DE102010043040A1

DE102010043040A1 - Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils

Info

Publication number: DE102010043040A1
Application number: DE102010043040A
Authority: DE
Inventors: Frank Nachbar; Hauke Frenzel; Ignacio Lobo Casanova; Christian Stelter; Wolfgang Jekel; Andreas Temmen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR101048886B1; US9227480B2; CN103189219B; US20130219720A1; CN103189219A; WO2012055657A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils, wobei ein an seiner Außenseite vorbeschichtetes Strukturbauteil (3) mit einer an ihrer Außenseite vorbeschichteten und zu einem Gelenk (2) vormontierten Gelenkkartusche (5) durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren dauerhaft fest verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils.
Ein Fahrwerkbauteil weist in der Regel ein Strukturbauteil und ein oder mehrere mit diesem fest verbundene Gelenke auf. Beispielsweise bildet ein solches Fahrwerkbauteil einen Zweipunktlenker, einen Dreipunktlenker oder ein Flanschgelenk, wobei die Integration des Gelenks in das Strukturbauteil im Regelfalle durch Einpressen, Anschrauben oder Annieten erfolgt. Auch ist es möglich, das Gelenk in ein einteiliges Strukturbauteilgehäuse zu integrieren. Ein solches Fahrwerkbauteil ist insbesondere mit folgenden Nachteilen behaftet: Großer Bauraumbedarf, kostenintensiv, große Schwankungen der Gelenkkennwerte, hohes Gewicht, große Anzahl an Einzelteilen, korrosionsanfällige Bereiche (z. B. an der Rollkante des Gelenks), hoher Warenbestand von Halbzeugen und hoher Logistikaufwand.
Aus der DE 603 04 709 T2 ist ein Radaufhängungsarm für ein Kraftfahrzeug bekannt, welcher einen aus gestanztem Blech gebildeten Körper umfasst, der mittels eines Kugelgelenks mit einem Radträger und mittels zweier Lager mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Das Kugelgelenk umfasst eine untere Fassung, die in ein von dem Körper gebildetes Gehäuse eingeführt wird und über einen seitlichen Vorsprung an dem seitlichen Rand des Gehäuses aufliegt, und einen Deckel, der auf die untere Fassung aufgesetzt und mit der Oberfläche des Körpers durch Laserschweißen fest verbunden wird.
Bei diesem Radaufhängungsarm können sich Toleranzen in ungünstiger Weise aufaddieren, während die untere Fassung und der Deckel an dem Körper montiert werden. Ferner müssen der Körper, die untere Fassung und ggf. der Deckel nach der Montage gereinigt werden, bevor eine Schutzbeschichtung auf diese Teile aufgebracht werden kann. Auch ist es mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden, den Körper und die untere Fassung sowie ggf. den Deckel mit unterschiedlichen Beschichtungen zu versehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrwerkbauteil der eingangs genannten Art die Integration des Gelenks in das Strukturbauteil auf einfache Weise mit einer hohen Genauigkeit durchführen zu können. Ferner sollen unterschiedliche Beschichtungen von Gelenk und Strukturbauteil einfach zu realisieren sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugt Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils wird ein an seiner Außenseite vorbeschichtetes Strukturbauteil mit einer an ihrer Außenseite vorbeschichteten und zu einem Gelenk vormontierten Gelenkkartusche durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren dauerhaft fest verbunden.
Da die bereits zu einem Gelenk vormontierte Gelenkkartusche mit dem Strukturbauteil verbunden wird, entfällt das Montieren von Einzelteilen des Gelenks am Strukturbauteil. Hierdurch ist bei der Integration des Gelenks in das Strukturbauteil eine Toleranzreduzierung gegenüber der DE 603 04 709 T2 erzielbar. Da ferner die Gelenkkartusche mit dem Strukturbauteil durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren verbunden wird, erfolgt auch der Verbindungsvorgang von Gelenkkartusche und Strukturbauteil sehr toleranzarm. Hierdurch ist eine höhere Genauigkeit als z. B. durch Einpressen, Anschrauben oder Annieten des Gelenks in bzw. an das Strukturbauteil erzielbar. Schließlich sind die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil bereits vorbeschichtet, sodass auf einfache Weise eine unterschiedliche Beschichtung von Gelenkkartusche und Strukturbauteil möglich ist, da die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil unabhängig voneinander vorbeschichtet werden können. Auch wird die Handhabung der miteinander zu verbindenden Bauteile vereinfacht, da ein Monteur die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil bedenkenlos berühren und anfassen kann, ohne eine anschließende Reinigung dieser Bauteile durchführen zu müssen, die sonst vor einem Beschichtungsvorgang aufgrund von auf die Berührung zurückzuführenden Verunreinigungen erforderlich wäre.
Das vorbeschichtete Strukturbauteil wird mit der vorbeschichteten und zu dem Gelenk vormontierten Gelenkkartusche insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung dauerhaft fest verbunden, die durch das stoffschlüssige Fügeverfahren gebildet wird.
