DE10241406B4

DE10241406B4 - Einstückiger Federlenker

Info

Publication number: DE10241406B4
Application number: DE10241406A
Authority: DE
Inventors: Stefan Günther; Jens Haase
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: DE10241406A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Federlenkers für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines Innenhochdruckumform-Verfahrens aus einem Rohrhalbzeug ein einstückiger Federlenker hergestellt wird, als Rohrhalbzeuge stranggepresste oder längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre verwendet werden, der Federlenker nach dem Innenhochdruckumformen formkalibriert wird, während des Formkalibrierens oder nach dem Formkalibrieren, insbesondere Ausformen, die Enden des Federlenkers zum Anflanschen von Verbindungselementen beschnitten werden und beim Beschneiden zumindest partiell eine offene Kontur, insbesondere Schalen- oder Laschenkontur, in den Federlenker eingebracht, wird, so dass Teile des Federlenkerinnenvolumens als Bauraum für angeflanschte Fahrwerksteile nutzbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Federlenkers für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges sowie einen Federlenker.
Federlenker im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges dienen dazu, das Rad in einer oder mehreren Richtungen zu führen und dabei die Kräfte, die durch das Rad sowie Stoßdämpfer, Tragfeder und Karosserieaufbau in das Fahrwerk eingeleitet werden, abzustützen. Der Federlenker ist dabei ein Teil der ungefederten bzw. teilgefederten Masse des Fahrwerks, dessen Reduzierung den Fahrkomfort und/oder die Fahrdynamik deutlich verbessern. Um hohe Massen im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges zu vermeiden sowie um den vorhandenen Platz im Fahrwerk optimal auszunutzen, weisen Federlenker in der Regel eine sehr komplexe geometrische Form auf, um gleichzeitig die benötigte Steifigkeit zu gewährleisten.
Bisher bekannte Federlenker werden deshalb zumeist in einer Schalenbauweise aus mehreren Einzelteilen aus Aluminium- oder Stahlwerkstoffen gefertigt. Die Einzelteile werden dann durch Schweißen, Schrauben oder Stanznieten zu einem mehrteilig aufgebauten Federlenker zusammengefügt. Dabei weist ein in einer Schalenbauweise hergestellter, mehrteiliger Federlenker den Nachteil auf, dass beispielsweise beim Zusammenfügen der Einzelteile durch Schweißen aufgrund des hohen Wärmeeintrages Gefügeveränderungen im Federlenker erzeugt werden, welche die Festigkeit negativ beeinflussen können. Bei der Herstellung solcher Federlenker sind für die verschiedenen Einzelteile darüber hinaus zusätzliche Werkzeuge, beispielsweise Tiefziehwerkzeuge, notwendig so dass nicht nur ein höherer logistischer Aufwand durch die Steuerung der verschiedenen Einzelteile in der Fertigung notwendig ist, sondern auch zusätzliche Werkzeugkosten entstehen. Weiter ist dabei problematisch, dass, neben dem zusätzlichen Fertigungsaufwand durch das notwendige Fügen der Einzelteile, die Einzelteile nur besonders kleine Toleranzen aufweisen dürfen, um zu einem maßgenauen Federlenker zusammengefügt zu werden.
Alternativ dazu sind Federlenker aus Strangpressprofilen aus Aluminiumwerkstoffen bekannt. Allerdings weisen die stranggepressten Profile nur geringe Freiheitsgrade bezüglich der Formgebung auf, so dass eine optimale Anpassung an den zur Verfügung stehenden Bauraum im Kraftfahrzeug nicht gewährleistet werden kann.
Des weiteren können Federlenker als Schmiedeteile aus Aluminium- oder Stahlwerkstoffen oder als Gussteile aus Aluminiumwerkstoffen hergestellt werden. Allerdings ist auch bei den letztgenannten Federlenkern entweder die Anzahl der Fertigungsschritte bis zur Herstellung des fertigen Federlenkers zu hoch (Schmiedeteil) oder die Freiheitsgrade bei der Formgebung unbefriedigend (Gussteil).

