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Die
Erfindung betrifft ein Fahrwerksteil für einen Kraftwagen nach dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen
eines Fahrwerksteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.
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Gattungsgemäße Fahrwerksteile
für Kraftwagen,
insbesondere Querlenker, sind allgemein bekannt. Derartige Querlenker
bestehen aus tiefgezogenen Stahlblechen, weswegen sie einen beträchtlichen
Bauraum beanspruchen und ein sehr hohes Gewicht aufweisen.
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Des
Weiteren sind Querlenker aus Aluminiumlegierungen bekannt, die mittels
eines Gießverfahrens
gefertigt werden. Diese Querlenker weisen den Nachteil auf, dass
Materialkosten aufgrund kostenintensiver Werkstoffe sehr hoch sind.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrwerksteil
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Fahrwerksteil nur
ein geringes Gewicht bei einer hohen Festigkeit aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Fahrwerksteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksteils
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und
nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
solches Fahrwerksteil, insbesondere ein Querlenker, für einen
Kraftwagen umfasst einen Grundkörper
und eine Mehrzahl von Lagerstellen zur Anordnung des Fahrwerksteils
an einer Karosserie des Kraftwagens und/oder zur Aufnahme eines
weiteren Fahrwerksteils, insbesondere eines Federbeins, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass der Grundkörper
durch eine Verstärkungsstruktur aus
einem Kunststoff verstärkt
ist.
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Durch
die derartige Ausgestaltung des Fahrwerksteils ist es auf der einen
Seite möglich,
durch eine dünnwandige
und gegebenenfalls schalenförmige
Konstruktion des Grundkörpers
ein Gewicht und einen benötigten
Bauraum des Grundkörpers
gering zu halten. Um auf der anderen Seite bestimmten Festigkeits-
und Steifigkeitsanforderungen während
eines Betriebs des Fahrwerksteils Genüge zu tun, ist der im Gewicht
leichte Grundkörper
durch den Kunststoff verstärkt.
Damit ist ein sowohl leichtes als aber auch stabiles Fahrwerksteil
realisiert, das ein Gesamtgewicht des Kraftwagens und damit einen
Kraftstoffverbrauch reduziert, was mit einer Abminderung von CO2-Emissionen einhergeht. Nichtsdestotrotz
ist das Fahrwerksteil aufgrund der Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
in der Lage, hohe Belastungen auch in extremen Fahrsituationen aufnehmen
zu können.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Grundkörper
des Fahrwerksteils aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Besonders
vorteilbehaftet ist die Ausbildung des Grundkörpers aus einem Tiefziehblech,
das wie oben beschrieben mit dem Kunststoff verstärkt ist.
Diese Hybrid-Konstruktion erlaubt die Verknüpfung der bisher genannten
Vorteile mit geringen Herstellkosten für einen relativ unaufwendigen
und kostengünstigen
Herstellungsprozess des Grundkörpers
in Form eines Tiefziehprozesses.
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Durch
diesen Tiefziehprozess ist eine äußerst dünnwandige
Ausgestaltung des Grundkörpers möglich, welche
ein Gewicht des Fahrwerksteils gering hält. Dies hat neben der Reduzierung
des Gesamtgewichts des Kraftwagens auch den Vorteil inne, dass eine
ungefederte Masse des Fahrwerksteils, insbesondere dann, wenn das
Fahrwerksteil als ein Querlenker einer Radabhäufhängung ausgebildet ist, gering
gehalten wird, was in einem hohen Komfortzugewinn für Insassen
des Kraftwagens, der mit einem derartigen Fahrwerksteil ausgerüstet ist,
resultiert.
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Der
günstige
Herstellprozess des Tiefziehens mindert auch Herstellkosten des
Fahrwerksteils, wodurch die Herstellungskosten des gesamten Kraftwagens
ebenfalls positiv beeinflusst werden. Darüber hinaus beansprucht ein
derartiger Tiefziehprozess eine geringe Durchführungszeit, wodurch auch eine
Zeiteinsparung im Herstellprozess erreicht wird, was die Herstellungskosten
des Fahrwerkteils und damit des gesamten Kraftwagens zudem reduziert.
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Bei
einer dünnwandigen
und schalenförmigen
Ausgestaltung des Grundkörpers,
ganz besondere in Form eines Tiefziehblechs, ist im durch die Schalenform
des Grundkörpers
gebildeten Innenraum eine Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff vorgesehen, wobei in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung die Verstärkungsstruktur eine
Mehrzahl an Rippen aufweist. Durch diese Ausgestaltungsform der
Verstärkungsstruktur
kann das ohnehin geringe Gewicht der Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
weiter gering gehalten werden, da es sich nicht um eine massive
Verstärkungsstruktur handelt.
Ein weiterer Aspekt dieser Ausführungsform ist,
dass mittels der Rippenstruktur gezielt Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften
des Fahrwerksteils gesteuert werden können.
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Somit
weist das kompakte und leichte Fahrwerksteil in Metall-Kunststoff-Hybrid-Bauweise
eine hohe Festigkeit und eine hohe Steifigkeit auf, wodurch sowohl
eine Lebensdauer des Fahrwerksteils erhöht und damit Reperaturintervalle
reduziert werden. Auch dies bedeutet für einen Fahrer des Kraftwagens
mit einem derartigen Fahrwerksteil einen erhöhten Komfortzugewinn und eine
Reduzierung von Kosten.
