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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers, insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges.
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Radaufhängungen von Fahrzeugen setzen sich zumeist aus einzelnen Lenkern zusammen, beispielsweise Querlenkern, Schräglenkern und Längslenkern. Als Bestandteil des Fahrwerks verbinden sie die Radaufnahmen mit dem Fahrgestell oder direkt mit der Karosserie. In Form von Streben weisen diese an den Enden angeordnete Verbindungselemente auf, um die durch Drehbewegung, Entkopplung und Federungsverhalten beweglich zu lagernden Teile der Radaufhängung mit dem Fahrzeug zu verbinden. Als Verbindungselement sind Gummi-Metall-Lager üblich. Durch den in der Stückzahl gleich mehrfachen Einsatz im Fahrzeugbereich zählen Lenker zu Massenprodukten, die aus wirtschaftlichen Aspekten einer schnellen und mit wenig Nacharbeiten behafteten Fertigung bedürfen. Insbesondere als Fahrwerkskomponente werden gleichwohl hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit gestellt.
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Die
DE 102 55 049 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers, der zwei an die Enden eines Verbindungsrohres angesetzte Lageraugen umfasst, welche jeweils aus einer Hülse mit stutzenartigem Ansatz und einem in die Hülsen eingebetteten Lagerelement bestehen. Im beschriebenen Verfahren wird zunächst sowohl ein Verbindungsrohr aus einem Rohrstrang abgeteilt als auch aus einem die Querschnittskonfiguration der Hülsen aufweisenden Profil die entsprechende axiale Höhe der zu verwendenden Hülsen durch Abteilen entnommen. Vor dem Verbinden der Hülsen mit den Enden des Verbindungsrohres werden zunächst stutzenartige Ansätze an das Hülsenrohbauteil spanend angebracht und im weiteren Verlauf an diesen mittels Reibschweißen zu einem Lenker verbunden. Hierzu werden sowohl das Hülsenrohbauteil als auch das Verbindungsrohr in einer Reibschweißmaschine axial verlagerbar eingespannt. Nach dem Reibschweißen wird noch in derselben Einspannung die Fügestelle umfangsseitig geglättet. Das Einbringen von Lagerelementen in Form von in die Hülsen einvulkanisierten Gummi-Metall-Lagern kann hierbei insbesondere vor dem Reibschweißen geschehen.
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Das Fügen der einzelnen Bauteile geschieht hierbei über herkömmliche Reibschweißmaschinen, welche ein rotierendes Spannfutter sowie eine axial zum Spannfutter verlagerbare Haltevorrichtung aufweisen. Da hierbei jeweils nur eine Seite des Verbindungsrohres mit der Hülse verbunden werden kann, ist das zeitlich versetzte Fügen durch notwendige Umspannschritte und gegebenenfalls Kalibrieren der Bauteile zeitaufwändig. Durch die Unterbrechung eines Arbeitsganges, welcher das Ausspannen und erneute Einspannen mindestens eines Bauteils erfordert, ist ein prozesssicheres und damit positions- sowie winkelgenaues Fügen der Endstücke zueinander nur schwer zu erreichen. Einen aus energetischer Sicht weiteren Nachteil stellt das notwendige abrupte Abbremsen des Spannfutters als große rotierende Masse zum Abschluss des Reibvorgangs dar, zumal sich dieser Vorgang am anderen Ende des Lenkers wiederholt.
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Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers dahingehend zu verbessern, dass das Fügen der einzelnen Bauteile mittels Reibschweißen gleichzeitig und zusammen mit der anschließenden Nachbearbeitung der Verbindungsstellen in einer einzigen Einspannung erfolgen kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines Lenkers gemäß den Maßnahmen von Anspruch 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers mit einem Mittelstück und zwei Endstücken, wobei die Endstücke durch Reibschweißen mit dem Mittelstück verbunden werden. Hierfür wird das Mittelstück zunächst verdrehfest und axial unverschieblich in einer Haltevorrichtung einer Reibschweißmaschine gelagert, wobei die Endstücke gleichzeitig in jeweils einem von zwei sich gegenüberstehenden Spannfuttern der Reibschweißmaschine aufgenommen und anschließend während ihrer synchronen Drehbewegung zueinander in einer Relativbewegung axial zum Mittelstück bewegt werden und an dem Mittelstück reiben. Im weiteren Verlauf wird am Ende des Reibvorganges die verdrehfeste Einspannung des Mittelstücks schlagartig gelöst, so dass sich dieses mit den rotierenden Endstücken frei mitdrehen kann. Noch während der ungebremsten Rotation des Lenkers werden im Anschluss durch eine axiale Verlagerung wenigstens eines Endstückes die Reibschweißstellen gestaucht, wodurch sich neben dem Abschluss des Fügens auch der Endabstand der Endstücke zueinander ergibt. Grundsätzlich können die Endstücke bereits zu Beginn diverse Winkelversätze zueinander einnehmen, da jedes der voneinander unabhängigen Spannfutter beliebige Winkelstellungen um die Rotationsachse ermöglicht.
