DE10011845A1

DE10011845A1 - Lenker in Schalenbauweise

Info

Publication number: DE10011845A1
Application number: DE10011845A
Authority: DE
Inventors: Axel Grischow
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: DE10011845B4

Abstract

Ein Lenker in Schalenbauweise für eine Radaufhängung umfaßt ein erstes Schalenteil (2) und ein zweites Schalenteil (3), die mit ihren Außenrändern zu einem Hohlkörper zusammengefügt sind. Zwischen zwei einander gegenüberliegenden Außenrandabschnitten (9, 10) des ersten und zweiten Schalenteils (2, 3) ist ein drittes Schalenteil (7) eingefügt. Damit wird ein Lenker geschaffen, der bei einem geringen Gewicht und einer hohen Tragfähigkeit einfach herstellbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lenker in Schalenbauweise für eine Radaufhängung.

Derartige Lenker werden beispielsweise als Querlenker oder Schräglenker eingesetzt.

Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, Lenker als Gußteile oder als Blechteile herzustellen. Im letzteren Fall ist es möglich, den Lenker durch ein einziges Blechteil auszubilden. Es können aber auch mehrere Blechteile zu einem Lenker zusammengefügt werden.

In Fig. 3 ist ein der Anmelderin intern bekannter Querlenker 1 dargestellt, der aus zwei in etwa gleichartigen Schalenteilen 2 und 3 zusammengefügt ist. Die beiden Schalenteile 2 und 3 sind jeweils aus einem Tiefziehblech hergestellt und an ihren Außenrändern miteinander verbunden, um so einen Hohlkörper mit drei Lagerabschnitten 4, 5 und 6 auszubilden. Zwei der Lagerabschnitte dienen dabei der Anlenkung an einen Fahrzeugaufbau, worunter hier auch ein mit dem Fahrzeugaufbau fest verbundener Hilfsrahmen oder ein Fahrschemel verstanden wird. Der dritte Lagerabschnitt 6 hingegen dient der Ankopplung eines Fahrzeugrades bzw. eines Radträgers.

Dieser bekannte Lenker ist im Bereich des vorderen Lenkerabschnitts 4 jedoch verbesserungsbedürftig, da dort ein hoher Umformgrad der Schalenteile 2 und 3 mit hohen Betriebsbelastungen zusammentrifft.

Bei der Auslegung von Lenkern sind eine Vielzahl von zum Teil widerstreitenden Zielen miteinander in Einklang zu bringen. Für eine möglichst leichtgewichtige Ausgestaltung des Lenkers sollen einerseits möglichst dünne Bleche zum Einsatz kommen. Andererseits muß eine ausreichende Tragfähigkeit gewährleistet bleiben. Außerdem wird der Lenker in einem eingebauten Zustand in ein Kraftfahrzeug während des Betriebs des Kraftfahrzeuges komplexen Belastungen unterworfen, wobei einzelne Abschnitte stärker, andere hingegen schwächer beansprucht werden.

Im Hinblick auf ein möglichst geringes Gewicht und eine hohe Bauteilfestigkeit ist es wünschenswert, den Lenker den Belastungen entsprechend auszulegen. Dies setzt jedoch einerseits voraus, daß sich die während eines Fahrbetriebs auftretenden Lasten hinreichend genau bestimmen lassen und andererseits, daß sich das daraus resultierende, sehr komplexe Steifigkeitsanforderungsprofil in eine konkrete Bauteilstruktur umsetzen läßt.

Gerade durch die fertigungstechnischen Möglichkeiten sind hier deutliche Grenzen gesetzt. Diese liegen nicht allein im technologischen Bereich. Vielmehr sind im Hinblick auf eine Serienfertigung vor allem wirtschaftliche Gesichtspunkte zu berücksichtigen, die sich in dem Erfordernis einer möglichst einfachen und kostengünstigen Herstellung widerspiegeln.

Die in diesem Zusammenhang im Stand der Technik bekannten, weiteren Lösungen zweiteiliger Lenker bieten gegenüber dem oben erläuterten Lenker in dieser Hinsicht keine Vorteile.

So ist aus der JP 80197922 A1 ein zweiteiliger Lenker bekannt, bei dem ein Schalenteil als Gußteile ausgebildet ist, das durch ein Blech-Schalenteil verstärkt wird.