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Anderseits
ermöglicht
das leichte aber stabile Fahrwerksteil äußerst präzise Fahreigenschaften des
Kraftwagens, was einen Kundennutzen und damit einen Mehrwert für den Kraftwagen
mit einem derartigen Fahrwerksteil darstellt. Diese positiven Eigenschaften
werden ebenfalls durch eine durch die Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
erreichte hohe Torsionssteifigkeit des Fahrwerksteils weiter verstärkt.
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Ein
weiterer Vorteil neben dem oben genannten, aufgrund der Leichtbauweise
des Fahrwerksteils erreichten Vorteil ist der, dass durch die Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff eine Korrosionsbeständigkeit des Fahrwerksteils
erhöht
ist. Handelt es sich bei dem Fahrwerksteil insbesondere um einen
Querlenker, so ist dieses Fahrwerksteil besonders im Winter extrem
rauen Umweltbedingungen in Form von Schnee und Streusalz ausgesetzt,
was zu einer Korrosion und damit zu einer Bauteilermüdung führen kann.
Ein Risiko dieser Bauteilermüdung
ist durch die Vorsehung einer Verstärkungsstruktur aus Kunststoff am
Grundkörper
des Fahrwerksteils herabgesetzt, was mit einer erhöhten Lebensdauer
des Fahrwerksteils und damit einer Reduzierung einer Ausfallwahrscheinlichkeit
des Fahrwerksteils einhergeht. Dies verstärkt den Aspekt der Kostenreduzierung
und des Komfortzugewinns für
den Fahrer des Kraftwagens mit einem derartigen Fahrwerksteil zusätzlich.
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Die
Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff kann beispielsweise aus Polyamid 6 mit 60% Glasfasern
(PA 6 GF 60%) gebildet sein. Dieser mit Glasfasern verstärkte Polyamidkunststoff
weist unter Beibehaltung eines hohen Verschleißwiderstandes eine sehr hohe
Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität auf. Ein derartiger Kunststoff eignet
sich besonders für
Bauteile, bei denen hohe Belastungen auftreten, wie es bei Fahrwerksteilen
und insbesondere bei Querlenkern der Fall ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist die Verstärkungsstruktur
im Bereich von Lagerstellen im Wesentlichen parallel zu einer Lagerachse
der korrespondierenden Lagerstelle verlaufende Rippen auf. Durch
diese besondere Ausgestaltungsform der Verstärkungsstruktur im Bereich von
hoch belasteten Lagerstellen können
die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften des Fahrwerksteils
besonders an diesen kritischen Stellen positiv beeinflusst werden.
Damit erhöht
sich die Torsionssteifigkeit und eine Knickstabilität des Fahrwerksteils, was
besonders im Bereich von Lagerstellen wichtig ist, da an diesen
Stellen eine Krafteinleitung und damit eine Belastung besonders
hoch ist.
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Diese
besondere Ausgestaltungsform der Verstärkungsstruktur bedeutet dabei
allerdings kein Mehr an Herstellungskosten, da diese besondere Ausgestaltungsform
in einfacher Weise durch eine entsprechende Formgebung eines Werkzeugs
zur Herstellung der Verstärkungsstruktur
ausgebildet werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht im Bereich von Lagerstellen vor, dass die Verstärkungsstruktur
in diesem Bereich auf einen Mittelpunkt einer korrespondierenden
Lagerstelle fluchtende und strahlenförmig verlaufende Rippen aufweist.
Durch eine derartige Gestaltung der Verstärkungsstruktur, die ebenfalls
kein Mehr an Herstellungskosten bedeutet, können die im Zusammenhang mit
der besonderen Ausgestaltungsform der Verstärkungsstruktur im Bereich von
Lagerstellen bisher genannten Vorteile weiter verstärkt werden.
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Zur
Erhöhung
von Festigkeit und Steifigkeit des Fahrwerksteils gerade im Bereich
von Lagerstellen ist es vorteilhaft, wenn bei einer Ausführungsform der
Erfindung im Bereich von Lagerstellen die Rippenstruktur des Verstärkungsteils
durch massive Kunststoffbereiche ersetzt bzw. ergänzt wird.
Dies muss nicht notwendigerweise geschehen, ist aber insofern vorteilhaft,
als dass somit die Festigkeit und die Steifigkeit gerade im Bereich
von hoch belasteten Lagerstellen verstärkt werden soll, um die Lebensdauer
des Fahrwerksteils zu erhöhen.
In diesem Falle spielen Aspekte einer Gewichtsreduktion eine untergeordnete
Rolle, wobei anzumerken ist, dass eine massive Ausbildung der Verstärkungsstruktur
nur im Bereich von Lagerstellen einen nicht allzu großen Gewichtsanstieg
bedeutet. Somit kann das Gesamtgewicht des Fahrwerksteils dennoch
sehr gering gehalten werden, wobei es gleichzeitig eine sehr hohe Festigkeit und
eine sehr hohe Steifigkeit und damit eine hohe Lebensdauer und sehr
präzise
Fahreigenschaften inne hat bzw. ermöglicht.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Verstärkungsstruktur
in einem oder mehreren Bereichen zwischen Lagerstellen kreuzförmige Rippen
auf. Das bedeutet, dass im durch die Schalenform des Grundkörpers gebildeten
Innenraum kreuzförmige
Rippen verlaufen, die das Fahrwerksteil in besonders günstiger
Weise versteifen. Durch die kreuzförmige Ausbildung der Verstärkungsstruktur
ist eine besonders günstige
und gleichmäßige Lastverteilung
im und Kraftfluss durch das Fahrwerksteil ermöglicht. Dies beeinflusst die Fahreigenschaften
des Kraftwagens mit einem derartigen Fahrwerksteil weiterhin positiv
und erhöht
die Lebensdauer des Fahrwerksteils aufgrund der erhöhten Steifigkeit
und Festigkeit und der Vergleichmäßigung des Kraftflusses.