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Ein weiterer bevorzugter Verfahrensablauf sieht vor, dass durch den Fügeprozess entstehende Schweißwulste an den Reibschweißstellen noch während der Rotationsbewegung des Lenkers in derselben Einspannung entfernt werden. Der Vorteil liegt hierbei in einer effizienten Nutzung der andauernden Rotationsbewegung über mehrere Arbeitsschritte hinweg, bei denen große Massen beispielsweise in Form der Spannfutter nur zu Beginn und zum Ende des gesamten Verfahrens beschleunigt und gebremst werden müssen.
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Zum präzisen Ansetzen und Zentrieren des Mittelteils zwischen den Endstücken sieht ein weiterer Verfahrensschritt vor, dass zwischen Rotationsbeginn der Endstücke und anschließendem Reibvorgang am Mittelstück zunächst stutzenartige Ansätze an den Endstücken ausgebildet werden, über welche die Endstücke mit dem Mittelstück reibgeschweißt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Endstücke bereits mit stutzenartigen Ansätzen ausgebildet in das Spannfutter der Rotationsschweißmaschine eingebracht werden.
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Um den so gefertigten Lenker an seinem bestimmungsgemäßen Ort beispielsweise über lösbare Verbindungselemente einbauen zu können, ist vorgesehen, dass Lagerelemente in die Endstücke eingebracht werden. Die Lagerelemente können nach dem Prozess des Reibschweißens und somit in dem fertigen Lenker oder vor dem Reibschweißen in die noch nicht mit dem Mittelteil verbundenen Endstücke eingebracht werden.
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Auch wenn die Lagerelemente grundsätzlich auf verschiedene Arten in die Hülsen eingebracht werden können, beispielsweise durch Einpressen, werden diese vorzugsweise direkt als in die Hülsen einvulkanisierte Gummi-Metall-Lager ausgebildet. Dadurch entfällt das Einpressen vorgefertigter Lagerelemente in die Hülsen. Wenn die Lagerelemente als Kugelgelenke, sogenannte Ball-Joints, ausgebildet werden, entfällt das Vulkanisieren. In diesem Fall können die Endstücke selbst die Lagerpfanne für das Kugelgelenk bilden, in welche die Gelenkkugel eingesetzt wird. Es ist aber auch möglich, vorgefertigte Gelenkeinheiten bestehend aus Lagerpfanne und Gelenkkugel in die Endstücke einzupressen. Das Einpressen kann insbesondere vor dem Reibschweißvorgang erfolgen.
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Um leichte, kostengünstige und in der Handhabung unkomplizierte Bauteile zu schaffen, ist es zweckmäßig, ein rohrförmiges Bauteil als Ausgangsbasis für das Mittelstück zu verwenden.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Verfahren schafft eine neue und überaus wirtschaftliche Möglichkeit zur Herstellung von Lenkern mittels Reibschweißen. Durch den Wegfall des unnötigen Ein- und Ausspannens von Bauteilen während des Herstellungsprozesses wird ein besonders rationeller Ablauf ermöglicht, der das gleichzeitige und damit deutlich zeitverkürzte Fügen beider Endstücke mit dem Mittelstück ermöglicht.
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Neben der Reduzierung der Arbeitsschritte liegt mit ein großer Vorteil in dem prozesssicheren Einlegen der beiden Endstücke in die synchron drehenden Spannfutter der Reibschweißanlage. Hierdurch ist ein äußerst positions- und winkelgenaues Anordnen der einzelnen Bauteile des Lenkers gegeben, was gleichzeitig mit einer spürbaren Vereinfachung während der Fertigung einhergeht. Der Wegfall des sonst durch Umspannen mitunter mehrfach notwendigen Einmessens der zu fügenden Bauteile ermöglicht hierbei die Verringerung des Arbeitsaufwandes und damit die Verkürzung der Taktzeiten.
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Überdies bewirken die hierbei in ein und derselben Einspannung erfolgenden Abläufe des Bauteilfügens und der anschließenden Nachbearbeitung beider Reibschweißstellen eine spürbare Reduzierung des Fertigungsaufwandes insgesamt.