Weiterhin ist aus der DE 197 38 249 A1 ein zweiarmiger Lenker in V-Form bekannt, bei dem jeder Arm als hohles Schalenteil ausgebildet ist. Die Schalenteile werden an ihren Außenseiten jeweils durch ein Versteifungsblech verstärkt, das an das jeweilige Schalenteil zwischen einem radseitigen Lagerabschnitt und einem aufbauseitigen Lagerabschnitt außen angeschweißt ist, so daß sich in diesem Bereich eine Wandverdopplung ergibt. Dieser bekannten Konstruktion liegt die Überlegung zugrunde, eine Steigerung der Steifigkeit durch eine erhöhte Materialdicke zu bewirken. Allerdings geht dies auf Kosten des Gewichts des Lenkers.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lenker für eine Fahrzeugradaufhängung zu schaffen, der bei einem geringen Gewicht und einer hohen Tragfähigkeit einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Lenker der eingangs genannten Art gelöst, bei dem zwischen zwei einander gegenüberliegenden Außenrandabschnitten des ersten und zweiten Schalenteils ein drittes Schalenteil einfügt ist.

Hiermit kann unter Beibehaltung eines einwandigen Aufbaus an besonders belasteten Stellen eine lokale Festigkeitszunahme erzielt werden. Beispielsweise ist es möglich, das dritte Schalenteil dazu mit einer gegenüber den anderen Schalenteilen erhöhten Eigensteifigkeit auszubilden. So kann das dritte Schalenteil beispielsweise eine größere Wanddicke als die anderen beiden Schalenteile aufweisen, oder aber auch mit Versteifungssicken versehen werden.

Durch die Eingliederung zwischen die Außenrandabschnitte des ersten und zweiten Schalenteils bleibt der fertigungstechnische Zusatzaufwand auf eine zusätzliche Fügestelle beschränkt. Überdies ersetzt das dritte Schalenteil gerade die am stärksten umgeformten Abschnitte des ersten und zweiten Schalenteils durch ein Bauteil mit einem niedrigeren Umformgrad. Der maximale, an dem Lenker auftretende Umformgrad läßt sich somit vermindern. Hieraus resultiert insbesondere dann, wenn das dritte Schalenteil in besonders belasteten Bereich des Lenkers angeordnet wird, eine merkliche Steigerung der Bauteilfestigkeit.

Weiterhin wird die Herstellung des ersten und zweiten Schalenteile vereinfacht, da diese nun eine weniger stark gekrümmte Form aufweisen.

Vorzugsweise ist das dritte Schalenteil streifenartig ausgebildet und damit besonders einfach aus Blech herstellbar. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das dritte Schalenteil im wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des ersten und zweiten Schalenteils angeordnet, um einen Seitenwandabschnitt des Lenkers zu bilden, an dem ansonsten die größten Umformgrade an den beiden anderen Schalenteilen erforderlich wären.

Zur weiteren Verminderung des Umformgrades an dem ersten und zweiten Schalenteil sind die jeweiligen Außenränder im Bereich des eingefügten dritten Schalenteils zumindest abschnittsweise voneinander weg nach außen umgebogen. Das dritte Schalenteil ist dann jeweils mit den Außenkanten der Außenränder zusammengefügt, wodurch die Verbindungsstellen für verschiedene Verbindungstechniken gut zugänglich sind.

Bevorzugt weist das dritte Schalenteil zumindest abschnittsweise einen gewölbten Querschnitt auf, der die Steifigkeit tendenziell weiter erhöht. Überdies wird hierdurch eine bessere Anlage zwischen den Rändern der Schalenteile erreicht. Im Hinblick auf eine kompakte Bauform wird zumindest abschnittsweise die Wölbung vorteilhaft nach innen zu dem aus den drei Schalenteilen gebildeten Hohlkörper gerichtet.

Weiterhin kann das dritte Schalenteil auch in seiner Längserstreckungsrichtung gekrümmt werden. Durch diese zusätzliche Krümmung ergibt sich tendenziell eine weitere Festigkeitssteigerung.