Das stoffschlüssige Fügeverfahren ist oder umfasst bevorzugt ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen, wie z. B. Löten oder Schweißen, sodass das stoffschlüssige Fügeverfahren auch als thermisches, stoffschlüssiges Fügeverfahren bezeichnet werden kann. Ein derartiges Fügeverfahren ist in der Regel mit einem Diffusionsprozess verbunden, sodass eine durch dieses Verfahren hergestellte Verbindung regelmäßig eine höhere Festigkeit als eine rein adhäsive Verbindung, wie z. B. eine Klebeverbindung, aufweist. Bei dem Fügeverfahren handelt es sich vorzugsweise um ein Niedrigenergiefügeverfahren oder um ein Fügeverfahren mit einem niedrigen Gesamtenergieeintrag. Somit kann sichergestellt werden, dass ein oder mehrere an oder in der Gelenkkartusche angeordnete, wärmeempfindliche Bauteile, wie z. B. eine Lagerschale aus Kunststoff, nicht durch einen mit dem Fügeverfahren verbundenen Wärmeeintrag beschädigt werden. Insbesondere ist oder umfasst das stoffschlüssige Fügeverfahren Strahlschweißen, vorzugsweise Laserstrahlschweißen. Hierdurch ist eine besonders toleranzarme Verbindung des Strukturbauteils mit der Gelenkkartusche erzielbar.
Die Gelenkkartusche wird zu dem Gelenk vormontiert. Dazu wird insbesondere ein Gelenkinnenteil in die Gelenkkartusche eingebracht und bewegbar in dieser gelagert, bevor das Strukturbauteil mit der Gelenkkartusche verbunden wird. Somit kann das Gelenk unabhängig von dem Strukturbauteil mit einer hohen Genauigkeit gefertigt werden. Das Gelenkinnenteil erstreckt sich bevorzugt aus der Gelenkkartusche heraus.
Die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil werden vorbeschichtet. Dazu werden die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil jeweils mit einer Beschichtung versehen, bevor das Strukturbauteil mit der Gelenkkartusche verbunden wird. Bevorzugt sind diese Beschichtungen unterschiedlich. Vorteilhaft werden die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil unabhängig voneinander mit der Beschichtung versehen. Vorzugsweise werden die Gelenkkartusche und das Strukturbauteil durch unterschiedliche Beschichtungsverfahren vorbeschichtet. Die Beschichtungen dienen insbesondere zum Schutz der Gelenkkartusche und des Strukturbauteils vor Umwelteinflüssen, wie z. B. vor Schmutz und Feuchtigkeit. Vorzugsweise bilden die Beschichtungen Schutzbeschichtungen. Bevorzugt wird die Gelenkkartusche vorbeschichtet, d. h. mit ihrer Beschichtung versehen, bevor die Gelenkkartusche zu dem Gelenk vormontiert wird.
Das Strukturbauteil wird bevorzugt durch Tauchlackieren, insbesondere durch kathodisches Tauchlackieren vorbeschichtet. Beispielsweise wird das Strukturbauteil mit einem Lack vorbeschichtet, der z. B. ein organisches Material umfasst. Die Gelenkkartusche wird bevorzugt galvanisch vorbeschichtet. Beispielsweise wird die Gelenkkartusche mit einer Zink-Eisen-Beschichtung versehen.
Das vorbeschichtete Strukturbauteil sowie die vorbeschichtete Gelenkkartusche werden vorzugsweise für das stoffschlüssige Fügeverfahren vorbehandelt. Insbesondere werden das vorbeschichtete Strukturbauteil sowie die vorbeschichtete und zu dem Gelenk vormontierte Gelenkkartusche für das stoffschlüssige Fügeverfahren vorbehandelt. Bevorzugt wird die Vorbeschichtung der Gelenkkartusche, insbesondere der zu dem Gelenk vormontierten Gelenkkartusche vor der Durchführung des stoffschlüssigen Fügeverfahrens bereichsweise entfernt, sodass ein entschichteter Bereich an der Gelenkkartusche geschaffen wird. Vorzugsweise wird die Gelenkkartusche mit ihrem entschichteten Bereich durch das stoffschlüssige Fügeverfahren mit dem Strukturbauteil verbunden. Das bereichsweise Entfernen der Vorbeschichtung der Gelenkkartusche erfolgt vorzugsweise durch Laserentschichten oder durch ein anderes Entschichtungsverfahren.
Insbesondere wird die Vorbeschichtung des Strukturbauteils vor der Durchführung des stoffschlüssigen Fügeverfahrens bereichsweise entfernt, sodass ein entschichteter Bereich an dem Strukturbauteil geschaffen wird. Bevorzugt wird das Strukturbauteil mit seinem entschichteten Bereich durch das stoffschlüssige Fügeverfahren mit der Gelenkkartusche verbunden. Es hat sich gezeigt, dass ein bereichsweises Entschichten der vorbeschichteten Gelenkkartusche und des vorbeschichteten Strukturbauteils mit einem geringeren Aufwand realisierbar ist, als das stoffschlüssige Fügen einer unbeschichteten Gelenkkartusche mit einem unbeschichteten Strukturbauteil. Dies liegt daran, dass die unbeschichteten Bauteile nach dem Verbinden in der Regel gereinigt und beschichtet werden müssen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird an dem vorbeschichteten Strukturbauteil eine Gelenkaufnahme ausgebildet, in welche die vorbeschichtete und zu dem Gelenk vormontierte Gelenkkartusche eingesetzt wird. Insbesondere wird an dem vorbeschichteten Strukturbauteil eine Gelenkaufnahme ausgebildet, in welche die vorbeschichtete und zu dem Gelenk vormontierte Gelenkkartusche vor der Durchführung des stoffschlüssigen Fügeverfahrens eingesetzt wird. Bevorzugt wird die Gelenkkartusche dabei in einer axialen Richtung in die Gelenkaufnahme eingesetzt. Das bereichsweise Entfernen der Vorbeschichtung des Strukturbauteils erfolgt vorzugsweise während des Ausbildens der Gelenkaufnahme.