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Als
besonders vorteilhaft erweist sich das Fahrwerksteil, wenn die beschriebenen
Ausführungsformen
der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff miteinander kombiniert werden. Damit kann in Bereichen
hoch belasteter Lagerstellen eine besonders hohe Festigkeit und
Steifigkeit des Fahrwerksteils durch eine stabile Krafteinleitung
erzielt werden, wobei durch die erwähnten Rippenstrukturen gezielt Festigkeits-
und Steifigkeitseigenschaften gesteuert werden können, wobei durch die besondere
Ausgestaltungsform der Verstärkungsstruktur
in Zwischenbereichen zwischen den Lagerstellen die Last besonders
günstig
und gleichmäßig durch
das Fahrwerksteil geleitet werden kann. Nichtsdestotrotz kann auch eine
einheitliche Rippenstruktur der Verstärkungsstruktur über das
gesamte Fahrwerksteil hinweg vorgesehen sein, beispielsweise dann,
wenn die Belastungen des Fahrwerksteils nicht allzu hoch sind, und somit
keine besondere und unterschiedliche Gestaltung der Rippenstruktur
der Verstärkungsstruktur
erforderlich ist.
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Die
beschriebene Verstärkungsstruktur
beispielsweise aus dem beschriebenen Kunststoff PA 6 GF 60% weist
wie beschrieben eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf, weswegen
in einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen sein kann, dass zumindest eine Lagerstelle
zumindest bereichsweise mittels der Verstärkungsstruktur und damit mittels
des Kunststoffs der Verstärkungsstruktur gebildet
ist. Durch das geringe Gewicht des Kunststoffes ist dadurch insofern
eine Gewichtsreduzierung erzielt, als dass in diesem Bereich der
schwerere metallische Grundkörper
zur Bildung der Lagerstelle ersetzt wird durch eben den leichteren
Kunststoff, ohne an Festigkeit und Lebensdauer einzubüßen. Dieser
Aspekt der Erfindung kann besonders an Lagerstellen umgesetzt sein,
die nicht allzu hohen Belastungen ausgesetzt sind. Diese weitere
Reduzierung des Gewichts verbessert den Komfortzugewinn für den Fahrer
bzw. die Insassen des Kraftwagens mit einem derartigen Fahrwerksteil
aufgrund einer weiteren Reduzierung der ungefederten Masse.
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Wie
bereits beschrieben, ist der insbesondere aus einem metallischen
Werkstoff und insbesondere aus einem Tiefziehblech gebildete Grundkörper mit
einer Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff verstärkt.
Diese Hybridbauweise erfordert, dass die Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
eine hinreichend feste Verbindung mit dem Grundkörper eingeht. Zur Verbesserung
einer Haftung des Kunststoffs der Verstärkungsstruktur am Grundkörper ist
in einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung am Grundkörper
ein Kragen vorgesehen, welcher von der Verstärkungsstruktur zumindest teilweise
umfasst ist.
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Eine
stoffschlüssige
Verbindung der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff mit dem Grundkörper, bei
der in der beschriebenen Hybridbauweise zwei unterschiedliche Werkstoffe
miteinander verbunden sein können,
wird somit durch einen Formschluss durch eine Umfassung des Kragens
durch den Kunststoff verstärkt.
Somit werden die bereits beschriebenen Vorteile bezüglich Steifigkeit
und Festigkeit des Fahrwerksteils weiter positiv beeinflusst. Des Weiteren
wird dadurch die Lebensdauer des Fahrwerksteils erhöht, dass
in der beschriebenen Art und Weise die beiden Werkstoffe bzw. die
Verstärkungsstruktur
und der Grundkörper
eine stabilere Verbindung miteinander eingehen.
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Den
Aspekt der festeren Verbindung zwischen der Verstärkungsstruktur
und dem Grundkörper
betrifft auch eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, bei
der der Grundkörper Öffnungen aufweist,
mittels welcher die Verstärkungsstruktur
zusätzlich
am Grundkörper
fixiert ist. Durch diese Öffnung
ist wie durch den erwähnten
Kragen ein Hinterschnitt der Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
möglich,
wodurch sie formschlüssig
und fest mit dem Grundkörper
verbunden ist. Weiterhin können
derartige Öffnungen
im Grundkörper
den Zweck erfüllen, dass
mittels dieser Öffnungen
eine Wasserabfuhr möglich
ist. Zur Realisierung dieser Wasserabfuhr müssen die Öffnungen von der Verstärkungsstruktur ausgespart
sein. Weist die Verstärkungsstruktur
eine beschriebene Rippenstruktur auf, so kann sich in Kammern zwischen
den Rippen Wasser ansammeln, die eine Korrosion des freiliegenden,
aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Grundkörpers verursachen
können.
