
Die JP 2015-9 354 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme aus einem extrudierten Bauteil. Aus dem extrudierten Materialstrang wird ein bandförmiger Streifen abgetrennt. Dieser Streifen besitzt zwei im Abstand zueinander angeordnete Enden, die über das streifenartige Material miteinander verbunden sind. Das streifenartige Material wird nun so weit gebogen, dass die Enden miteinander verbunden werden können. Dadurch entsteht eine kreisförmige Lageraufnahme.
-
Die
DE 10 2018 128 077 A1 offenbart einen Kraftfahrzeuglenker und ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeuglenkers, insbesondere eines Querlenkers mit einem aus einem Stück materialeinheitlich ausgebildeten Grundkörper. Eine erste Lageraufnahme ist mit dem Grundkörper verbunden. Zwei der Lageraufnahmen erstrecken sich quer zur Extrusionsrichtung. Eine dritte Lageraufnahme wird an dem durch Extrusion hergestellten Grundkörper befestigt zur Herstellung eines Dreiecklenkers.
-
Die
DE 10 2018 115 166 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Kraftfahrzeuglenkers sowie einen solchen Kraftfahrzeuglenker. Es wird ein stranggepresster Profilstrang bereitgestellt, der durch mechanische Bearbeitung vereinzelt wird. Die einzelnen Längenabschnitte besitzen einen Doppel-T-förmigen Querschnitt mit einem Steg und zwei quer zum Steg ausgerichteten Gurten, wobei sich endseitig an die Gurte Flansche anschließen. Es wird ein Kraftfahrzeuglenker mit einem Lenkerkörper hergestellt, der ein Mittelteil und zwei Seitenarme aufweist. Im Mittelteil sowie in den Seitenarmen sind Lageraufnahmen ausgebildet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftfahrzeuglenker mit geringem Gewicht aufzuzeigen, der einfach und kostengünstig in der Herstellung ist. Ferner soll ein geeignetes Herstellungsverfahren für einen solchen Fahrzeuglenker aufgezeigt werden.
-
Ein Verfahren, das diese Aufgabe löst, ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch einen Fahrzeuglenker mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Fahrwerklenkern basiert auf der Verwendung eines einstückig, materialeinheitlich ausgebildeten Grundkörpers. Der Grundkörper besteht aus einem stranggepressten, d. h. extrudierten Hohlprofilkörper. Der stranggepresste, gerade Hohlprofilkörper wird nach dem Strangpressen auf eine für die weitere Verarbeitung erforderliche Länge abgelängt. Diese Länge ist größer als die Länge eines einzelnen Fahrwerklenkers, sondern ermöglicht es, aus diesem abgelängten Teilstück zwei Fahrwerklenker herzustellen.
-
Der abgelängte, gerade Hohlprofilkörper wird in einem weiteren Fertigungsschritt zumindest abschnittsweise um eine seiner beiden gegenüberliegenden Randseiten gebogen. Der Hohlprofilkörper besitzt einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die Biegung um eine seiner beiden gegenüberliegenden Randseiten erfolgt insbesondere um die schmaleren Randseiten. Der Hohlprofilkörper hat dadurch eine konkav und eine konvex gebogene Randseite. Der gebogene Hohlprofilkörper ist durch das Biegen im Wesentlichen C-förmig.
-
Der so gebogene Hohlkörper wird nach dem Biegen im Bereich seiner Querebene in Querrichtung in einen linken Grundkörper und einen davon unterschiedlichen rechten Grundkörper geteilt. Die Unterschiede zwischen den Grundkörpern basieren nicht auf der Lage der Teilungsebene, sondern basieren darauf, dass der so gewonnene linke Grundkörper spiegelsymmetrisch zum rechten Grundkörper ist. Die beiden auf diese Art und Weise hergestellten Grundkörper dienen zur weiteren Verarbeitung zu geometrisch unterschiedlichen linken und rechten Fahrwerklenkern aus dem ursprünglich einzigen abgelängten und gebogenen Hohlprofilkörper.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass anforderungsgerecht profilierte Strangpressprofile verwendet werden können. Sie können mit sehr hoher Präzision gefertigt werden. Dadurch, dass es sich bei dem Strangpressprofil um einen Hohlprofilkörper handelt, müssen anders als bei der Blechschalenbauweise keine Verbindungsschritte zwischen einer oberen und einer unteren Blechschale durchgeführt werden. Im Unterschied zu Gusskörpern besitzt ein Hohlprofilkörper mindestens eine Hohlkammer und daher ein geringeres Eigengewicht.