Bevorzugt erfolgt das Ausbilden der Gelenkaufnahme durch Strahlschneiden, insbesondere durch Laserstrahlschmelzschneiden. Da Strahlschneiden sehr toleranzarm durchgeführt werden kann, erfolgt die Ausbildung und Positionierung der Gelenkaufnahme an dem Strukturbauteil mit hoher Genauigkeit.
Die Gelenkaufnahme wird vorzugsweise mit einer runden, einer unrunden, einer viereckigen, einer rechteckigen oder einer polygonen Umfangskontur ausgebildet. Bei dieser Kontur handelt es sich insbesondere um eine Innenumfangskontur, welche die Gelenkkartusche nach ihrem Einsetzen in die Gelenkaufnahme umgibt. Die Umfangskontur der Gelenkaufnahme wird bevorzugt an die Außenumfangskontur der Gelenkkartusche angepasst. Somit wird auch die Gelenkkartusche bevorzugt mit einer runden, einer unrunden, einer viereckigen, einer rechteckigen oder einer polygonen Umfangskontur ausgebildet. Durch Ausbilden einer unrunden, mehreckigen oder polygonen Umfangskontur ist zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verdrehsicherung realisierbar. Auch kann durch eine mehreckige oder polygone Umfangskontur eine Drehlage der Gelenkkartusche bezüglich der axialen Richtung vorgegeben werden. Eine runde Umfangskontur bildet hingegen den Vorteil, dass der Monteur die Gelenkkartusche mit einer beliebigen Drehlage bezüglich der axialen Richtung in die Gelenkaufnahme einsetzen kann. Bevorzugt ist die durch das stoffschlüssige Fügeverfahren gebildete Verbindung zwischen der Gelenkkartusche und dem Strukturbauteil stark genug, um eine ausreichende Verdrehsicherung bilden zu können.
Die Gelenkaufnahme umfasst bevorzugt eine Ausnehmung, in welche die Gelenkkartusche eingesetzt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst oder bildet die Gelenkaufnahme ein sich durch das Strukturbauteil hindurch erstreckendes Loch, in welches die Gelenkkartusche eingesetzt wird. Die Ausnehmung der Gelenkaufnahme wird insbesondere durch das Loch gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich das Loch in axialer Richtung durch das Strukturbauteil hindurch. Das durchgehende Loch kann auf einfache Weise mit dem zuvor genannten Strahlschneidverfahren und daher mit einer hohen Genauigkeit ausgebildet werden.
Die Gelenkkartusche weist bevorzugt eine radiale Schulter auf, mit welcher die Gelenkkartusche beim Einsetzen in die Gelenkaufnahme in axialer Richtung an das Strukturbauteil angelegt wird. Die Schulter liegt dabei insbesondere an einem Rand der Gelenkaufnahme an. Vorzugsweise weist die Schulter in radialer Richtung eine größere Erstreckung als die Gelenkaufnahme oder das Loch auf. Das Anlegen der Schulter an das Strukturbauteil bildet eine Positionierungshilfe beim Einsetzen der Gelenkkartusche in die Gelenkaufnahme in axialer Richtung. Die Schulter ist insbesondere eine Außenschulter. Vorzugsweise ist die Schulter eine umlaufende Schulter. Bevorzugt weist die Gelenkkartusche an ihrer Außenumfangsfläche einen umlaufenden Bund auf, an dem die Schulter ausgebildet ist. Der Ausdruck „radial” kennzeichnet insbesondere eine beliebige, senkrecht zur axialen Richtung verlaufende Richtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Außenumfangsfläche der Gelenkkartusche zumindest bereichsweise in axialer Richtung sich verjüngend ausgebildet. Beispielsweise ist die Außenumfangsfläche zumindest bereichsweise in axialer Richtung konisch ausgebildet. Die sich verjüngende oder konische Ausgestaltung der Außenumfangsfläche der Gelenkkartusche wird bevorzugt zur Zentrierung der Gelenkkartusche während des Einsetzens derselben in die Gelenkaufnahme genutzt. Somit können z. B. mögliche Toleranzen im Durchmesser der Gelenkaufnahme ausgeglichen werden.
Bevorzugt wird das Strukturbauteil mit einem oder mehreren anderen Gelenken fest verbunden. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Strukturbauteil mit dem einen oder den mehreren anderen Gelenken fest verbunden, bevor die Gelenkaufnahme an dem Strukturbauteil ausgebildet wird. Insbesondere wird der Ort, an dem die Gelenkaufnahme an dem Strukturbauteil ausgebildet wird, in Abhängigkeit von der oder den Positionen des oder der mit dem Strukturbauteil fest verbundenen anderen Gelenke bestimmt. Die oder jede der Positionen wird bevorzugt durch einen Kinematikpunkt des jeweiligen anderen Gelenks charakterisiert oder gebildet. Somit wird bevorzugt der Ort, an dem die Gelenkaufnahme am Strukturbauteil ausgebildet wird, in Abhängigkeit von dem oder den Kinematikpunkten des oder der mit dem Strukturbauteil fest verbundenen anderen Gelenke bestimmt. Hierdurch ist ein deutlicher Genauigkeitsgewinn gegenüber herkömmlichen Fahrwerkbauteilen erzielbar, bei denen die Gelenkaufnahme bereits vor dem Verbinden des Strukturbauteils mit einem oder mehreren anderen Gelenken ausgebildet wird, da die Montage von jedem dieser anderen Gelenke mit Lageungenauigkeiten verbunden ist. In kinematischer Hinsicht ist somit eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik möglich. Das oder die anderen Gelenke umfassen oder bilden vorzugsweise Gummi- oder Elastomerlager.