Zur Verhinderung dieses Sachverhalts erweist es sich als vorteilhaft, Öffnungen
in dem Grundkörper
auszubilden, um das Wasser abführen zu können. Durch
diese Tatsache wird die Lebensdauer des Fahrwerksteils und Reperaturintervalle
erhöht,
was mit einem weiteren Komfortzugewinn für den Fahrer des Kraftwagens
einhergeht.
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Alternativ
oder zusätzlich
weisen Seitenwände
und/oder ein Boden des schalenförmig
ausgebildeten Grundkörpers
zumindest eine Kalotte und/oder eine Noppe und/oder zumindest eine
Wulst auf, mittels derer eine zusätzliche Fixierung der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff am Grundkörper
möglich
ist. Damit einher geht eine Verstärkung der bereits in Zusammenhang
mit einer stärkeren
Fixierung der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff am Grundkörper
beschriebenen Vorteile.
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Wie
bereits beschrieben verleiht die Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
dem Fahrwerksteil bzw. dem Grundkörper eine hohe Steifigkeit
und eine hohe Festigkeit zur Realisierung der in diesem Zusammenhang
beschriebenen Vorteile. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass auch bereits dem Grundkörper eine gewisse Grundsteifigkeit verliehen
wird, und zwar derart, dass der Grundkörper, insbesondere sein Boden,
zumindest eine Versteifungssicke aufweist. Eine derartige Versteifungssicke
erhöht
die Steifigkeit des Grundkörpers
und damit die Gesamtsteifigkeit des Fahrwerksteils. Weiterhin bietet
eine derartige Versteifungsrippe eine zusätzliche Möglichkeit der Fixierung der
Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff am Grundkörper
durch die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen
der Verstärkungsstruktur
und dem Grundkörper.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Herstellen eines Fahrwerksteils, insbesondere eines Querlenkers,
für einen
Kraftwagen, mit einem Grundkörper
und mit einer Mehrzahl von Lagerstellen zur Anordnung des Fahrwerksteils
an einer Karosserie des Kraftwagens und/oder zur Aufnahme eines
weiteren Fahrwerksteils, insbesondere eines Federbeins, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der Grundkörper
durch eine Verstärkungsstruktur
aus einem Kunststoff verstärkt
wird. Durch diese Verstärkung
des Grundkörpers
mittels einer Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff werden alle Vorteile erzielt, die bereits im Zusammenhang
mit einem erfindungsgemäßen Fahrwerksteil
beschrieben wurden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird der Grundkörper
mittels eines Tiefziehprozesses ausgebildet. Die Ausbildung des
vorteilhafterweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Grundkörpers mittels
eines Tiefziehprozesses birgt den Vorteil, dass es sich bei dem
Tiefziehprozess um einen kostengünstigen
und zeitunaufwändigen
Herstellprozess handelt, durch welchen sich die Herstellkosten für das Fahrwerksteil
und damit die Gesamtkosten für
den Kraftwagen gering halten lassen. Mittels eines derartigen Tiefziehprozesses
sind hohe Stückzahlen
in geringer Zeit möglich, was
eine hohe Wirtschaftlichkeit bedeutet.
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Im
Zusammenhang der kostengünstigen Herstellung
des Fahrwerksteils ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens vorgesehen, dass die Verstärkungsstruktur mittels eines
Spritzgussverfahrens ausgebildet wird. Durch Anspritzen des Grundkörpers des
Fahrwerksteils wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der
Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff und dem Grundkörper
ausgebildet. Weist der Grundkörper
wie oben beschrieben Öffnungen
und/oder Kalotten und/oder einen Kragen und/oder eine Verstärkungssicke
auf, so wird diese stoffschlüssige
Verbindung um eine formschlüssige Verbindung
ergänzt,
wodurch die Fixierung der Verstärkungsstruktur
am Grundkörper
verstärkt
wird. Zudem sind durch das Spritzgussverfahren komplizierte Geometrien
und Ausführungsformen
der Verstärkungsstruktur
möglich,
so etwa die oben beschriebene Ausführung der Verstärkungsstruktur
mit unterschiedlichen Rippenstrukturen in unterschiedlichen Bereichen
des Grundkörpers.
Durch das derartige Spritzgussverfahren ist es also möglich, im
Bereich von Lagerstellen unterschiedliche Rippenstrukturen auszubilden
als beispielsweise in einem Bereich zwischen den Lagerstellen des
Grundkörpers.
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Des
Weiteren ermöglicht
das Spritzgussverfahren eine sehr hohe Bauteilherstellgenauigkeit,
wodurch sich mehrere hergestellte Fahrwerksteile nicht stark voneinander
unterscheiden, was in einem immer gleichen und immer präzisen Fahrverhalten
unterschiedlicher Kraftwagen mit derartig hergestellten Fahrwerksteilen
resultiert. Ein weiterer Aspekt ist, dass durch die hohe Bauteilherstellgenauigkeit
mittels des Spritzgussverfahrens eine hochpräzise Ausbildung des Grundkörpers nicht
vonnöten
ist, was die Gesamtherstellkosten und damit die Gesamtkosten des
Kraftwagens gering hält.
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Somit
sind bei dem erwähnten
Tiefziehprozess des Grundkörpers
gewisse Toleranzen tolerierbar, was die Herstellkosten gering hält.