-
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass in einem Fertigungsschritt zwei Fahrwerkelenker gleichzeitig hergestellt werden können, indem der Hohlprofilkörper auf eine Länge abgelängt wird, die für zwei Fahrwerklenker erforderlich ist und erst anschließend Biegeoperationen oder materialabhebende Schritte durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass materialabhebende Bearbeitungen vorzugsweise durch Stanzen durchgeführt werden können. Durch Einlegen des gebogenen Fahrwerklenkers in ein insbesondere mehrstufiges Stanzwerkzeug können beide noch miteinander verbundenen Grundkörper gleichzeitig, d. h. in einem Hub bearbeitet werden. Je weniger Hübe erforderlich sind, um einen solchen Fahrwerklenker zu bearbeiten, desto höher ist die Prozessgeschwindigkeit. Im Unterschied zu Herstellungsprozessen, bei denen der Fahrwerklenker einzeln hergestellt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch deswegen schneller, weil der Hohlprofilkörper insgesamt gebogen wird und nicht der jeweilige abgelängte Grundkörper einzeln. Auch hierdurch kann die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert werden und die Fertigungskosten gesenkt werden.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Hohlprofilkörper durch das kostengünstige Strangpressverfahren mit über den Querschnitt unterschiedlichen Wanddicken hergestellt. Die unterschiedlichen Wanddicken beziehen sich auf eine Querschnittsebene des Hohlprofilkörpers quer zur Extrusionsrichtung. Die Wanddicke von einander gegenüber liegenden Oberseiten und Unterseiten ist bevorzugt kleiner als die Wanddicke von linken und rechten Randseiten des Hohlprofilkörpers.
-
Mit dem Strangpressverfahren ist es insbesondere unter Verwendung von Aluminium-Werkstoffen möglich, erhebliche Wanddickenunterschiede zu realisieren. Der Wanddickenunterschied kann zwischen 200% und 1000% betragen. Beispielsweise ist eine Wand an der Oberseite und an der Unterseite jeweils 6 mm dick und an der wenigstens einen Randseite 35 mm, also fast um den Faktor 6 dicker. Die Randseite kann grundsätzlich noch dicker sein, z. B. 50 mm. Durch diese erhebliche Materialzugabe ist es möglich, an einem einstückigen Grundkörper randseitige Wände als massive Bereiche zu schaffen, die zur Anbindung von Lagern dienen können. Es ist auch möglich, in diese massiven Wände Öffnungen einzubringen, in welche Bauteile direkt im Spritzgussverfahren eingespritzt werden, ohne dass das Einpressen von Hülsen oder ähnlichen Halterungen für Lagerbauteile erforderlich ist. Andere Wandbereiche (Oberseite/Unterseite) können von vornherein wesentlich dünner gestaltet sein.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird bereits vor dem Biegen des noch geraden Hohlprofilkörpers zumindest ein Teilbereich der beiden Grundkörper materialabhebend bearbeitet. Dies gilt insbesondere für endseitige Lageraufnahmen, die Öffnungen in dem Hohlprofilkörper erforderlich machen. Hierzu werden vor dem Biegen jeweils einander gegenüberliegende Öffnungen in die Oberseite und die Unterseite eingebracht. Die Öffnungen werden an einer zentralen Hohlkammer des Hohlprofilkörpers hergestellt. Sie befindet sich benachbart der distalen Enden des Hohlprofilkörpers. Die Öffnungen durchdringen bevorzugt nur die ober- und unterseitigen Wände des Hohlprofilkörpers. Diese Öffnungen können ausgesprochen kostengünstig durch Stanzen hergestellt werden. Vorzugsweise wird vor dem Stanzen ein Stützdorn in die Hohlkammer eingesetzt, um Verformungen an den oberseitigen und unterseitigen Wänden zu vermeiden.
-
Es können noch vor dem Biegen weitere Öffnungen in den gebogenen Hohlprofilkörper eingebracht werden, z. B. zum Handling des Hohlprofilkörpers vor oder nach dem Trennen oder zur Gewichtsersparnis.
-
Das Gewicht des Fahrwerklenkers wird maßgeblich über die dickwandigeren Randseiten bestimmt. Um eine auf die zu erwartende Beanspruchung angepasste Wanddicke zu realisieren, werden die dickwandigeren Randseiten nach dem Biegen materialabhebend bearbeitet. Das Materialabheben kann spanend erfolgen, bevorzugt wird das kostengünstigere und schnellere Stanzen.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hohlkammer zu einer der Randseiten hin und angrenzend zu den proximalen Enden der Grundkörper randseitig geöffnet wird, während die gegenüberliegende Randseite geschlossen bleibt. Auf diese Weise wird an den einander benachbarten Enden der späteren Fahrwerklenker jeweils ein massiver Bereich stehengelassen, der nach dem Trennen der Grundkörper einen zapfenartigen Vorsprung bildet. Dieser Vorsprung wird gleichzeitig durch die Materialentfernung an der gegenüber liegenden Randseite verschlankt, da aufgrund einer Materialanhäufung an den äußersten Enden des Fahrwerklenkers nicht erforderlich ist. Der Hohlprofilkörper kann an der Schnittstelle zwischen den beiden Enden im Wesentlichen V-förmig eingekerbt sein, so dass sich ein in der Breite zunehmender Übergang von dem äußeren Ende hin zu dem mittleren Bereich des jeweiligen Grundkörpers ergibt.