Das Gelenk ist oder bildet insbesondere ein Kugelgelenk. Vorzugsweise bildet das Gelenkinnenteil einen eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel in die Gelenkkartusche eingebracht und in dieser bewegbar gelagert wird, bevor das Strukturbauteil mit der Gelenkkartusche verbunden wird. Dabei wird der Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel insbesondere drehbar und/oder schwenkbar in der Gelenkkartusche gelagert. Bevorzugt erstreckt sich der Kugelzapfen durch eine Gelenkkartuschenöffnung hindurch aus der Gelenkkartusche heraus. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Kugelzapfen in einer Lagerschale gleitbeweglich gelagert, die in die Gelenkkartusche eingebracht wird und vorzugsweise aus Kunstsoff besteht.
Die Wandung der Gelenkkartusche im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung wird bevorzugt in Richtung auf den Kugelzapfen zu umgeformt, insbesondere umgebogen. In diesem Fall ist der umzuformende Bereich der Wandung vorzugsweise frei von der Vorbeschichtung der Gelenkkartusche, da andernfalls die Vorbeschichtung in diesem Bereich abplatzen könnte. Gemäß einer Alternative kann die Wandung der Gelenkkartusche im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung aber auch in Richtung auf den Kugelzapfen zu vorgeformt sein. Gemäß einer anderen Alternative kann die Gelenkartuschenöffnung auch mit einem Verschlussring abgedeckt werden, der an der Gelenkkartusche befestigt wird und durch welchen hindurch sich der Kugelzapfen erstreckt. Durch das Umformen der Wandung der Gelenkkartusche im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung sind allerdings geringere Toleranzen als mit einem Verschlussring erzielbar, da kein zusätzliches Bauteil erforderlich ist. Der Verschlussring oder der vorgeformte oder umgeformte Bereich der Wandung überdeckt die Gelenkkugel bevorzugt in axialer Richtung, sodass der Kugelzapfen in axialer Richtung an der Gelenkkartusche gesichert wird und insbesondere nicht aus dieser ausgezogen werden kann. Das Umformen der Wandung der Gelenkkartusche im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung oder das Befestigen des Verschlussrings an der Gelenkkartusche erfolgt vorzugsweise vor dem Verbinden des Strukturbauteils mit der Gelenkkartusche.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Kugelzapfen in die Gelenkkartusche durch die Gelenkkartuschenöffnung eingebracht, insbesondere bevor die Wandung der Gelenkkartusche im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung in Richtung auf den Kugelzapfen zu umgeformt oder der Verschlussring an der Gelenkkartusche befestigt wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Gelenkkartusche eine der Gelenkkartuschenöffnung gegenüberliegende Montageöffnung auf, durch die der Kugelzapfen in die Gelenkkartusche eingebracht wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Wandung der Gelenkkartusche im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung in Richtung auf den Kugelzapfen zu vorgeformt ist. Nach dem Einbringen des Kugelzapfens in die Gelenkkartusche wird die Montageöffnung bevorzugt mit einem Gehäusedeckel verschlossen, insbesondere bevor das Strukturbauteil mit der Gelenkkartusche verbunden wird.
Der durch das stoffschlüssige Fügeverfahren gebildete Verbindungsbereich, insbesondere der durch das Schweißen gebildete Schweißbereich wird vorzugsweise durch einen Dichtungsbalg abgedeckt. Dies bietet den Vorteil, dass der Verbindungsbereich oder Schweißbereich zum Schutz vor Umwelteinflüssen nicht durch eine Beschichtung geschützt werden muss, sodass das Aufbringen einer solchen Beschichtung eingespart werden kann.
Bei dem Dichtungsbalg handelt es sich vorzugsweise um einen Dichtungsbalg des Gelenks, der insbesondere gleichzeitig die Gelenkkartuschenöffnung abdichtet. Vorzugsweise erstreckt sich der Kugelzapfen durch den Dichtungsbalg hindurch, der insbesondere sowohl an dem Kugelzapfen als auch an der Gelenkkartusche und/oder an dem Strukturbauteil dichtend angelegt wird. Der Dichtungsbalg besteht bevorzugt aus einem flexiblen Material. Vorzugsweise besteht der Dichtungsbalg aus Elastomerwerkstoff, insbesondere aus Gummi.