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Auch aus energetischer Sicht hat die Erfindung Vorteile, weil ein Beschleunigen und Bremsen großer rotierender Massen, beispielsweise der Spannfutter, durch den Wegfall unnötiger Umspannungen nur zum Beginn und zum Ende des Herstellungsprozesses hin erfolgt. Durch die Zusammenfassung üblicherweise nacheinander erfolgender Arbeitsschritte wird die Effektivität des Reibschweißens deutlich verbessert.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:
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1 in perspektivischer Sichtweise die Bauteile eines Lenkers in Explosionsdarstellung und
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2 den Lenker gemäß der Darstellung von 1 in einer zweiten Ansicht mit zusammengefügten Bauteilen.
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Die 1 zeigt die einzelnen Komponenten des Lenkers 1, der sich aus einem rohrförmigen Mittelstück 2 mit der Länge L plus Aufmaß und zwei Endstücken 3 zusammensetzt. Die Endstücke 3 weisen einen im Wesentlichen geraden kreiszylindrischen Querschnitt mit einer in Richtung der Längsachsen X, Y durchgehenden rotationssymmetrischen Öffnung auf. Die so verbleibende Wandstärke entspricht an ihrer dünnsten Stelle in etwa der eineinhalbfachen Wandstärke des Mittelstückes 2. Die Höhe des senkrecht zu seiner Längsachse X, Y gerade abgeteilten Endstückes 3 entspricht etwa dem äußeren Durchmesser des rohrförmigen Mittelstückes 2.
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Innerhalb der durchgehenden Öffnung der Endstücke 3 befindet sich jeweils ein Lagerelement 4. Das Lagerelement 4 weist hierbei eine in dem Zentrum der durchgehenden Öffnung des Endstückes 3 in Richtung der Längsachse X, Y durchgehende und mit den Enden gegenüber dem Endstück 3 überstehende rohrförmige Buchse auf. Die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Buchse und dem Innendurchmesser des Endstückes 3 entspricht hierbei ungefähr der Wandstärke des Endstückes 3.
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Um die Buchse des Lagerelementes 4 dauerhaft mit dem Endstück 3 zu verbinden, ist die Buchse in die durchgehende Öffnung des Endstückes 3 einvulkanisiert.
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Umfangsseitig weist das Endstück 3 jeweils einen stutzenartigen Ansatz 5 auf, der parallel zur Längsachse X, Y und tangential zum Außenumfang des Endstückes 3 eine im Wesentlichen kreisrunde ebene Fläche beinhaltet. Die sich senkrecht zur Längsachse X, Y des Endstückes 3 erstreckende Höhe des stutzenartigen Ansatzes 5 entspricht hierbei ungefähr der Wandstärke des Endstückes 3. Die äußere Geometrie des stutzenartigen Ansatzes 5 geht zum Endstück 3 hin in dessen äußere Geometrie über.
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Der kreisrunde Außendurchmesser des stutzenartigen Ansatzes 5 entspricht dem äußeren Durchmesser des rohrförmigen Mittelstückes 3. Der stutzenartige Ansatz 5 weist an seiner Stirnfläche in Längsachse Z einen kurzen verjüngenden Querschnittssprung auf, wobei der äußere Durchmesser hierbei auf die Maße des inneren Durchmessers des Mittelstückes 2 zurückspringt.
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Die senkrecht zur Längsachse Z des Mittelstückes 2 abgeteilten und offenen Enden weisen vor Kopf über die umlaufende Wandfläche hinweg jeweils eine Reibschweißstelle 6 auf. Die stutzenartigen Ansätze 5 besitzen an ihren Stirnflächen ebenfalls jeweils eine Reibschweißstelle 6, wobei diese im Bereich des Querschnittssprunges zwischen dem äußeren Durchmesser des stutzenartigen Ansatzes 5 und der Verjüngung liegen und somit eine spiegelbildliche Fläche der Reibschweißstellen 6 des Mittelstückes 2 darstellen.
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2 zeigt den zusammengesetzten Lenker 1, wobei das Mittelstück 2 als Verbindungsstück zwischen den an seinen jeweiligen Enden befindlichen Endstücken 3 liegt und über die Reibschweißstellen 6 mit diesen verbunden ist. Die Längsachsen X, Y der beiden Endstücke 3 verlaufen hierbei achsparallel im Abstand A zueinander. Im Kontaktbereich der Reibschweißstellen 6 des Mittelstückes 2 und der beiden Endstücke 3 befinden sich jeweils Schweißwulste 7, die sich in Form von nach außen aufgeworfenem Material radial um die Reibschweißstellen 6 erstrecken.
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Für die Herstellung eines Lenkers 1 gemäß dem beschriebenen Verfahren wird ein rohrförmiges Mittelstück 2 auf eine Länge L plus Aufmaß aus einem entsprechenden Rohrstrang abgeteilt. Das Mittelstück 2 wird daraufhin einer Haltevorrichtung B einer hier nicht näher dargestellten Rotationsreibschweißmaschine zugeführt und darin zunächst verdrehfest und in Längsachse Z des Mittelstückes 2 unverschieblich gelagert. Die Enden des Mittelstückes 2 bleiben hierbei frei zugänglich und sind nicht von der Halterung überdeckt.