-
Der Hohlprofilkörper besitzt in einer ersten Ausführungsform eine einzige zentrale Hohlkammer, die den Grundkörper auf seiner gesamten Länge durchsetzt. Um aus einem solchen Grundkörper einen Dreiecklenker herzustellen, ist vorgesehen, eine mittlere Lageraufnahme als separates Bauteil zu fertigen und mit dem mittleren Bereich des Grundkörpers zu verbinden. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Hohlkammerprofil zwei durch das Strangpressen hergestellte Hohlkammern. Die erste Hohlkammer ist die vorstehend beschriebene Hohlkammer, welche zur Gewichtsersparnis das gesamte Hohlprofil bzw. die beiden Grundkörper der hergestellten Fahrwerklenker durchsetzt. Eine zweite Hohlkammer ist dafür vorgesehen, aus ihr eine mittlere Lageraufnahme herzustellen. Der Hohlprofilkörper wird wiederum gebogen und materialabhebend bearbeitet. Der überwiegende Teil der zweiten Hohlkammer wird entfernt, insbesondere durch Stanzen. Der verbleibende Teil besitzt eine Orientierung, die durch Einführen eines Dorns und entsprechende Biegeoperationen in die gewünschte Richtung gebogen werden kann. Das Biegen erfolgt unter Verformung eines Stegs, der sich zwischen den beiden Hohlkammern befindet. Ein solches Hohlkörperprofil besitzt zwei doppelwandige Abschnitte im Bereich der beiden Hohlkammern und einen einwandigen mittleren Bereich, der von dem Verbindungssteg gebildet ist. Im Bereich des Verbindungssteges kann die Dicke des Grundkörpers gegenüber den doppelwandigen Abschnitten deutlich reduziert sein. Der Verbindungssteg ist dadurch auch leichter verformbar bzw. die mittlere Lageraufnahme in die gewünschte Position bringbar. Beispielsweise besitzt ein solcher Hohlprofilkörper im Bereich des Verbindungssteges eine Dicke, die nur halb so groß ist wie die Dicke im Bereich der Hohlkammern.
-
Unabhängig davon, ob eine mittlere Lageraufnahme als separates Bauteil an dem Hohlprofilkörper montiert wird oder ob die mittlere Lageraufnahme materialeinheitlich einstückiger Bestandteil des Hohlprofilkörpers ist, weil sie bereits ursprünglich im Strangpressverfahren zusammen mit dem Hohlprofilkörper hergestellt worden ist, schließen sich die nachfolgend beschriebenen Schritte gleichermaßen an.
-
Die zentrale Hohlkammer des Hohlprofilkörpers kann zu einer Randseite hin geöffnet werden. Die durch die V-förmige Einkerbung entstehenden schlankeren, pinartigen Endabschnitte werden durch Materialumformung in Positionen gedrückt, die nicht-parallel zu den übrigen Bereichen der Ober- und Unterseite der Grundkörper sind, insbesondere in einem Winkel von 5° bis 15° stehen. Durch diese Materialumformung, die bei dem linken und rechten Grundkörper zu einer Schrägstellung des Endabschnitts in entgegengesetzte Richtungen führt, unterscheiden sich die linken und rechten Fahrwerklenker bzw. Grundkörper nunmehr deutlich. Das Trennen der Grundkörper erfolgt vorzugsweise so spät wie möglich. Das vereinfacht die Handhabung der Bauteile.
-
An dem pinartigen Endabschnitt ist jeweils eine Lageraufnahme in Form einer sich von der Oberseite zur Unterseite erstreckenden Öffnung durch die massive Wand der Randseite angeordnet. Die Öffnung wird vorzugsweise gestanzt. Dadurch, dass die Wand in diesem Randbereich massiv ist, kann beispielsweise ein Kugelgelenk (Ball Joint) direkt in den Grundkörper eingespritzt werden. Denkbar ist es auch, in diese Lageraufnahme eine Hülse einzupressen.
-
In einem weiteren Verfahrensschritt können die durch Stanzen hergestellten Öffnungen im Bereich der Hohlkammer zusätzlich durch Materialumformung zu Lageraufnahmen radial aufgeweitet werden. Das radiale Aufweiten setzt voraus, dass die randseitigen, ursprünglich dicken Wände verformt werden. Um den Verformungswiderstand zu reduzieren, können die Wände im Bereich der Öffnungen in ihrer Wanddicke stark reduziert werden, beispielsweise auf die Wanddicke der ober- und unterseitigen Wände, so dass es im Bereich dieser Öffnungen im Wesentlichen einheitliche Wanddicken gibt. Bei der Verwendung von Aluminiumwerkstoffen kann anschließend ein Auslagern des Bauteiles folgen. In die Lageraufnahmen werden schließlich Lagerhülsen für Lager eingesetzt, ggfls. nach vorheriger Feinbearbeitung der Innenseiten der Lageraufnahmen.