Das Strukturbauteil besteht bevorzugt aus Metall. Ferner besteht die Gelenkkartusche bevorzugt aus Metall.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrwerkbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 einen Längsschnitt durch das Fahrwerkbauteil entlang der aus 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A,
3 eine vergrößerte Ansicht des in 2 mit B gekennzeichneten Bereichs,
4 eine perspektivische Darstellung des Kugelgelenks nach 1,
5 das Kugelgelenk nach 4 in einem in eine Gelenkaufnahme des aus 1 ersichtlichen Strukturbauteils eingesetzten Zustand,
6 eine teilweise Schnittansicht des in die Gelenkaufnahme eingesetzten Kugelgelenks entlang der aus 5 ersichtlichen Schnittlinie C-C,
7 eine perspektivische Darstellung eines Fahrwerkbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
8 eine Draufsicht auf das aus 7 ersichtliche Strukturbauteil vor der Montage des Kugelgelenks,
9 eine perspektivische Darstellung des Kugelgelenks nach 7,
10 das Kugelgelenk nach 9 in einem in eine Gelenkaufnahme des Strukturbauteils nach 7 eingesetzten Zustand,
11 eine teilweise Schnittdarstellung des in die Gelenkaufnahme eingesetzten Kugelgelenks entlang der aus 10 ersichtlichen Schnittlinie D-D,
12 eine Schnittansicht des Kugelgelenks entlang der aus
10 ersichtlichen Schnittlinie D-D nach dem Ausbilden einer Schweißnaht,
13 eine Schnittansicht des Kugelgelenks entlang der aus 7 ersichtlichen Schnittlinie E-E,
14 eine teilweise Schnittdarstellung des in die Gelenkaufnahme eingesetzten Kugelgelenks entlang der aus 5 ersichtlichen Schnittlinie C-C oder entlang der aus 10 ersichtlichen Schnittlinie D-D, wobei das Kugelgelenk zusätzlich in einem lediglich teilweise in die Gelenkaufnahme eingesetzten Zustand ersichtlich ist,
15 eine Schnittansicht eines modifizierten Kugelgelenks im lediglich teilweise in die Gelenkaufnahme eingesetzten Zustand und
16 eine Schnittansicht des Kugelgelenks nach 15 in einem in die Gelenkaufnahme eingesetzten Zustand.
Aus den 1 bis 6 sind unterschiedliche Ansichten und Teilansichten eines Fahrwerkbauteils 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei ein Kugelgelenk 2 in ein Strukturbauteil 3 integriert ist. Das Strukturbauteil 3 ist als Flansch ausgebildet, der mit einem anderen Fahrzeugbauteil fest verbunden werden kann, wozu das Strukturbauteil 3 mit mehreren Durchgangslöchern 4 versehen ist. Das Kugelgelenk 2 umfasst eine als Gelenkgehäuse dienende Gelenkkartusche 5, in der ein Kugelzapfen 6 drehbar und schwenkbar gelagert ist. Der Kugelzapfen 6 erstreckt sich durch eine Gelenkkartuschenöffnung 7 (siehe 2) aus der Gelenkkartusche 5 heraus, wobei die Gelenkkartuschenöffnung 7 mittels eines Dichtungsbalgs 8 abgedichtet ist, durch welchen sich der Kugelzapfen 6 hindurch erstreckt. Die Längsmittelachse 9 des Kugelgelenks 2 verläuft in einer axialen Richtung 10, wobei eine Schnittansicht des Fahrwerkbauteils 1 entlang der Längsmittelachse 9 in 2 gezeigt ist.
Der Kugelzapfen 6 umfasst eine Gelenkkugel 11, die ein axiales Ende des Kugelzapfens 6 bildet und in einer Lagerschale 12 gleitbeweglich gelagert ist, die vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Die Lagerschale 12 sitzt zusammen mit der Gelenkkugel 11 in einem Innenraum 13 der Gelenkkartusche 5 und ist in dieser gegenüber einer Verdrehung um die Längsmittelachse 9 gesichert. Ferner ist die den Innenraum 13 begrenzende Wandung 14 der Gelenkkartusche 5 im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung 7 in Richtung auf den Kugelzapfen 6 zu umgeformt. Die Wandung 14 überdeckt somit im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung 7 die Lagerschale 12 und die Gelenkkugel 11 in axialer Richtung 10, sodass der Kugelzapfen 6 und die Lagerschale 12 in axialer Richtung 10 in der Gelenkkartusche 5 gesichert sind. Auf ihrer der Gelenkkartuschenöffnung 7 abgewandten Seite liegt die Lagerschale 12 an der Wandung 14 an.
Die Gelenkkartusche 5 sitzt in einer Gelenkaufnahme 15, die als sich durch das Strukturbauteil 3 in axialer Richtung 10 hindurch erstreckendes Loch ausgebildet ist. Die Gelenkkartusche 5 umfasst einen umlaufenden, radialen Bund 16, der eine radiale Außenschulter 17 (siehe 3) definiert, mittels welcher die Gelenkkartusche 5 in axialer Richtung 10 an dem Strukturbauteil 3 anliegt. Der Bund 16 sichert somit die Gelenkkartusche 5 in axialer Richtung 10 an dem Strukturbauteil 3. Ferner ist die Gelenkkartusche 5 mit dem Strukturbauteil 3 verschweißt, wobei die zugehörige Schweißnaht mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet ist. Die Schweißnaht 18 ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet. Eine umlaufende Ausbildung der Schweißnaht um 360° kann erfolgen, ist aber nicht zwingend erforderlich.