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In
diesem Zusammenhang ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens vorgesehen, dass die Verstärkungsstruktur mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens
ausgebildet wird. Durch den Einsatz dieses Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens
ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, zumindest ein Dichtungselement
für zumindest
eine Lagervorrichtung, insbesondere ein Kugellager, mitauszubilden.
Durch diese Integration der Ausbildung des Dichtungselements für eine Lagervorrichtung
in die Herstellung der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff werden Zeit und Kosten für die Herstellung des Fahrwerksteils
eingespart. Auch lassen sich dadurch Montageumfänge reduzieren, da das so ausgebildete
Dichtungselement nicht montiert werden muss. Nichtsdestotrotz ist
wie erwähnt
durch das Spritzgussverfahren bzw. das Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren
eine hohe Präzision
in der Ausbildung des Dichtungselements möglich.
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Ein
Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen des Fahrwerksteils sieht vor, dass mittels des Spritzgussverfahrens
oder des Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens
zumindest eine Lagervorrichtung, insbesondere ein Kugellager, fixiert
wird. Dies reduziert die Montageumfänge und damit Montagekosten
weiter. Zudem wird eine Teileanzahl gering gehalten, wodurch geringere
Herstellkosten des Fahrwerksteils erzielt werden. Mittels der Fixierung
einer Lagervorrichtung durch das Spritzgussverfahren, welches in
diesem Zusammenhang als Assembly-Spritzguss bezeichnet werden kann, kann
beispielsweise eine Scheibe zur axialen Fixierung der Lagevorrichtung
entfallen. Die Aufgabe dieser Scheibe wird durch den Kunststoff
der Verstärkungsstruktur übernommen.
Ein dafür
benötigter Mehraufwand
an Kunststoff ist aus Kostensicht vernachlässigbar. Auch eine zusätzliche
Vorsehung dieser Funktionalität
des Kunststoffs der Verstärkungsstruktur
beim Herstellungsprozess der Verstärkungsstruktur fällt kostentechnisch
wenig ins Gewicht und wird durch die beschriebene Einsparung eines
Bauteils mehr als wettgemacht.
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Im
Zusammenhang mit der Reduzierung von Herstellkosten des Fahrwerksteils
ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen,
dass zumindest eine, vorteilhafterweise allerdings alle Lagerstellen
des Fahrwerksteils von der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff ausgespart werden. Dies ist insofern vorteilbehaftet,
als dass somit eine nachträgliche
Entfernung von Kunststoff in einem Bereich des Fahrwerksteils bzw.
des Grundkörpers,
in den eine Lagervorrichtung zur Anordnung des Fahrwerksteils an
der Karosserie des Kraftwagens und/oder zur Aufnahme eines weiteren
Fahrwerksteils, nicht erfolgen muss.
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Diese
nachträgliche
Entfernung von Kunststoff aus den genannten Bereichen würde eine
Steigerung der Herstellkosten bedeuten. Die Aussparung von Kunststoff
kann dabei relativ einfach durch beispielsweise Einlegeelemente
während
des Spritzgussverfahrens bzw. während
der Ausbildung der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff erfolgen. Diese Einsparung von zusätzlichen
Herstellungsschritten bedeutet eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten
und damit eine weitere Reduzierung der Gesamtkosten für den Kraftwagen,
in den ein derartiges Fahrwerksteil verbaut wird. Durch die Aussparung der
genannten Bereiche von Kunststoff ist es also möglich, Lagervorrichtungen in
diese Lagerstellen mittels beispielsweise einer Presspassung anzuordnen.
Alternativ oder zusätzlich
ist durch die Aussparung ermöglicht,
dass diese Lagervorrichtungen mit dem Grundkörper, der vorteilhafterweise
aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, verschweißt werden
können,
wobei es sich bei dem Schweißprozess vorteilhafterweise
um einen Laserschweißprozess handelt,
der präzise,
schnell und damit kostengünstig durchzuführen ist.
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Wie
bereits erwähnt
geht die Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff mit dem Grundkörper
eine stoffschlüssige
Verbindung ein, die durch die beschriebenen Ausführungsformen um eine formschlüssige Fixierung
ergänzt
werden kann, wodurch ein Halt der Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
an dem Grundkörper
verbessert wird. In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte
Ausführungsform des
Verfahrens zum Herstellen des Fahrwerksteils vor, dass der Grundkörper vor
und/oder nach dem Tiefziehprozess bzw. seinem allgemeinen Herstellprozess
zur Verbesserung der Fixierung der Verstärkungsstruktur am Grundkörper beschichtet
wird. Diese Beschichtung kann beispielsweise eine Oberfläche aufrauen
und/oder vergrößern, um
einen Halt der Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff an dem Grundkörper
zu verbessern.
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In
diesem Zusammenhang ist es ebenso vorteilhaft, die Lagerstellen
und/oder Bereiche von Lagerstellen nicht nur von dem Kunststoff
der Verstärkungsstruktur
sondern auch von der Beschichtung auszusparen. Dies kann beispielsweise
dann nötig sein,
wenn die Beschichtung eine Passung für Lagervorrichtungen in den
Lagerstellen negativ beeinflussen könnte bzw. wenn die Beschichtung
einen gegebenenfalls vorgesehenen Schweißprozess verschlechtern oder
nicht möglich
machen würde.