-
Der Fahrwerklenker besitzt zwischen seinen Endbereichen einen mittleren Bereich. Der mittlere Bereich ist der zumindest teilweise gebogene Bereich des Fahrwerklenkers. Durch die Biegung gibt es eine im Wesentlichen konvex gebogene, äußere Randseite und eine konkav gebogene, innere Randseite. Der Fahrwerklenker kommt insbesondere als Dreiecklenker zum Einsatz. Ein Dreiecklenker erfordert ein drittes Lager. Das dritte Lager ist insbesondere an der konvex gebogenen, äußeren Randseite vorgesehen. Hierzu wird für den Fall, dass eine separat gefertigte Lageraufnahme montiert werden soll, in dem mittleren Bereich der konvex gebogenen Randseite des Grundkörpers wenigstens eine weitere Öffnung hergestellt zur Befestigung der mittleren Lageraufnahme. Bevorzugt ist die mittlere Lageraufnahme über Bolzenverbindungen, insbesondere Nietverbindungen, mit den weiteren Öffnungen in diesem mittleren Bereich verbunden. Die konvex gebogene Randseite kann in diesem Bereich der Lageranbindung eine Wanddicke besitzen, die wesentlich größer ist als in den Übergangsbereichen zu den beiden anderen endseitigen Lageraufnahmen. Ein weiterer Bereich mit vergrößerter Wanddicke befindet sich auf der konkaven Seite, und zwar an dem pinartigen Endabschnitt.
-
Falls beim Strangpressen des Hohlprofilkörpers eine zweite Hohlkammer für eine mittlere Lageraufnahme hergestellt wird, wird diese Hohlkammer auf eine für die mittlere Lageraufnahme erforderliche Länge gekürzt. In diese gekürzte Hohlkammer wird ein Dorn eingesetzt, um die Hohlkammer in eine gewünschte Orientierung der mittleren Lageraufnahme zu biegen. Der Dorn wird von außen an dem Hohlprofil anliegenden Biegewerkzeugen unterstützt, damit die Hohlkammer bzw. die mittlere Lageraufnahme die gewünschte Kontur und Orientierung erhält.
-
Beim Biegen der gekürzten Hohlkammer wird der schlanke Verbindungssteg zwischen den beiden Hohlkammern teilweise gestaucht und teilweise gestreckt.
-
Ein Fahrwertdenker, der nach dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis 11 hergestellt ist, besitzt zusammengefasst folgende Merkmale: Der aus einem durch Strangpressen eines Hohlprofilkörpers, Ablängen, Biegen um eine seiner Randseiten und Trennen hergestellte Grundkörper besitzt an seinen durch das Biegen konvexen und konkaven Randseiten Wände, die bereichsweise durch materialabhebende Bearbeitung in ihrer Längserstreckung unterschiedliche Wanddicken aufweisen. Die Wanddicken der randseitigen Wände sind an einem Endabschnitt des Grundkörpers größer als dem anderen Endabschnitt des Grundkörpers, wobei an dem Endabschnitt mit der größeren Wanddicke eine Lageraufnahme angeordnet ist. Die Wanddicke ist in einer ersten Variante in dem mittleren Bereich der konvex ausgebildeten Randseite größer als in angrenzenden Längenabschnitten des Grundkörpers. Die im mittleren Bereich angeordnete, mittlere Lageraufnahme kann Flansche aufweisen, welche die Ober- und Unterseite des Grundkörpers in diesem Bereich übergreifen. Für die zweite Variante, bei welcher die mittlere Lageraufnahme einstückig ausgebildet sein soll, ist eine beim Strangpressen des Grundkörpers hergestellte und an der konvex gebogenen Randseite angeordnete mittlere Lageraufnahme über einen Verbindungssteg mit der ersten Hohlkammer verbunden. Der Verbindungssteg hat eine Dicke, die kleiner ist als die Dicke des Grundkörpers an der mittleren Lageraufnahme und auch kleiner ist als im Bereich der ersten Hohlkammer.