Das Zusammenfügen des dritten Schalenteils mit den beiden anderen Schalenteilen erfolgt bevorzugt durch Schweißen. Es ist allerdings auch denkbar, das dritte Schalenteil an eines oder die beiden anderen Schalenteile anzunieten, anzuschrauben oder die Ränder durch Bördeln zu verbinden.

Prinzipiell ist es möglich, das dritte Schalenteil durchgehend zwischen den Außenrändern des ersten und zweiten Schalenteils anzuordnen. Allerdings ist dies mit einem doch größeren Herstellungsaufwand verbunden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich daher das dritte Schalenteil zwischen zwei aufbauseitigen Lagerabschnitten des Lenkers, da dort zumeist die größten Belastungen auftreten. Der hiermit verbundene Zusatzaufwand ist im Hinblick auf die erzielte Steigerung der Bauteilfestigkeit vertretbar und fällt angesichts der Vereinfachung der Herstellung der anderen Schalenteile kaum ins Gewicht.

Vorzugsweise sind weiterhin alle Schalenteile als Blechumformteile ausgebildet.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die einander gegenüberliegenden Ränder des dritten Schalenteiles mit Bezug auf eine Mittelebene symmetrisch zueinander. Damit läßt sich die Herstellung des Lenkers insbesondere bei einer schweißtechnischen Einbindung des dritten Schalenteils weiter vereinfachen, da dann das Verbinden mit den Außenrändern der anderen beiden Schalenteile in einen einzigen Schweißgang vorgenommen werden kann. Die Schweißelektroden für die einzelnen Nähte können so entlang einer Bahnkurve gemeinsam geführt werden.

Zur weiteren Erleichterung des Schweißvorganges verlaufen die einander gegenüberliegenden Ränder des dritten Schalenteiles bevorzugt parallel zueinander. Bei dem gemeinsamen Schweißvorgang kann dann der Abstand zwischen den Elektroden konstant bleiben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine räumliche Darstellung des Ausführungsbeispiels eines Lenkers nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Lenker nach Fig. 1 entlang der Linie A-A, und in Fig. 3 einen bekannten Lenker in zweischaliger Bauweise.

Das Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 einen dreischaligen Lenker 1 in Form eines Querlenkers für eine Fahrzeugradaufhängung. Im eingebauten Zustand in einer Radaufhängung ist dieser Lenker 1 über drei Anlenkpunkte gegen den Fahrzeugaufbau sowie ein Fahrzeugrad abgestützt. Der Lenker 1 umfaßt ein erstes Schalenteil 2 und ein zweites Schalenteil 3, die im wesentlichen als Halbschalen ausgebildet und an ihren Rändern zu einem Hohlkörper zusammengefügt sind. Die beiden Schalenteile 2 und 3 erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander zwischen den späteren Anlenkpunkten des Lenkers 1. Zu diesem Zweck sind an dem Lenker 1 bzw. den beiden Schalenteilen 2 und 3 Lagerabschnitte 4, 5 und 6 ausgebildet. Während die Lagerabschnitte 4 und 5 der aufbauseitigen Anlenkung dienen und zur Aufnahme von gummielastischen Lagern ausgebildet sind, wird über den Lagerabschnitt 6 ein Radträger angekoppelt.

Die Schalenteile 2 und 3 sind an ihren zueinander umgebogenen Außenrändern miteinander verbunden, beispielsweise zusammengeschweißt, wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist. Die gemeinsame Schweißnaht 8 liegt dabei an Wandabschnitten, die sich im wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Schalenteile 2 und 3 erstrecken.

Zwischen den aufbauseitigen Lagerabschnitten 4 und 5 hingegen ist zwischen den Außenrändern 9 und 10 der Schalenteile 2 und 3 ein drittes Schalenteil 7 einfügt. Dieses dritte Schalenteil 7 ersetzt zwischen den aufbauseitigen Lagerabschnitten 4 und 5 im wesentlichen die senkrechten Wandabschnitte der Schalenteile 2 und 3. Hierzu ist das dritte Schalenteil 7 streifenartig ausgebildet und den beiden anderen Schalenteilen 2 und 3 entsprechend in Längserstreckungsrichtung gekrümmt. Es ist mit den Außenrändern 9 und 10 der Schalenteile 2 und 3 verbunden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schalenteil 7 an seinen Außenrändern mit den Außenrändern 9 und 10 der Schalenteile 2 und 3 durchgehend verschweißt. Es ist jedoch auch möglich, hier eine Niet- oder Schraubverbindung vorzusehen oder die Ränder durch Bördeln zu verbinden.