Der die Gelenkkartusche 5 umringende Dichtungsbalg 8 liegt mit einem axialen Endbereich sowohl an der Gelenkkartusche 5 als auch an dem Strukturbauteil 3 dichtend an und deckt dabei die Schweißnaht 18 ab. Ferner liegt der dem Kugelzapfen 6 umringende Dichtungsbalg 8 mit einem anderen axialen Endbereich dichtend an dem Kugelzapfen 6 an. Der Verbindungsbereich von Kugelgelenk 2 und Strukturbauteil 3 ist somit vor Umwelteinflüssen geschützt. Das Strukturbauteil 3 liegt mit seiner die Gelenkaufnahme 15 begrenzenden Umfangskontur (Lochwand) 19 (siehe 6) radial an der Gelenkkartusche 5 an, sodass radial wirkende Kräfte optimal von dem Kugelgelenk 2 auf das Strukturbauteil 3 und umgekehrt übertragen werden können.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Fahrwerkbauteils 1 beschrieben. Zunächst werden das Strukturbauteil 3 und das Kugelgelenk 2 unabhängig voneinander gefertigt, welches in Einzeldarstellung aus 4 ersichtlich ist. Lediglich der Dichtungsbalg 8 ist noch nicht auf das Kugelgelenk 2 aufgebracht. Danach wird das Kugelgelenk 2 in axialer Richtung 10 mit dem Kugelzapfen 6 voran in die Gelenkaufnahme 15 eingesetzt, bis der Bund 16 mit der Schulter 17 in axialer Richtung 10 an dem Strukturbauteil 3 anliegt. Dieser Zustand ist aus den 5 und 6 ersichtlich, wobei 6 eine teilweise Schnittansicht durch das Kugelgelenk 2 im Zustand gemäß 5 entlang der Längsmittelachse 9 zeigt. Während des Einsetzens des Kugelgelenks 2 in die Gelenkaufnahme 15 des Strukturbauteils 3 wird die Gelenkkartusche 5 vorzugsweise durch den umgebogenen Bereich der Wandung 14 radial zentriert. Diese Zentrierung ist schematisch aus 14 ersichtlich, die einen Schnitt durch das Kugelgelenk 2 entlang der Längsmittelachse 9 zeigt. Da der umgeformte Bereich der Wandung 14 im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung 7 zu einem sich in axialer Richtung 10 verjüngenden Bereich der Außenumfangsfläche 20 der Gelenkkartusche 5 führt und die Gelenkkartusche 5 mit ihrem die Gelenkkartuschenöffnung 7 begrenzenden Bereich der Wandung 14 voran in die Gelenkaufnahme 15 des Strukturbauteils 3 eingeführt wird, erfolgt durch Wechselwirkung der Umfangskontur 19 mit der Außenumfangsfläche 20 eine radiale Zentrierung der Gelenkkartusche 5. In 14 ist das Strukturbauteil 3 zweimal dargestellt. In einem ersten Zustand I ist die Gelenkkartusche 5 mit ihrem sich verjüngenden Bereich der Außenumfangsfläche 20 in der Gelenkaufnahme 15 positioniert. Durch weiteres Einschieben der Gelenkkartusche 5 in die Gelenkaufnahme 15 in axialer Richtung 10 tritt die Wechselwirkung zwischen der Umfangskontur 19 und der Außenumfangsfläche 20 auf, bis die Gelenkkartusche 5 radial in der Gelenkaufnahme 15 zentriert ist. Die Gelenkkartusche 5 wird solange in die Gelenkaufnahme 15 in axialer Richtung 10 eingeschoben, bis die Schulter 17 das Bunds 16 an dem Strukturbauteil 3 anliegt. Dieser Zustand ist mit II gekennzeichnet. Um die radiale Zentrierung zu verbessern, kann zusätzlich die Außenumfangsfläche 20 der Gelenkkartusche 5 in axialer Richtung 10 bereichsweise konisch ausgebildet werden, was aus den 15 und 16 ersichtlich ist, die eine modifizierte Ausgestaltung der Gelenkkartusche 5 zeigen. Gemäß der modifizierten Ausgestaltung umfasst die Außenumfangsfläche 20 einen in axialer Richtung 10 konisch verlaufenden Bereich 21, der mit der Umfangskontur 19 während des Einsetzens der Gelenkkartusche 5 in die Gelenkaufnahme 15 zur Anlage gebracht wird. Hierdurch erfolgt eine axiale Sicherung der Gelenkkartusche 5 an dem Strukturbauteil 3, sodass gemäß der modifizierten Ausgestaltung auf den radialen Bund 16 mit der Schulter 17 verzichtet werden kann. 15 zeigt dabei einen Zustand, in dem die Gelenkkartusche 5 lediglich teilweise in die Gelenkaufnahme 15 eingesetzt ist, wohingegen 16 einen Zustand zeigt, in dem die Gelenkkartusche 5 vollständig in die Gelenkaufnahme 15 eingesetzt ist.
Nachdem die Gelenkkartusche 5 vollständig in die Gelenkaufnahme 15 des Strukturbauteils 3 eingesetzt ist, wird durch Laserstrahlschweißen die Schweißnaht 18 ausgebildet und danach der Dichtungsbalg 8 auf das Kugelgelenk 2 aufgebracht.