-
Ein solcher Fahrwerklenker dient als linker oder rechter Fahrwerklenker eines Fahrwerkes. Aufgrund der paarweisen Bearbeitung des Grundkörpers ist jeder Fahrwerklenker eines solchen Fahrwerklenkerpaares kostengünstiger herstellbar als ein jeweils einzeln hergestellter Fahrwerklenker. Die materialabhebende Bearbeitung der randseitigen Wände, insbesondere indem massive Teile der randseitigen Wände durch Stanzen entfernt werden, ist eine Besonderheit des nach dem Verfahren hergestellten Fahrwerklenkers und ermöglicht eine herstellungstechnische Optimierung im Hinblick auf eine hohe Prozessgeschwindigkeit.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die separate Lageraufnahme gemäß Variante 1 im mittleren Bereich des Fahrwerklenkers über Bolzen, insbesondere Nietverbindungen, mit dem Grundkörper verbunden. Diese Verbindung ist kostengünstig und ohne Wärmeeintrag herstellbar, da die Verbindungsrichtung für die Nietverbindung der Hubrichtung von Stanzwerkzeugen entspricht. Die Nietverbindung profitiert von der hohen Wanddicke, d. h. von der massiven Bauweise des Grundkörpers im Bereich der mittleren Lageranbindung. Die mittlere Lageraufnahme kann auch über andere kraft-, stoff- oder formschlüssige Verbindungsarten befestigt sein, wie z. B. durch Schrauben, Clinchen, Kleben.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung besitzen die Wände wenigstens einer Randseite in ihren dicksten Bereichen eine Wanddicke, die um einen Faktor 4 bis 6 größer ist als die jeweilige Wanddicke der Ober- und Unterseiten. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Fahrwerklenker Wanddicken an den Ober- und Unterseiten in einem Bereich von 5 mm - 7 mm, insbesondere 6 mm, während die Wanddicken an wenigstens einer der Randseiten 30 mm - 50 mm und insbesondere 35 mm betragen. Bereiche mit größeren Wanddicken können durch Materialumformung (Plätten) teilweise gezielt in ihrer Fläche vergrößert sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich eine einzige zentrale Hohlkammer innerhalb des Fahrwerklenkers. Es ist möglich, die zentrale Hohlkammer durch weitere Stege bzw. Mittelwände zu unterteilen, die sich in Längsrichtung des Fahrwerklenkers erstrecken. Ein solcher Fahrwerklenker ist insbesondere als unterer Querlenker einer McPherson-Achse konzipiert.
-
Durch die modulare Bauweise ist es möglich, bei Bedarf spezielle Lagerbauteile im Bereich der mittleren Lageranbindung vorzusehen. Beispielsweise können Kugelgelenke kostengünstig mit dem Grundkörper verbunden werden. Durch die Verwendung separater Lagerbauteile ist ein Materialmix möglich. Der Grundkörper kann aus einem Aluminiumwerkstoff bestehen, während die mit dem Grundkörper verbundenen Lagerbauteile aus Stahl bestehen können. Für den Grundkörper werden insbesondere Aluminiumlegierungen der 6000er und 7000er Reihe verwendet. Es ist bei einem Grundkörper aus diesen Werkstoffen möglich, Lager ohne Verwendung von zusätzlichen Lagerhülsen direkt in die Lageraufnahme zu pressen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt eines stranggepressten Hohlprofilkörpers;
- 2 eine Fertigungsfolge zur Erstellung eines Fahrwerklenkers in mehreren Schritten OP10 bis OP50;
- 3 eine erste perspektivische Ansicht eines nach dem Verfahren hergestellten Grundkörpers eines Fahrwerklenkers;
- 4 den Fahrwerklenker der 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht;
- 5 den Fahrwerklenker der 4 mit angeschlossenen Lagern in einer perspektivischen Darstellung;
- 6 den am Fahrwerklenker der 5 in einer Ansicht auf seine Oberseite;
- 7 den Fahrwerklenker der 5 und 6 in einer Ansicht auf seine konvexe Randseite;
- 8 einen Querschnitt eines stranggepressten Hohlprofilkörpers in einer zweiten Ausführungsform;
- 9 einen Teil der Fertigungsfolge zur Herstellung eines Fahrwerklenkers aus einem stranggepressten Hohlprofilkörper gemäß 8 und
- 10 eine perspektivische Ansicht des Fahrwerklenkers gemäß der zweiten Ausführungsform.
-
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen stranggepressten Hohlprofilkörper 1 aus einem Aluminium-Werkstoff.
-
Der Hohlprofilkörper 1 besitzt einen flachen rechteckigen Querschnitt. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt er eine Höhe H von 22 mm und eine Breite B1 von 138 mm. Seine Oberseite 2 verläuft parallel zu seiner Unterseite 3. Die in der Bildebene rechte Randseite 4 verläuft parallel zu der in der Bildebene linken Randseite 5. Die Ecken sind abgerundet. Zentral in der Mitte des Hohlprofilkörpers 1 befindet sich eine rechteckige Hohlkammer 6. Sie wird begrenzt von einer oberen Wand 7 und einer unteren Wand 8. Die oberen Wand 7 und die untere Wand 8 sind gleich dick. Die Wanddicke WD1 beträgt jeweils 6 mm, so dass die Hohlkammer 6 eine Höhe H1 von 10 mm hat. Die rechte Wand und linke Wand 10 sind gleich dick. Sie besitzen eine Wanddicke WD2 von jeweils 35 mm. Die Hohlkammer 6 besitzt eine Breite B2 von 68 mm. Dieses gerade, stranggepresste Ausgangsprofil mit der zentralen Hohlkammer 6 ist die Basis für die Weiterverarbeitung zu den erfindungsgemäßen Fahrwerklenkkern.