Darüber hinaus sind aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 199 12 445 A1 und DE 100 07 193 A1 Querlenker für Kraftfahrzeuge bekannt, die aus einem unter Verwendung des Innenhochdruckumform (IHU)-Verfahren umgeformten Metallrohr hergestellt sind. Zusätzlich ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 814 998 B1 auch die Verwendung von rohrförmigen Halbzeugen aus einer Aluminiumlegierung für die Herstellung von Querlenkern unter Verwendung des IHU-Verfahrens bekannt. Ein Schräglenker bestehend aus einer Haut- und einer Nebenstrebe, wobei beide Streben nach dem Innenhochdruckumform-Verfahren hergestellt sind, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 35 914 A bekannt. Hinweise auf eine entsprechende Herstellung von einstückigen Federlenkern können den oben genannten Dokumenten allerdings nicht entnommen werden.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen und hergeleiteten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Federlenkers für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges und einen entsprechenden Federlenker zur Verfügung zu stellen.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass der Federlenker unter Verwendung eines Innenhochdruckumform-Verfahrens aus einem Rohrhalbzeug hergestellt wird, als Rohrhalbzeuge stranggepresste oder längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre verwendet werden, der Federlenker nach dem Innenhochdruckumformen formkalibriert wird, während des Formkalibrierens oder nach dem Formkalibrieren, insbesondere Ausformen die Enden des Federlenkers zum Anflanschen von Verbindungselementen beschnitten werden und beim Beschneiden zumindest partiell eine offene Kontur, insbesondere Schalen- oder Laschenstruktur, in den Federlenker eingebracht wird, so dass Teile des Federlenkerinnenvolumens als Bauraum für angeflanschte Fahrwerksteile nutzbar sind. Als Rohrhalbzeuge kommen dabei beliebig geformte, zumindest teilweise aus einem Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium, bestehende Rohrhalbzeuge in Betracht. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine komplexe Formgebung des Federlenkers mit sehr wenigen Verfahrensschritten zu realisieren. Insbesondere entfallen zusätzliche Fügeoperationen, wie sie bei mehrteiligen Federlenkern notwendig sind, so dass nicht nur der Aufwand zur Fertigung reduziert wird, sondern auch nachteilige Gefügeveränderungen am Bauteil, beispielsweise durch Schweißen, vermieden werden.

Ein besonders gutes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht wird, gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch erreicht, dass als Rohrhalbzeuge stranggepresste oder längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre verwendet werden. Insbesondere durch die Verwendung von längsnahtgeschweißten Aluminiumrohren steht ein kostengünstig zu produzierendes Rohrhalbzeug mit sehr guten Umformeigenschaften zur Verfügung.

Wird, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in das Rohrhalbzeug durch Innenhochdruckumformen eine geschlossene Hohlkammerkontur eingebracht, so kann eine belastungsgerechte Bauteilstruktur erzeugt werden, welche den zur Verfügung stehenden Bauraum im Fahrwerk des Kraftfahrzeuges optimal ausnutzt.

Die Aufnahme von breiten Anbauteilen, beispielsweise Tragfederkonturen, gewährleistet eine nächste weitergebildete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem beim Innenhochdruckumformen der Rohrquerschnitt über seine Längssachse zumindest teilweise in eine Rechteck- oder Vieleckform gebracht wird. Hierdurch und durch Ausbilden von Profilecken wird das partiell benötigten Flächenwiederstandsmoment über den Querschnitt bereitstellt.

Darüber hinaus kann die Steifigkeit des Federlenkers weitergesteigert werden, in dem, gemäß einer bevorzugt weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, beim Innenhochdruckumformen versteifende Elemente, insbesondere Sicken und Profilierungen, in Längs- oder Querrichtung in die Kontur des Federlenkers eingebracht werden. Dabei wird das Einbringen der Versteifungselemente mit Hilfe von Schiebern in einem Innenhochdruckumform-Werkzeug realisiert.

Weitere Fertigungsschritte können gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch eingespart werden, dass während des Innenhochdruckumformens oder nach dem Innenhochdruckumformen Bohrungen und Lochungen in den Federlenker eingebracht werden. Bevorzugt werden die Lochungen beim Ausformen des Federlenkers, d.h. noch im Innenhochdruckumform-Werkzeug, durchgeführt.

Die Präzision des erfindungsgemäßen Federlenkers kann, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch weiter gesteigert werden, dass der Federlenker nach dem Innenhochdruckumformen formkalibriert wird.

Werden, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, während des Formkalibrierens oder nach dem Formkalibrieren, insbesondere beim Ausformen, die Enden des Federlenkers zum Anflanschen von Verbindungselementen beschnitten, können auf einfache Weise Radträger oder auch Hilfsrahmen an den Federlenker angeflanscht werden. Weitere Fahrwerksteile wie z.B. Zugstreben etc. lassen sich ebenfalls durch das Vorsehen von Bohrungen oder Anflanschgeometrien an den Federlenker anflanschen.