Auch durch diese Aussparung der Beschichtung können zusätzliche Nacharbeiten vermieden
und damit die Herstellkosten des Fahrwerksteils reduziert werden.
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Werden
die Lagerstellen und/oder gegebenenfalls Innen- oder Außenbereiche
der Lagerstellen von der Beschichtung und/oder von dem Kunststoff der
Verstärkungsstruktur
freigehalten, so ist eine Montage von Lagervorrichtungen in den
Lagerstellen nach der Ausbildung der Verstärkungsstruktur aus Kunststoff
mittels des Spritzgussverfahrens bzw. des Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens
ohne weitere kosten- und vor allem zeitaufwändige Zwischenarbeitsschritte
möglich.
Damit ist ein sowohl kompaktes, leichtes als auch steifes und festes
Fahrwerksteil geschaffen, dessen Herstellungskosten äußersten gering
gehalten sind bei gleichzeitiger Erhöhung des Komforts für Insassen
eines Kraftwagens mit einem derartigen Fahrwerksteil und einer Erhöhung der Präzision von
Fahreigenschaften des Kraftwagens.
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Anstelle
der rein metallischen Bleche, die den Grundkörper bilden, kann auch ein
Organoblech verwendet werden, das durch den angespritzten Kunststoff
ausgesteift wird. Das Organoblech weist eine an sich schon hohe
Steifigkeit auf und ist bei der Bildung eines Hybridbauteils dahingehend
vorteilhaft, dass es sich mit dem angespritzten Kunststoff aufgrund
der Materialgleichheit oder zumindest -ähnlichkeit stoffschlüssig verbinden
kann, wodurch ein besonders guter Halt des angespritzten Kunststoffs am
Trägerblech
gegeben ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale
und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung
genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und
Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnungen
zeigen in:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Grundkörpers eines Querlenkers für einen
Kraftwagen sowie eine Draufsicht auf eine Unterseite des Grundkörpers,
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2 eine
perspektivische Ansicht des Querlenkers gemäß 1 mit dem
Grundkörper
und einer Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff sowie eine Draufsicht des Querlenkers,
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3 eine
Seitenansicht, eine Draufsicht und eine perspektivische Querschnittsansicht
einer Lagerstelle für
eine Gummilagerung des Querlenkers gemäß den 1 und 2,
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4 eine
Querschnittsansicht einer Lagerstelle für ein Kugelgelenklager des
Querlenkers gemäß den vorhergehenden
Figuren mit dem montierten Kugelgelenklager in einer Ausführungsform
und
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5 eine
Querschnittsansicht einer Lagerstelle für ein Kugelgelenklager des
Querlenkers gemäß den vorhergehenden
Figuren mit dem montierten Kugelgelenklager in einer zu 4 alternativen Ausführungsform.
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Während 1 zwei
Ansichten eines Grundkörpers
eines Fahrwerksteils in Form eines Querlenkers zeigt, der eine Schalenform
aufweist und aus einem Tiefziehblech geformt ist, zeigt 2 den Grundkörper aus 1,
wobei der Grundkörper
mit einer Verstärkungsstruktur
aus Kunststoff, die eine Rippenstruktur aufweist, verstärkt ist.
Der Grundkörper
bzw. der Querlenker aus 1 und 2 weist dabei
drei Lagerstellen für
zwei Lagerarten auf, wovon eine Lagerstelle für ein Gummilager in 3 dargestellt
ist. 4 und 5 zeigen zwei mögliche Ausführungsformen
für die
zweite Lagerart in Form eines Kugelgelenklagers, welches auf zwei
unterschiedliche Weisen an der korrespondierenden Lagerstelle des
Querlenkers bzw. des Grundkörpers angeordnet
ist.
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Die 1 zeigt
einen Grundkörper 10 für einen
Querlenker eines Kraftwagens. Der Grundkörper 10 weist dabei
eine Schalenform auf, die beispielsweise mittels eines Tiefziehprozesses
gebildet ist. Der Grundkörper 10 selbst
ist dabei eben aus einem Tiefziehblech gebildet und weist zwei Bodenbereiche 12 und 14 sowie
Seitenwände 16, 17 und 18 auf.
Der Bodenbereich 12 ist mit einer durchlaufenden runden Sicke 20 versehen,
woraus eine Steifigkeitserhöhung für den Grundkörper 10 resultiert.
Durch die die beiden Bodenbereiche 12 und 14 umgebenden
Seitenwände 16, 17 und 18 bildet
der Grundkörper 10 eine Schalenform
aus, welche einen Innenraum aufweist.
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Die
Seitenwände 16, 17 und 18 und
der Bodenbereich 14 weisen Öffnungen auf, die Lagerstellen 22, 24 darstellen.
Die Lagerstellen 22 des Grundkörpers 10 dienen dazu,
um Gummilager aufzunehmen, um den Grundkörper 10 bzw. den mittels
des Grundkörpers 10 zu
bildenden Querlenker an einer Karosserie eines Kraftwagens zu lagern.
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Die
Lagerstelle 24 dient im Gegensatz dazu dem Zweck, ein Kugelgelenklager
aufzunehmen zur Lagerung eines weiteren Fahrwerksteils, beispielsweise
eines Federbeins.