-
Die 2 zeigt in dem Prozessschritt OP10 den Hohlprofilkörper 1. In den Hohlprofilkörper ein Mandrel bzw. innenseitiger Stützdorn eingeführt. Anschließend wurden durch Stanzen jeweils an den Enden des Hohlprofilkörpers 1 Öffnungen 11, 12 eingebracht. Die Öffnungen 11, 12 sind kreisrund und dienen später als Lageraufnahmen. Die Öffnungen 11, 12 befinden sich auf der Mittellängsachse des Hohlprofilkörpers 1. Der Durchmesser der Öffnungen entspricht im Wesentlichen der Breite B2 (1) der Hohlkammer 6, so dass nicht durch die seitlich massiven Wänden 9, 10 gestanzt wurde. Zusätzlich befinden sich zwei kleinere Öffnungen 13, 14 im Abstand zu den größeren Öffnungen 11, 12.
-
Im nächsten Fertigungsschritt OP20 wird der so vorgefertigte Hohlprofilkörper 1 um seine Längsachse gebogen, in Richtung zur rechten Randseite 4. Dabei werden vor allen Dingen die Endabschnitte des Hohlprofilkörpers 1 und nicht der zentrale Bereich gebogen, so dass sich ein im Wesentlichen C-förmiger Verlauf ergibt. In Bezug auf die angedeutete Mittelquerebene MQE ist der Hohlprofilkörper 1 noch immer spiegelsymmetrisch ausgebildet. Der mittlere Bereich im Bereich der Mittelquerebene MQE, der nicht gebogen wurde, erstreckt sich über etwa 30% bis 40% der Länge des Hohlprofilkörpers 1.
-
Im nächsten Fertigungsschritt OP30 erfolgt eine Konturgebung des Hohlprofilkörpers 1, indem er materialabhebend bearbeitet wird. In einem Stanzschritt werden randseitige Bereiche entfernt. Eine Besonderheit ist, dass in dieser Fertigungsstufe der Hohlprofilkörper 1 in der Mittelquerebene MQE getrennt wird, so dass zwei separate Grundkörper 15, 16 entstehen, die anschließend zur Herstellung eines linken bzw. rechten Fahrwerklenkers verwendet werden können. Während dieses randseitigen Zuschneidens wird im Bereich der Mittelquerebene MQE, d. h. an den proximalen, einander zugewandten Enden der Grundkörper 15, 16, ein V-förmiger Materialabtrag vorgenommen, der die innere Hohlkammer 6 auf der in Bezug auf die C-Form des Hohlprofilkörpers 1 außenliegenden, konvex verlaufenden Randseite 5 öffnet.
-
Im nächsten Fertigungsschritt OP40 werden die Öffnungen 11, 12 in Radialrichtung aufgeweitet. Das erfolgt durch Umformung bzw. Materialverdrängung. Zudem werden die pinartigen Endabschnitte 17, 18 der beiden Grundkörper 15, 16 durch Materialumformung in eine Position gedrückt, die nicht mehr parallel zu den Oberseiten 2 und Unterseiten 3 der jeweiligen Grundkörper 15, 16 ist, wie an den nachfolgenden Figuren zu erkennen ist.
-
Zwischen dem Fertigungsschritt OP40 und OP50 kann das so vorgeformte und randseitig beschnittene Bauteil ausgelagert werden.
-
Der Fertigungsschritt OP50 zeigt die beiden weiterverarbeiteten Grundkörper 15, 16 nachdem zusätzliche Öffnungen 19, 20 jeweils auf der konvex gebogenen Randseite 5 etwa im mittleren Bereich angeordnet sind. In diesem mittleren Bereich ist die Wanddicke so groß, dass Öffnungen von der Oberseite 2 zur Unterseite 3 in den massiven Teil des jeweiligen Grundkörpers 15, 16 eingebracht werden können. Die Öffnungen 19, 20 sind jeweils paarweise eingebracht. Die Öffnungen 19, 20 befinden sich in einem massiven Werkstoffbereich und daher im Abstand zur Hohlkammer 6.
-
Eine weitere Öffnung 21 wird in dem jeweiligen pinartigen Endabschnitt 17, 18 eingebracht. Auch hier ist das Material massiv, weil die Wanddicke WD2 der Wand 9 auf der konkav gekrümmten Randseite 4 ursprünglich beim Strangpressen entsprechend groß bemessen wurde und auch durch anschließende materialabhebende Bearbeitung nicht beeinträchtigt worden ist. Dieser pinartige Endabschnitt 17, 18 ist maßgeblich der Grund, warum die Wanddicke WD2 an der konkaven Randseite 4 zu groß bemessen ist, wie er in 7 gezeigt wurde. Auf der gegenüberliegenden Randseite 5 wurde die Wanddicke WD2 so groß bemessen, um in dem mittleren Bereich genügend Substanz für die Öffnungen 19, 20 zu haben, die zur Befestigung einer Lageraufnahme 23 (3) dienen.