Das Strukturbauteil 3 und die Gelenkkartusche 5 sind vor dem Verschweißen des Strukturbauteils 3 mit der Gelenkkartusche 5 an ihrer Außenseite jeweils mit einer Beschichtung 22 bzw. 23 versehen, wobei die Beschichtung 23 in einem Bereich 24 durch Laserentschichten wieder entfernt wird, bevor die Gelenkkartusche 5 mit dem Strukturbauteil 3 verschweißt wird. Die Beschichtung 23 wird noch vor dem Einsetzen des Kugelzapfens 6 in die Gelenkkartusche 5 auf deren Außenseite aufgebracht, wobei allerdings ein die Gelenkkartuschenöffnung 7 umringender axialer Endbereich 25 der Gelenkkartusche 5 nicht mit der Beschichtung 23 versehen wird. Da der Endbereich 25 nach dem Einsetzen der Lagerschale 12 und der Gelenkkugel 11 umgeformt wird, könnte eine Beschichtung in dem Bereich 25 während des Umformens abplatzen. Ferner wird die Beschichtung 22 auf das Strukturbauteil 3 aufgebracht, bevor die Gelenkaufnahme 15 ausgebildet wird. Nach dem Aufbringen der Beschichtung 22 auf das Strukturbauteil 3 wird die Gelenkaufnahme 15 durch Laserstrahlschneiden in dem Strukturbauteil 3 ausgebildet, wodurch gleichzeitig die Beschichtung 22 in einem die Gelenkaufnahme 15 umringenden Randbereich 26 des Strukturbauteils 3 entfernt wird. Die so vorbereiteten Bauteile 2 und 3 können nun, wie oben beschrieben, ineinander gesteckt werden, wonach die entschichteten Bereiche 24 und 26 durch das Laserstrahlschweißen unter Ausbildung der Schweißnaht 18 fest miteinander verbunden werden. Nach dem Aufsetzen des Dichtungsbalgs 8 sind die Schweißnaht 18, die noch verbleibenden Teile der Bereiche 24 und 26 sowie der Endbereich 25 durch den Dichtungsbalg 8 gegenüber Umwelteinflüssen geschützt.
Aus den 7 bis 13 ist ein Fahrwerkbauteil 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Aus 7 ist eine perspektivische Darstellung des Fahrwerkbauteils 1 ersichtlich, welches als Dreipunktlenker ausgebildet ist und ein Strukturbauteil 3 umfasst. Mit dem Strukturbauteil 3 sind ein Kugelgelenk 2 und zwei Gummilager 27 und 28 fest verbunden, wobei die Lager 27 und 28 vorzugsweise zur Anlenkung des Fahrwerkbauteils 1 an einen Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeugs dienen. Das Kugelgelenk 2 dient vorzugsweise zur Anlenkung des Fahrwerkbauteils 1 an einen Radträger.
Aus 8 ist eine Draufsicht auf das Strukturbauteil 3 ersichtlich, wobei die Lager 27 und 28 bereits fest mit dem Strukturbauteil 3 verbunden sind. Ferner ist eine Gelenkaufnahme 15 dargestellt, die als ein sich in einer axialen Richtung 10 durch das Strukturbauteil 3 hindurch erstreckendes Loch ausgebildet ist, in welches das Kugelgelenk 2 eingesetzt wird. Das Einsetzen des Kugelgelenks 2 in die Gelenkaufnahme 15 und das Befestigen des Kugelgelenks 2 an dem Strukturbauteil 3 erfolgen dabei analog zur ersten Ausführungsform, sodass diesbezüglich auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird. Auch wird analog zur ersten Ausführungsform die Gelenkaufnahme 15 durch Laserstrahlschneiden in dem Strukturbauteil 3 ausgebildet. Allerdings erfolgt das Ausbilden der Gelenkaufnahme 15 erst nach dem Verbinden des Strukturbauteils 3 mit den Lagern 27 und 28. Dabei wird der Ort 29, an dem die Gelenkaufnahme 15 ausgebildet wird, in Abhängigkeit von den Positionen 30 und 31 der bereits mit dem Strukturbauteil 3 fest verbundenen Gummilager 27 und 28 bestimmt. Die Positionen 30 und 31 der Gummilager 27 und 28 werden insbesondere durch deren Kinematikpunkte repräsentiert. Ferner repräsentiert der Ort 29 vorzugsweise die Lage des Kinematikpunkts des Kugelgelenks 2 in dem mit dem Strukturbauteil 3 fest verbundenen Zustand. Insbesondere charakterisiert der Ort 29 den Mittelpunkt der Gelenkaufnahme 15. Nachdem der Ort 29 bestimmt worden ist, wird durch Laserstrahlschneiden die Gelenkaufnahme 15 in das Strukturbauteil 3 eingeschnitten, wobei gleichzeitig die Oberflächenbeschichtung 22 des Strukturbauteils 3 in einem die Gelenkaufnahme umringenden Bereich 26 entfernt wird. Danach wird das vorgefertigte und bereichsweise entschichtete Kugelgelenk 2 gemäß 9 in die Gelenkaufnahme 15 eingesetzt, was aus 10 ersichtlich ist. Einen Schnitt durch das Kugelgelenk 2 gemäß 10 entlang der Schnittlinie 9 zeigt 11. Nach dem Einsetzen des Kugelgelenks 2 in das Loch 15 des Strukturbauteils 3 werden die Gelenkkartusche 5 und das Strukturbauteil 3 in ihren entschichteten Bereichen 24 und 26 unter Ausbildung der Schweißnaht 18 miteinander verschweißt, was aus 12 ersichtlich ist. Anschließend wird ein Dichtungsbalg 8 auf das Kugelgelenk 2 aufgesetzt, wobei ein Schnitt durch das Kugelgelenk 2 gemäß 7 entlang der Schnittlinie 9 aus 13 ersichtlich ist. Zur weiteren Beschreibung des Kugelgelenks 2 und der Verbindung desselben mit dem Strukturbauteil 3 wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrwerkbauteil
2: Kugelgelenk
3: Strukturbauteil
4: Durchgangsloch in Strukturbauteil
5: Gelenkkartusche
6: Kugelzapfen
7: Gelenkkartuschenöffnung
8: Dichtungsbalg