Zur Erleichterung des Schweißvorganges, der in der Regel in einem automatisierten Verfahren durchgeführt wird, sind die Ränder 11 und 12 des dritten Schalenteils 7 bezüglich einer Mittelebene symmetrisch zueinander angeordnet, die in etwa parallel zu der Haupterstreckungsebene des Lenkers verläuft. Damit lassen sich die beiden Ränder 11 und 12 des dritten Schalenteils 7 in einem einzigen Schweißgang mit den Außenrändern 9 und 10 der Schalenteile 2 und 3 verbinden. Die hierfür verwendeten Schweißelektroden werden dazu nebeneinander geführt, wobei lediglich deren Abstand in Breitenrichtung mit dem Vorschub in Schweißrichtung verändert wird. In einer besonders einfachen Ausführungsvariante verlaufen die Ränder 11 und 12 parallel zueinander. In diesen Fall kann die Abstandsvariation der Schweißelektroden entfallen. Es wird dann mit einem Elektrodenpaar geschweißt, dessen Elektroden fest nebeneinander angeordnet sind.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das Schalenteil 7 einen gewölbten Querschnitt auf, wobei hier im Bereich des vornliegenden, aufbauseitigen Lagerabschnittes 4 die Wölbung zum Inneren des aus den Schalenteilen gebildeten Hohlkörpers gerichtet ist. Durch diese einwärts gerichtete Wölbung bleibt der Lagerabschnitt 4 zur Ankopplung an den Fahrzeugaufbau oder einen Hilfsrahmen frei, d. h. der Ankopplungsbereich wird durch die Wölbung nicht eingeschränkt, sondern vielmehr sogar etwas erweitert. Zu dem hinteren Lagerabschnitt 5 kehrt sich die Wölbung um, so daß sich an dem hinteren Lagerabschnitt 5 eine umschließende Aufnahme für ein dort befindliches Gummilager ergibt.

Im Bereich des vornliegenden Lagerabschnittes 4 sind die Außenränder 9 und 10 des ersten und zweiten Schalenteils 2 und 3 im Bereich des eingefügten dritten Schalenteils 7 voneinander weg nach außen umgebogen. Die Schalenteile stoßen dort nicht mit ihren schmalen Kanten aneinander, sondern liegen mit ihren Breitflächen gegeneinander an, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Schalenteile 2, 3 und 7 als Blechumformteile hergestellt. Durch die Anordnung des dritten Schalenteils 7 zwischen den aufbauseitigen Lagerabschnitten 4 und 5 bleibt der Umformgrad des ersten und zweiten Schalenteils 2 und 3 gering, da die bei einer zweiteiligen Ausführung am stärksten umzuformenden Abschnitte, die hier im Bereich des Lagerabschnittes 4 lägen, durch das dritte Schalenteil 7 ersetzt sind. Dieses ist selbst ebenfalls mit einem niedrigen Umformgrad herstellbar.

Zwar ergibt sich durch das zusätzliche dritte Schalenteil 7 eine größere Anzahl von miteinander zusammenzufügenden Elementen. Jedoch wird der Herstellungsaufwand für die beiden größeren Schalenteile 2 und 3 vermindert, da für deren Herstellung nunmehr weniger Umformschritte erforderlich sind. Durch eine symmetrische Ausbildung der Ränder 11 und 12 des dritten Schalenteils 7 können diese im gleichen Schweißgang mit den Außenrändern 9 und 10 der anderen Schalenteile 2 und 3 verbunden werden. Die Anzahl der Schweißschritte wird hierdurch nicht erhöht. Es wird dann lediglich eine zusätzliche Schweißelektrode benötigt.

Die Herstellung der Schalenteile erfolgt bevorzugt durch Tiefziehen. Als Material kommt vorwiegend Stahl einschließlich Edelstahl zum Einsatz. Prinzipiell ist es auch möglich, die Schalenteile aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminiumlegierungen zu fertigen. Weiterhin können einzelne der Schalenteile oder auch alle Schalenteile als Gußteile ausgebildet werden.