-
In nicht näher dargestellter Weise werden auch die Öffnungen 11, 12, die zuvor aufgeweitet worden sind, und auch andere Oberflächen im Schritt OP50 materialabhebend, insbesondere spanabhebend bearbeitet.
-
Die 3 zeigt in perspektivischer Darstellung den zuvor aus dem Hohlprofilkörper 1 hergestellten Grundkörper 15. Auf eine weitere Erläuterung des zweiten Grundkörpers 16 wird verzichtet, da dieser lediglich für die andere Fahrzeugseite und mithin umgekehrt konfiguriert ist.
-
Die 4 zeigt denselben Grundkörper 15 in einer anderen Perspektive. Es ist zu erkennen, dass die Oberseite 2 weitestgehend flach und eben ist. Abgesehen von dem gebogenen Endabschnitt 17 verlaufen alle Flächenbereiche der Oberseite 2 parallel zu Unterseite 3.
-
Anhand der 4 ist zu erkennen, dass der pinartige Endabschnitt 17 mit der kreisrunden Öffnung 21 bzw. Lageraufnahme 23 einen abweichenden Winkel zur Oberseite 2 des Fahrwerklenkers in den übrigen Bereichen hat. Ein Übergangsbereich 22 verbindet den pinartigen Endabschnitt 17 mit den übrigen Bereichen des Grundkörpers 15. Der Übergangsabschnitt 22 ist gebogen, so dass er leicht nach unten über die Unterseite 3 der übrigen Bereiche des Grundkörpers 15 hinausragt (7). Der Endabschnitt 17 als solcher ist gerade und besitzt parallel zueinander verlaufende Ober- und Unterseiten.
-
Die 3 und 4 zeigen, dass im mittleren Bereich an einer konvexen Randseite 5, dort wo die Öffnungen 19 angeordnet sind, eine mittlere Lageraufnahme 23 angeordnet ist. Sie besitzt einen oberseitigen Flansch 24 und einen unterseitigen Flansch 25, welche die Oberseite 2 bzw. die Unterseite 3 des Grundkörpers 15 auf der konvexen Randseite 5 im mittleren Bereich übergreifen. Die nachfolgenden 5 bis 7 zeigen als Beispiel für mögliche Kopplungsverfahren, dass zusätzliche Niete 26, 27 die Lageraufnahme 23 über die Flanschbauteile 24, 25 mit dem Grundkörper 15 verbinden. Hierbei können die jeweiligen Flansche 24, 25 zusätzlich verpresst werden oder alternativ eine Materialaufdickung aufweisen, durch welche die Nieten 26, 27 geführt werden (5 bis 7).
-
Die 5 bis 7 zeigen ferner, dass in die jeweiligen Öffnungen 11, 21 in den Endabschnitten des Grundkörpers 15 Lager 28, 29 eingesetzt sind. An dem pinartigen Endabschnitt 17, wie er in den 5 bis 7 dargestellt ist, können zusätzliche materialabhebende Bearbeitungen vorgenommen werden, so dass der pinartige Endabschnitt 17 gewissermaßen gerundet ist und in seinen äußeren Abmessungen nicht viel größer ist als der Durchmesser des dort eingesetzten Lagers 29.
-
Es handelt sich bei dem Bauteil, wie es in den 5 bis 7 dargestellt ist, um einen fertigen Fahrwerklenker 30 in Form eines Dreiecklenkers. Er kommt als unterer Querlenker für eine McPherson-Federachse zum Einsatz. Er ist kostengünstig herstellbar, weil durch das anfängliche Strangpressen und das Biegen sowie Bearbeiten durch Stanzen in einem mehrstufigen Umformwerkzeug eine besonders günstige Konturgebung erfolgen kann, ohne dass insbesondere der Schritt des Biegens einzeln erfolgen müsste. Durch materialabhebende Bearbeitung lässt sich eine sehr materialsparende, leichte aber gleichzeitig steife und widerstandsfähige Bauteilstruktur im Hinblick auf den Grundkörper erzeugen. Es muss lediglich die mittlere Lageraufnahme 23 zusätzlich befestigt werden, während die beiden anderen Lager 28, 29 mit ihren unterschiedlichen Raumachsen entweder unmittelbar in den Grundkörper 15 gepresst werden können oder, wie es bei dem Lager 29 in Form eines Kugelgelenks mit Zapfen möglich ist, auch unmittelbar in den Grundkörper gespritzt werden können.
-
Die 8 zeigt im Querschnitt einen weiteren Hohlprofilkörper 31, dessen in der Bildebene linker Bereich im Wesentlichen dem Hohlprofilkörper 1 der 1 ähnelt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 besitzt dieser Hohlprofilkörper 31 zwei Hohlkammern 6, 32. Die zweite Hohlkammer 32 ist im Querschnitt kreisrund. Der Innendurchmesser ist wesentlich größer als die Höhe H1 der ersten Hohlkammer 6 (1).