Das formschlüssige Anflanschen von Verbindungselementen kann insbesondere dadurch weiter erleichtert werden, dass beim Beschneiden eine zumindest partiell offene Kontur, insbesondere eine Schalen- oder Laschenkontur, in den Federlenker eingebracht wird. Mit dieser Maßnahme, kann auch auf geometrische Beschränkungen des vorhandenen Bauraumes eingegangen werden, indem man ebenfalls Teile des Federlenkerinnenvolumens als Bauraum für angeflanschte Fahrwerksteile wie z.B. Fahrzeugfedern (Auswirkung der Blocklänge der Federn auf Bauraumbedarf, Underflor Axle Principle) ausnutzen kann.

Gemäß der zweiten Lehre der Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für einen Federlenker für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges dadurch gelöst, dass der Federlenker zumindest einstückig ist, aus einem unter Verwendung des Innenhochdruckumform-Verfahren umgeformt, längsnahtgeschweißten oder stranggepressten Aluminiumrohr besteht, der Federlenker zumindest partiell eine offene, insbesondere Schalen- oder Laschenkontur, aufweist, so dass Teile des Federlenkervolumens als Bauraum für angeflanschte Fahrwerksteile nutzbar sind. Einstückige Federlenker gewährleisten dabei, dass zum einen aufgrund des Verzichts auf Fügeoperationen, beispielsweise einem Schweißen, nachteilige Gefügeänderungen am Federlenker durch hohen Wärmeeintrag vermieden werden und zum anderen, dass der Fertigungsaufwand, beispielsweise durch den Wegfall der Fügeoperationen, verringert wird.

Durch einen erfindungsgemäß einteiligen Federlenker wird kein herkömmlicher Fügeflansch benötigt, der durch Materialdopplung Mehrgewicht verursachen könnte oder Steifigkeitssprünge verursacht.

Besteht der Federlenker im wesentlichen aus einem unter Verwendung des Innenhochdruckumform-Verfahrens umgeformten, längsnahtgeschweißten oder stranggepressten Aluminiumrohr, so kann gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federlenkers, ein Federlenker mit einem optimierten Verhältnis von Festigkeit und Masse zur Verfügung gestellt werden.

Auf besonders einfache Art und Weise können breite Anbauteile, beispielsweise Tragfederkonturen, gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federlenkers aufgenommen werden, indem der Federlenker zumindest teilweise eine Rechteck- oder Vieleckform aufweist. Der Federlenker kann beispielsweise durch eine Profilverschiebung über den Längsachsenverlauf an der benötigten Stelle breiter sein als an den Federlenkerenden, zudem kann durch Auf weiten des Rohres im IHU-Prozess zusätzlicher Umfang für eine genügend breite Aufnahmegeometrie geschaffen werden.

Sind Bohrungen und Lochungen vorgesehen, so ist es gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federlenkers, möglich, Verbindungselemente am Federlenker auf einfache Weise zu befestigen. Anbauteile wie Abdeckungen zum Steinschlagschutz oder Unterbodenabdeckungen zur Minimierung/Optimierung des Luftwiderstands können ebenfalls durch Vorsehen einer Bohrung, die beispielsweise als Einrasthilfe gestaltet ist, befestigt werden.

Insbesondere kann, gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform, den unterschiedlichen Geometrien der Verbindungselemente des Fahrwerks eines Kraftfahrzeuges Rechnung getragen werden sowie das formschlüssige Anflanschen der Verbindungselemente erleichtert werden, indem der Federlenker zumindest partiell eine offene Kontur, insbesondere eine Schalen- oder Laschenkontur, aufweist.