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Im
Bodenbereich 12 des Grundkörpers 10 sind Öffnungen 26 vorgesehen,
mittels derer eine Wasserabfuhr möglich ist. Sich in der Schalenform ansammelndes
Wasser kann mittels diesen Öffnungen 26 abfließen, wodurch
eine Korrosionsgefahr des aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Grundkörpers 10 abgesenkt
wird.
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Eine
Oberfläche
des Grundkörpers 10 ist
beschichtet, um eine stoffschlüssige
Verbindung mit einer Verstärkungsstruktur,
die in der folgenden Figur erläutert
wird, zu verbessern, d. h. um die Verstärkungsstruktur stärker am
Grundkörper 10 des
Querlenkers zu fixieren.
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Zur
Unterstützung
der stoffschlüssigen
Verbindung zwischen dem Grundkörper 10 und
der Verstärkungsstruktur
weist der Grundkörper 10 eine
Kalotte 28 auf, mittels derer die Verstärkungsstruktur eine noch festere
Verbindung mit dem Grundkörper 10 eingeht.
Dieser Zweck kann auch von den Öffnungen 26 erfüllt werden,
durch die ein Kunststoff, aus dem die Verstärkungsstruktur mittels eines
Spritzgussverfahrens gebildet wird, hindurchdringen und somit eine
formschlüssige
Verbindung mit dem Grundkörper 10 eingehen
kann.
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Zur
weiteren Verbesserung der Fixierung der Verstärkungsstruktur bzw. des Kunststoffes
der Verstärkungsstruktur
am Grundkörper 10 weist
der Grundkörper 10 einen
Kragen 30 in Form einer abgewinkelten Kante auf, welche
ebenfalls vom Kunststoff der Verstärkungsstruktur zumindest bereichsweise umfasst
werden kann, wodurch die Verstärkungsstruktur
noch stärker
am Grundkörper 10 gehalten wird.
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Die
Lagerstellen 22 und 24 werden vorteilhafterweise
von der beschriebenen Beschichtung des Grundkörpers 10 ausgenommen,
um beispielsweise eine Presspassung der zu den Lagerstellen 22 und 24 korrespondierenden
erwähnten
Lagervorrichtungen nicht negativ zu beeinflussen und um Nacharbeiten
zur Entfernung der Beschichtung zu vermeiden.
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Die 2 zeigt
einen Querlenker 40 in Hybridbauweise. Die Hybridbauweise
ist dadurch realisiert, dass der Grundkörper 10 gemäß 1 mittels einer
Verstärkungsstruktur 42 aus
Kunststoff verstärkt
ist. Die beiden Werkstoffe Kunststoff und Metall gehen dabei eine
wie in Zusammenhang mit 1 beschriebene stoffschlüssige Verbindung
ein, die um eine ebenso in 1 beschriebene
formschlüssige Verbindung
ergänzt
und damit unterstützt
ist.
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Die
Verstärkungsstruktur
besteht dabei beispielsweise aus PA 6 GF 60% und weist im Innenraum
des schalenförmigen
Grundkörpers 10 eine Rippenstruktur
auf. Diese Rippenstruktur erhöht
eine Steifigkeit und eine Festigkeit des Grundkörpers 10 und damit
des gesamten Querlenkers 40. Die Verstärkungsstruktur 42 ist
dabei mittels eines Spritzgussverfahrens in den schalenförmigen Grundkörper 10 eingespritzt,
wobei die Lagerstellen 22, 24 vom Kunststoff wie
auch wie in Zusammenhang mit 1 beschrieben
von der Beschichtung ausgespart werden, um Presspassungen für Lagervorrichtungen
zu ermöglichen
und um aufwändige
Nacharbeiten zu vermeiden. Des Weiteren ermöglicht die Aussparung der Lagerstellen 22, 24 von
Kunststoff, dass die Lagervorrichtungen für die korrespondierenden Lagerstellen 22, 24 zusätzlich gegebenenfalls
geschweißt werden
können.
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Ein
innerer Bereich 44 der Rippenstruktur weist über Kreuz
verlaufende Rippen auf. Diese Ausgestaltungsform des inneren Bereichs 44 der
Rippenstruktur ermöglicht
eine gleichmäßige Verteilung einer über die
Lagerstelle 24 eingeleiteten Last im gesamten Querlenker 40,
was eine Lebensdauer des Querlenkers 40 erhöht. Eine
derartige Struktur des inneren Bereichs 44 der Rippenstruktur
ermöglicht zudem
eine hohe Steifigkeit, Festigkeit und insbesondere eine hohe Torsionssteifigkeit
des Querlenkers 40, was alles einem hochpräzisen Fahrverhalten für den Kraftwagen
mit einem derartigen Querlenker 40 zugute kommt. In 2 weiterhin
dargestellt sind Gummilager 46 des Querlenkers 40,
mittels derer der Querlenker 40 an der Karosserie des Kraftwagens gelagert
wird. Im Bereich der Gummilager 46 weist die Rippenstruktur
der Verstärkungsstruktur 42 eine zueinander
parallele Verlaufsform von Rippen 50 auf.
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Des
Weiteren ist im Querlenker 40 ein Kugellagergelenk 56 angeordnet.
Im Bereich des Kugellagergelenks 56 sind Rippen 57 kreisförmig angeordnet.