-
Die zweite Hohlkammer 32 ist über einen schlanken Verbindungssteg 33 mit den übrigen Komponenten des Hohlprofilkörpers 31 verbunden. Der Verbindungssteg 33 besitzt eine Wanddicke WD3, die in etwa der Höhe H1 (1) der Hohlkammer 6 entspricht, bzw. um ca. 10 % bis 20 % kleiner ist. Auch die in 1 in der Bildebene rechte Wand 9 ist schlanker und etwa so dick wie der Verbindungssteg 33. Sie ist eine Übergangszone zwischen dem Verbindungssteg 33 und der oberen Wand 7 und der unteren Wand 8. Da die randseitige Wand 9, wie sie in 1 dargestellt ist, bei diesem Ausführungsbeispiel nicht mehr zu einer Lageraufnahme oder einer Halterung für eine Lageraufnahme umgeformt werden muss, kann an dieser Stelle Material gespart werden.
-
Der in 9 dargestellte Hohlprofilkörper 31 wird genauso wie der Hohlprofilkörper 6 der 1 im ersten Fertigungsschritt materialabhebend bearbeitet. Es wird auf den Fertigungsschritt OP10 in 2 verwiesen. Nach dem Schneiden erfolgt das Biegen entsprechend den Fertigungsschritten OP20 und OP30 in 2.
-
Abweichungen ergeben sich beim sogenannten Upsetting, wie es in 9 dargestellt ist. Die 9 zeigt einerseits den Hohlprofilkörper 31 und andererseits das mehrteilige Umformwerkzeug 34, in dem der Hohlprofilkörper 31 aufgenommen ist. Die Darstellung OP40.2 der 9 unterscheidet sich von der Darstellung der OP40.1 lediglich dadurch, dass ein Teil des Oberwerkzeuges 35 zur besseren Veranschaulichung entfernt wurde. Es ist zu erkennen, dass ein Dorn 36 in die Hohlkammer 32 eingesetzt wurde. Zudem ist zu erkennen, dass die Hohlkammer 32 eine Länge aufweist, die der späteren Länge einer mittleren Lageraufnahme entsprechen soll und mithin ausgehend von der ursprünglichen Länge, die sich über den gesamten Hohlprofilkörper 31 erstreckt, stark gekürzt wurde. Der Dorn 36 stützt die Hohlkammer 32 innenseitig ab, während ein Biegewerkzeug 37, das in der Bildebene von rechts an die Außenseite der mittleren Lageraufnahme 23 herangeführt wird, diese in eine Position drückt, wie sie in der Darstellung OP40.3 in 9 gezeigt ist. Anschließend kann der Dorn 36 aus der so in die gewünschte Richtung gebogenen Hohlkammer 32 entfernt werden.
-
Durch diesen Fertigungsschritt entfällt das Lochen im mittleren Bereich, wie es zu der 2 im Fertigungsschritt OP50 erläutert worden ist. Auch das anschließende Anbringen einer separaten, mittleren Lageraufnahme, wie sie in den 3 bis 6 geschildert ist, entfällt.
-
Die 10 zeigt den fertigen Fahrwerklenker 30 mit den eingesetzten Lagern. Es wurden die zu den 5 bis 7 eingeführten Bezugszeichen übernommen. Es wird auf die Bezugszeichenliste verwiesen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hohlprofilkörper
- 2
- Oberseite
- 3
- Unterseite
- 4
- Randseite
- 5
- Randseite
- 6
- Hohlkammer
- 7
- obere Wand
- 8
- untere Wand
- 9
- randseitige Wand
- 10
- randseitige Wand
- 11
- Öffnung in 1 für Lageraufnahme
- 12
- Öffnung in 1 für Lageraufnahme
- 13
- Öffnung in 1
- 14
- Öffnung in 1
- 15
- Grundkörper
- 16
- Grundkörper
- 17
- Endabschnitt von 15
- 18
- Endabschnitt von 16
- 19
- Öffnung in 15
- 20
- Öffnung in 16
- 21
- Öffnung in 17, 18
- 22
- Übergangsabschnitt zwischen 17 und 15
- 23
- Lageraufnahme
- 24
- Flansch von 23
- 25
- Flansch von 23
- 26
- Niete
- 27
- Niete
- 28
- Lager
- 29
- Lager
- 30
- Fahrwerklenker
- 31
- Hohlprofilkörper
- 32
- Hohlkammer
- 33
- Verbindungssteg
- 34
- Umformwerkzeug
- 35
- Oberwerkzeug
- 36
- Dorn
- 37
- Biegewerkzeug
- B1
- Breite von 1
- B2
- Breite von 6
- H
- Höhe von 1
- H1
- Höhe von 6
- MQE
- Mittelquerebene
- WD1
- Wanddicke von 7, 8
- WD2
- Wanddicke von 9, 10
- WD3
- Wanddicke von 33