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Die hier nicht näher dargestellte Rotationsreibschweißmaschine weist zwei sich gegenüberliegende Spannfutter auf, wobei die Spannfutter auf derselben Rotationsachse liegen und eine gleichgerichtete, synchrone Rotationsrichtung C ermöglichen. Die Längsachse Z des in der Halterung befindlichen Mittelstückes 2 liegt hierbei genau zwischen den beiden Spannfuttern und somit auf deren gemeinsamen Rotationsachse.
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In die beiden Spannfutter wird jeweils ein mit einem stutzenartiger Ansatz 5 ausgestattetes Endstück 3 eingebracht, wobei diese zuvor durch Abteilen aus einem der Querschnittskonfiguration entsprechenden Profilelement entnommen und jeweils mit einem einvulkanisierten Lagerelement 4 ausgestattet wurden. Die Einspannung in dem jeweiligen Spannfutter sieht vor, dass die Längsachse Z des stutzenartigen Ansatzes 5 in der Rotationsachse des Spannfutters liegt und der stutzenartige Ansatz 5 aus dem Spannfutter herausragt.
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Nachdem die Endstücke 3 in den Spannfuttern aufgenommen wurden, werden diese um die Längsachse Z des stutzenartigen Ansatzes 5 synchron und in gleicher Richtung C rotiert.
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In einem nächsten Schritt werden die rotierenden Endstücke 3 zeitgleich in Richtung der Achse Z aufeinander zu bewegt und somit in einer Relativbewegung zum dazwischen befindlichen Mittelteil 3 und dessen Ende herangebracht, bis sich die Reibschweißstellen 6 der Endstücke 3 und des Mittelteiles 2 berühren. Durch die verdrehfeste Lagerung des Mittelstückes 2 beginnen die Bauteile an den Reibschweißstellen 6 zu reiben, wodurch der Reibschweißprozess eingeleitet wird.
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Die durch Reibung in den Reibschweißstellen 6 erzeugte Wärme führt dazu, dass das die Reibschweißstellen 6 umgebende Material erweicht.
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Sobald das Material erweicht ist, wird die verdrehfeste Lagerung der Haltevorrichtung B schlagartig gelöst, wodurch das Mittelstück 2 um seine Längsachse Z beschleunigt wird und dann synchron zwischen den beiden Endstücken 3 um die eigene Achse rotiert. Die gefügten Bauteile des Lenkers 1 rotieren nun als Ganzes um die Achse Z in Richtung C.
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Nach dem Lösen der Lagerung des Mittelteiles 2 werden die Reibschweißstellen 6 gestaucht, wobei wenigstens ein Spannfutter mit dem darin gelagerten Endstück 3 während der Rotation in Achse Z auf das gegenüberliegende Spannfutter zu bewegt wird. Der Stauchprozess ist beendet, sobald die beiden Achsen X, Y der Endstücke 3 das Endmaß A zueinander erreicht haben.
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Im Zuge des Stauchens wird erweichtes Material im Bereich der Reibschweißstellen 6 verdrängt, was zu einem Aufwerfen des Materials und somit zu sichtbaren Schweißwulsten 7 führt. Durch den Abfall der bei der Reibung erreichten Temperatur werden die rotierenden Bauteile des Lenkers 1 an den Reibschweißstellen 6 miteinander verschweißt.
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Nachdem die Bauteile gestaucht wurden, erfolgt die Nachbearbeitung noch in derselben Einspannung. Während der Lenker 1 nun ohne Unterbrechung der Drehbewegung als Ganzes zwischen den beiden Spannfuttern rotiert, werden die beim Stauchen entstandenen Schweißwulste 7 im Bereich der Reibschweißstellen 6 entfernt.
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Erst nachdem das Mittelstück 2 mit den Endstücken 3 gefügt und die Schweißwulste 7 entfernt wurden, wird die Rotationsbewegung der Spannfutter und somit des Lenkers 1 beendet, damit der fertiggestellte Lenker 1 entnommen werden kann und das Verfahren als Serie von vorn beginnt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenker
- 2
- Mittelstück
- 3
- Endstück
- 4
- Lagerelement
- 5
- stutzenartiger Ansatz
- 6
- Reibschweißstelle
- 7
- Schweißwulst
- A
- Abstand
- B
- Haltevorrichtung für 2
- C
- Rotationsrichtung
- L
- Länge von 2
- X
- Achse von 3
- Y
- Achse von 3
- Z
- Achse von 2 und 5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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