Die dreischalige Ausgestaltung erlaubt weiterhin eine lokale Festigkeitssteigerung an besonders beanspruchten Abschnitten des Lenkers 1. Sofern erforderlich, ist es beispielsweise auch möglich, anstelle oder zusätzlich zu dem dritten Schalenteil 7 weitere streifenartige Schalenteile zwischen Abschnitten der Außenränder des ersten und zweiten Schalenteils 2 und 3, insbesondere im Bereich der Schweißnaht 8, einzufügen.

Überdies wird durch eine gezielte Auslegung der einzelnen Schalenteile eine genauere Anpassung des Lenkers 1 an die im späteren Betrieb auftretenden Belastungen erzielt. So ist es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, die Wanddicke des ersten und zweiten Schalenteils 2 und 3 gegenüber der in Fig. 3 dargestellten, zweischaligen Ausführung etwas zu vermindern, um hierdurch das Gewicht des Lenkers 1 zu verringern, andererseits jedoch das dritte Schalenteil 7 mit einer größeren Wanddicke steifer auszubilden.

Ein weiterer Versteifungseffekt kann beispielsweise auch durch die Ausbildung von Sicken an dem dritten Schalenteil 7 bewirkt werden. Zudem ist es möglich, für die Schalenteile Werkstoffe mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften zu verwenden, beispielsweise für das dritte Schalenteil 7 einen Werkstoff mit höherer Festigkeit einzusetzen.

Die einzelnen festigkeitssteigernden Maßnahmen können einzeln oder auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.

Insgesamt ergibt sich damit bei dem in Fig. 1 dargestellten Lenker 1 eine höhere Bauteilfestigkeit ohne eine merkliche Gewichtszunahme.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Lenker

2

erstes Schalenteil

3

zweites Schalenteil

4

vornliegender, aufbauseitiger Lagerabschnitt

5

hintenliegender, aufbauseitiger Lagerabschnitt

6

radseitiger Lagerabschnitt

7

drittes Schalenteil

8

Schweißnaht

9

Außenrandabschnitt des ersten Schalenteils

10

Außenrandabschnitt des zweiten Schalenteils

11

Rand des dritten Schalenteils

12

weiterer Rand des dritten Schalenteils

Claims

1. Lenker in Schalenbauweise für eine Radaufhängung, insbesondere Querlenker, umfassend ein erstes Schalenteil (2) und ein zweites Schalenteil (3) die mit ihren Außenrändern zu einem Hohlkörper zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei einander gegenüberliegenden Außenrandabschnitten (9, 10) des ersten und zweiten Schalenteils (2, 3) ein drittes Schalenteil (7) einfügt ist.

2. Lenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schalenteil (7) streifenartig ausgebildet ist.

3. Lenker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schalenteil (7) im wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des ersten und zweiten Schalenteils (2, 3) angeordnet ist.

4. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenränder des ersten und zweiten Schalenteils (2, 3) im Bereich des eingefügten dritten Schalenteils (7) zumindest abschnittsweise voneinander weg nach außen umgebogen sind und das dritte Schalenteil (7) jeweils mit den Außenrandabschnitten (9, 10) zusammengefügt ist.

5. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schalenteil (7) zumindest abschnittsweise einen gewölbten Querschnitt aufweist.

6. Lenker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung nach innen zu dem aus den drei Schalenteilen (2, 3, 7) gebildeten Hohlkörper gerichtet ist.

7. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schalenteil (7) in seiner Längserstreckungsrichtung gekrümmt ist.

8. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schalenteil (7) mit den beiden anderen Schalenteilen (2, 3) durch Schweißen verbunden ist.

9. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schalenteil (7) sich zwischen zwei aufbauseitigen Lagerabschnitten (4, 5) des Lenkers (1) erstreckt.

10. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schalenteile (2, 3, 7) als Blechumformteile ausgebildet sind.

11. Lenker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Ränder (11, 12) des dritten Schalenteiles (7) in bezug auf eine Mittelebene symmetrisch zueinander verlaufen.

12. Lenker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Ränder (11, 12) des dritten Schalenteiles (7) parallel zueinander verlaufen.