9: Längsmittelachse des Kugelgelenks
10: axiale Richtung
11: Gelenkkugel des Kugelzapfens
12: Lagerschale
13: Innenraum der Gelenkkartusche
14: Wandung der Gelenkkartusche
15: Gelenkaufnahme
16: umlaufender Bund der Gelenkkartusche
17: radiale Schulter
18: Schweißnaht
19: Umfangskontur der Gelenkaufnahme
20: Außenumfangsfläche der Gelenkkartusche
21: konischer Bereich der Außenumfangsfläche der Gelenkkartusche
22: Oberflächenbeschichtung des Strukturbauteils
23: Oberflächenbeschichtung der Gelenkkartusche
24: entschichteter Bereich der Gelenkkartusche
25: axialer Endbereich der Gelenkkartusche
26: entschichteter Bereich des Strukturbauteils
27: Gummilager
28: Gummilager
29: Ort der Lageraufnahe
30: Position des Gummilagers
31: Position des Gummilagers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60304709 T2 [0003, 0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils, dadurch gekennzeichnet, dass ein an seiner Außenseite vorbeschichtetes Strukturbauteil (3) mit einer an ihrer Außenseite vorbeschichteten und zu einem Gelenk (2) vormontierten Gelenkkartusche (5) durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren dauerhaft fest verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Fügeverfahren ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen, insbesondere Laserstrahlschweißen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbeschichtete Strukturbauteil (3) und die vorbeschichtete Gelenkkartusche (5) für das stoffschlüssige Fügeverfahren vorbehandelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbeschichtung (23) der Gelenkkartusche vor der Durchführung des stoffschlüssigen Fügeverfahrens bereichsweise entfernt wird, die Gelenkkartusche (5) mit ihrem entschichteten Bereich (24) durch das stoffschlüssige Fügeverfahren mit dem Strukturbauteil (3) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bereichsweise Entfernen der Vorbeschichtung (23) der Gelenkkartusche (4) durch Laserentschichten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbeschichtung (22) des Strukturbauteils (3) vor der Durchführung des stoffschlüssige Fügeverfahrens bereichsweise entfernt wird, das Strukturbauteil (3) mit seinem entschichteten Bereich (26) durch das stoffschlüssige Fügeverfahren mit der Gelenkkartusche (5) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem vorbeschichten Strukturbauteil (3) eine Gelenkaufnahme (15) ausgebildet wird, die vorbeschichtete Gelenkkartusche (5) in die Gelenkaufnahme (15) vor der Durchführung des stoffschlüssigen Fügeverfahrens in einer axialen Richtung (10) eingesetzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bereichsweise Entfernen der Beschichtung (22) des Strukturbauteils (3) während des Ausbildens der Gelenkaufnahme (15) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Gelenkaufnahme (15) durch Strahlschneiden, insbesondere durch Laserstrahlschmelzschneiden erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkaufnahme (15) mit einer runden Umfangskontur ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkaufnahme (15) ein sich durch das Strukturbauteil (3) axial hindurch erstreckendes Loch umfasst oder durch dieses gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkartusche (5) eine radiale Schulter (17) aufweist, mit welcher die Gelenkkartusche (5) beim Einsetzen in die Gelenkaufnahme (15) axial an das Strukturbauteil (3) angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (20) der Gelenkkartusche (5) zumindest bereichsweise in axialer Richtung (10) sich verjüngend ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Strukturbauteil (3) ein oder mehrere andere Gelenke (27, 28) fest verbunden werden, bevor die Gelenkaufnahme (15) ausgebildet wird, der Ort, an dem die Gelenkaufnahme (15) am Strukturbauteil (3) ausgebildet wird, in Abhängigkeit von der oder den Positionen (30, 31) des oder der fest mit dem Strukturbauteil (3) verbundenen anderen Gelenke (27, 28) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die anderen Gelenke (27, 28) ein oder wenigstens ein Gummilager umfassen oder bilden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das das Gelenk (2) ein Kugelgelenk ist oder bildet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen eine Gelenkkugel (11) aufweisenden Kugelzapfen (6), der mit seiner Gelenkkugel (11) vor dem Verbinden der Gelenkkartusche (5) mit dem Strukturbauteil (3) in die Gelenkkartusche (5) eingebracht wird, sodass der Kugelzapfen (6) mit der Gelenkkugel (11) bewegbar in der Gelenkkartusche (5) gelagert wird und sich aus dieser durch eine Gelenkkartuschenöffnung (7) hindurch hinaus erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (14) der Gelenkkartusche (5) im Bereich der Gelenkkartuschenöffnung (7) in Richtung auf den Kugelzapfen (6) zu umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das stoffschlüssige Fügeverfahren gebildete Verbindungsbereich (18) durch einen Dichtungsbalg (8) des Gelenks (2) abgedeckt wird.