Diese Rippen 57 verlaufen quasi strahlenförmig vom
Kugellagergelenk 56 weg. Durch diese gezielte Versteifungsmaßnahme mittels
der Rippen 57 ist eine gleichmäßige Krafteinleitung in den
Querlenker 40 realisiert, wobei die eingeleitete Kraft
bzw. die eingeleitete Last mittels der beschriebenen Rippenstruktur
des inneren Bereichs 44 der Verstärkungsstruktur 42 im
Querlenker 40 gleichmäßig verteilt wird,
um eine Belastung herabzusetzen.
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Zusätzlich sind
Flächen 48 und 49 um
die Gummilager 46 und das Kugellagergelenk 56 vollständig innen
und außen
mit dem Kunststoff der Verstärkungsstruktur 42 bedeckt,
um große
Flächen
für eine
stoffschlüssige
Verbindung der beiden Werkstoffe, nämlich Metall auf der einen
und Kunststoff auf der anderen Seite, zu vergrößern und somit eine stärkere Verbindung
der beiden Werkstoffe zu gewährleisten.
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Der
in 2 nicht mehr zu erkennende Kragen 30 des
Grundkörpers 10 des
Querlenkers 40 ist umlaufend mit einer Kunststoffumrandung 54 bedeckt
zur weiteren Erhöhung
der Fixierung der Verstärkungsstruktur 42 aus
Kunststoff mit dem aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Grundkörper 10 des
Querlenkers 40. Eine Außenseite der Öffnungen
für die
Gummilager 46 und für
das Kugellagergelenk 56 sind zusätzlich mit massiven ringförmigen Umspritzungen 52 versehen
und mit einer außen
liegenden Rippen 50 bzw. 57 verstärkt.
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Die 3 zeigt
eine Anordnung eines der beiden Gummilager 46 in einer
korrespondierenden Lagerstelle 22 für eben die Gummilager 46.
Wie schon in Zusammenhang mit 2 beschrieben
und in 3 nochmals verdeutlicht, sind die Flächen 48 im
Bereich der Gummilager 46 vollständig mit dem Kunststoff der
Verstärkungsstruktur 42 bedeckt.
Diese Bedeckung geschieht im Falle der Ausbildung der Verstärkungsstruktur 42 mittels
eines Spritzgussverfahrens durch Umspritzen. Die Lagerstellen 22 der Gummilager 46 sind
auf ihrer Innenseite vom Kunststoff der Verstärkungsstruktur 42 ausgespart.
Außenseiten
der Lagerstellen 22 weisen massive ringförmige Kunststoffumrandungen 54 auf,
die ebenso wie die außen
liegenden parallel zueinander verlaufenden Rippen 50 zu
einer Verstärkung
des Querlenkers 40 beitragen. Ein Raum zwischen dem Bodenbereich 14 und
den Lagerstellen 22 ist vollständig mit Kunststoff ausgefüllt, um
Hinterschnitte bei der Ausbildung der Verstärkungsstruktur 42 aus
Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens zu vermeiden. Das
Gummilager 46 ist nach einer Ausbildung der Verstärkungsstruktur 42 mittels
einer Presspassung und/oder einer Laserschweißung in den Querlenker 40 bzw.
den Grundkörper 10 eingebracht
und mit diesem verbunden.
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Die 4 zeigt
eine Ausführungsvariante des
Querlenkers 40 im Bereich der Lagerstelle 24 des
Kugellagergelenks 56. In diesem Falle wird eine besondere
Form des Spritzgussverfahrens zur Ausbildung der Verstärkungsstruktur 42 aus
Kunststoff angewendet, und zwar ein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren.
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Der
Grundkörper 10 des
Querlenkers 40 wird dabei zunächst mit der Verstärkungsstruktur 42 aus beispielsweise
PA 6 GF 60% umspritzt, worauf anschließend eine Dichtungsmanschette 62 für das Kugellagergelenk 56 aus
einem thermoplastischen Elastomer, z. B. TPE, angespritzt wird.
Nachträglich wird
das Kugellagergelenk 56 in den fertigen Querlenker 40 als
fertige Einheit in die Lagerstelle 24 eingepresst und/oder
an einer Stelle 64 laserangeschweißt.
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Die 5 zeigt
eine zu 4 alternative Ausführungsform
des Querlenkers 40 im Bereich der Lagerstelle 24 des
Kugellagergelenks 56. Bei dieser Ausführungsform wird das Kugellagergelenk 56 vor der
Ausbildung der Verstärkungsstruktur 42 aus Kunststoff,
welches in der Regel mittels eines Spritzgussverfahrens und damit
mittels Umspritzen ausgebildet wird, in den Grundkörper 10 des
Querlenkers 40 eingepresst und ausgerichtet und in axiale
Richtung vorgespannt. Dabei ist ein Kugelzapfen 72 mit einer
Lagerschale 74 in einem Lagergehäuse 70 eingelegt.
Das Lagergehäuse 70 wird
mit der Lagerstelle 24 an einer Stelle 64 beispielsweise
laserverschweißt.
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Anschließend wird
der Grundkörper 10 mit dem
vormontierten Kugellagergelenk 56 mit der Verstärkungsstruktur 42 bzw.
mit deren Kunststoff bei deren Ausbildung angespritzt. Auf diese
Weise wird eine Lage des Kugellagergelenks 56 fixiert,
wobei ein Kunststoffring 68 axiale Kräfte aufnimmt. Es entsteht eine
unlösbare
Verbindung. Daran anschließend
wird eine Kunststoffkappe 66 und die Dichtungsmanschette 62 montiert.