Ein weiter verbessertes Kraftaufnahmevermögen bei nahezu gleichbleibendem Gewicht gewährleistet eine nächste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federlenkers, in dem versteifende Elemente, insbesondere Sicken und Profilierungen, im Längs- oder Querverlauf des Federlenkers vorgesehen sind. Weiter können die Enden des Federlenkers durch Ausbildung von Kragen versteift werden.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, dass erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Federlenkers und den erfindungsgemäßen Federlenker auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüchen, andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
1: die 3D-Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines unter Verwendung des IHU-Verfahrens umgeformten Federlenkers vor dem Ausformen und
2: die 3D-Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Federlenkers nach dem Ausformen aus dem Innenhochdruckumform-Werkzeug.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federlenker 1, welcher unter Verwendung des IHU-Verfahrens beispielsweise aus einem längsnahtgeschweißten Aluminiumrohr geformt ist. Allerdings ist auch der Einsatz rohrförmiger aus einem im Innenhochdruckverfahren umformbaren Metall, beispielsweise Stahl, einer Stahllegierung oder andere Metalllegierung, bestehender Halbzeuge vorstellbar.
Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, wird beim IHU-Verfahren das rohrförmige Halbzeug zunächst in eine belastungsgerechte, geschlossene Hohlkammerstruktur umgeformt. Dabei können nahezu beliebige Geometrien hergestellt werden, sodass der gesamte für den Federlenker 1 zur Verfügung stehende Bauraum im Fahrwerk des Kraftfahrzeuges ausgenutzt werden kann und gleichzeitig spezifische Belastungen des Federlenkers 1 berücksichtigt werden können. Beispielsweise wird durch den breit ausgeformten mittleren Bereich 2 des Federlenkers 1 die Festigkeit bei Knickbeanspruchungen senkrecht zur Längsachse des Federlenkers 1 stark verbessert.
Darüber hinaus können, wie 1 zeigt, die Enden 3, 4 des Federlenkers 1 an die Anbindung unterschiedlicher Verbindungselemente angepasst werden. Dabei ist es beispielsweise auch möglich, nicht dargestellte Sicken und Profilierungen in den Körper des Federlenkers beim Innenhochdruckumformen einzubringen, so dass die Festigkeit in Bezug auf Knickbeanspruchungen weitergesteigert werden kann.
2 wiederum zeigt das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federlenkers 1 nach dem Ausformen aus dem Innenhochdruckumform-Werkzeug. Der Federlenker 1 weist nun Bohrungen 5, Lochungen 6, 7 und 8 sowie eine laschenartige offene Konturen 9, 10 im Bereich der Enden des Federlenkers 1 auf. Die Bohrungen 5 sowie die Lochungen 6 bis 8 werden dabei ebenso wie die laschenartigen Konturen 9 und 10 im Bereich der Enden des Federlenkers 1 durch Beschnittoperationen beim Ausformprozess hergestellt. Wie 2 weiter zeigt, können Federlenker 1 auch mit sehr komplexen Strukturen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einstückig hergestellt werden. Hieraus resultiert nicht nur eine größere Freiheit in der Konstruktion derartiger Federlenker 1, gleichzeitig wird bei Verwendung eines längsnahtgeschweißten Aluminiumrohres ein minimales Gewicht erzielt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Federlenkers für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines Innenhochdruckumform-Verfahrens aus einem Rohrhalbzeug ein einstückiger Federlenker hergestellt wird, als Rohrhalbzeuge stranggepresste oder längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre verwendet werden, der Federlenker nach dem Innenhochdruckumformen formkalibriert wird, während des Formkalibrierens oder nach dem Formkalibrieren, insbesondere Ausformen, die Enden des Federlenkers zum Anflanschen von Verbindungselementen beschnitten werden und beim Beschneiden zumindest partiell eine offene Kontur, insbesondere Schalen- oder Laschenkontur, in den Federlenker eingebracht, wird, so dass Teile des Federlenkerinnenvolumens als Bauraum für angeflanschte Fahrwerksteile nutzbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Rohrhalbzeug durch Innenhochdruckumformen eine geschlossene Hohlkammerkontur eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Innenhochdruckumformens der Rohrquerschnitt über seine Längsachse zumindest teilweise in eine Rechteck- oder Vieleckform gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Innenhochdruckumformens versteifende Elemente, insbesondere Sicken und Profilierungen, in Längs- oder Querrichtung in die Kontur des Federlenkers eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Innenhochdruckumformens oder nach dem Innenhochdruckumformen Bohrungen und Lochungen in den Federlenker eingebracht werden.
Federlenker für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Federlenker (1) einstückig ist, aus einem unter Verwendung des Innenhochdruckumform-Verfahrens umgeformten, längsnahtgeschweißten oder stranggepressten Aluminiumrohr besteht, der Federlenker zumindest partiell eine offene Kontur (9, 10), insbesondere Schalen- oder Laschenkontur, aufweist, so dass Teile des Federlenkerinnenvolumens als Bauraum für angeflanschte Fahrwerksteile nutzbar sind.
Federlenker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federlenker (1) zumindest teilweise eine Rechteck- oder Vieleckform aufweist.
Federlenker nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Bohrungen (5) und/oder Lochungen (6, 7, 8) im Federlenker (1) vorgesehen sind.
Federlenker nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass versteifende Elemente, insbesondere Sicken und Profilierungen, im Längs- oder Querverlauf des Federlenkers (1) vorgesehen sind.