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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Querlenkers für eine Vorderradaufhängung eines Kraftfahrzeugs, wobei der Querlenker für eine Verbindung mit einem Radträger über ein Kugelgelenk in Einpressverbindung vorgesehen ist.
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Radaufhängungen verbinden die Räder mit dem Fahrgestell oder der selbsttragenden Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Einzelradaufhängungen bestehen im Gegensatz zu Starrachsen aus separaten Radaufhängungen zu den beiden Seiten eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, so dass sich die Radstellungen auf den beiden Seiten nicht gegenseitig beeinflussen. Typischerweise sind Radaufhängungen aus sogenannten Lenkern aufgebaut, welche die Räder am Fahrgestell oder Karosserie horizontal fixieren. Dabei sind Querlenker wesentliche Bestandteile von Radaufhängungen, besonders von Vorderradaufhängungen. Ein Querlenker ist quer zur Fahrtrichtung eingebaut. Eine typische Form ist ein einschaliger Dreiecksquerlenker, bei dem zwei Anbindungsarme über Gummilager mit der Karosserie und ein Anbindungsarm über ein Gelenk, typischerweise ein Kugelgelenk, mit einem Radträger eines Rades verbunden sind (
DE 60 2004 006 080 T2 ).
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Kugelgelenke übertragen und nehmen Kräfte aus mehreren Richtungen auf. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Gelenkzapfen, an dessen einem Ende eine Kugel ausgebildet ist, einer die Kugel des Zapfens aufnehmenden Schale und sowie einem die Schale und Teile des Kugelzapfens aufnehmenden Gelenkgehäuse. Die Kugel des Kugelzapfens gleitet in der vorgespannten, dauergeschmierten Schale, welche durch das Gehäuse gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt ist (
DE 10 2005 034 210 A1 ,
DE 10 2006 002 395 A1 ).
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Die Verbindung des Kugelgelenkgehäuses mit einem entsprechenden Anbindungsarm kann z. B. durch eine Einpressverbindung, eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung, eine Nietverbindung u. ä. umgesetzt werden. Die Einpressverbindung ist dabei die kostengünstigste Variante. Allerdings hat die Einpressverbindung zwischen Kugelgelenk und Querlenker den signifikanten Nachteil, dass sie im Vergleich mit anderen Verbindungs-arten einen hohen räumlichen Bedarf hat. Der hohe räumliche Bedarf ist durch die große Materialdicke der Wandung des Einpresssitzes bedingt, und durch den dadurch bedingten großen Biegeradius des Materials. Typischerweise ist der Einpresssitz ein tiefgezogener Zylinder im Material des Lenkers. Durch den hohen räumlichen Bedarf muss das eingepresste Kugelgelenk zwangsläufig weiter innerhalb der Fahrzeugdimensionen angeordnet werden als bei anderen Methoden. Dies wiederum hat einen negativen Effekt auf das Lenkverhalten des Fahrzeugs, da der Lenkrollhalbmesser nicht optimal gestaltet werden kann. Ideal ist dabei eine möglichst nahe Anordnung der Einpressverbindung an Radträger und Bremsscheibe.
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Es besteht damit die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Querlenker mit einer Einrichtung für die Aufnahme eines Kugelgelenks durch Einpressen hergestellt werden kann, die unter Nutzung des im Vergleich zu anderen Verbindungsarten kostengünstigen Vorteils dabei einen günstigeren räumlichen Bedarf als herkömmliche Einpressverbindungen aufweist und möglichst nah am Radträger angeordnet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus dem Nebenanspruch, den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Querlenkers eines Kraftfahrzeugs mit einer eine Öffnung aufweisenden Einrichtung zur Aufnahme eines Kugelgelenks,
umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Blechs als Ausgangsmaterial,
- - Bereitstellen eines Werkzeugs zum Schneiden und Umformen des Blechs,
- - Schneiden eines der Grundform des Querlenkers entsprechenden Form aus dem Blech,
- - Umformen des ausgeschnittenen Blechs zu einem Querlenker mit allen Lenkerelementen, umfassend eine Einrichtung zur Aufnahme eines Kugelgelenks,
wobei in dem für einen kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk vorgesehenen Bereich der Einrichtung durch zusätzliches Umformen eine lokale Verstärkungsstruktur hergestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft, weil die lokale Verstärkungsstruktur durch Umformprozesse nur des Materials der Einrichtung, aus dem der Querlenker besteht, hergestellt wird. Es wird kein zusätzliches Material für die Verstärkungsstruktur benötigt. Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft, weil durch die Erzeugung der lokalen Verstärkungsstruktur dem Material in diesem Bereich eine erhöhte Strukturfestigkeit gegenüber nicht derart umgeformtem Material verliehen wird. Durch die Verstärkungsstruktur kann die Einrichtung verglichen mit herkömmlichen Einrichtungen bei geringerer Breite, d. h. geringerem Außendurchmesser der Einrichtung in dem für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk vorgesehenen Bereich, das Kugelgelenk durch Einpressen aufnehmen, ohne durch den dabei ausgeübten Druck die strukturelle Integrität zu verlieren, oder mit anderen Worten so plastisch verformt zu werden, dass unter Umständen die Funktionsfähigkeit der durch Einrichtung und Kugelgelenk bewirkten Verbindung zwischen Querlenker und Radträger verloren geht. Der Begriff des Außendurchmessers der Einrichtung bezieht sich auf die Breite der Einrichtung insgesamt, d. h. die äußeren Maße der Wandung der Einrichtung, besonders mit eingepresstem Kugelgelenk.
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Das Ausgangsmaterial des Querlenkers und damit auch der Einrichtung ist vorzugsweise ein Blech, d. h. ein flaches Werkstück aus Metall. Das Ausgangsmaterial wird dabei als ein sogenanntes Blechcoil bereitgestellt, auf der das Blech aufgewickelt ist. Von dem Blechcoil wird Blech abgewickelt und in dem bereitgestellten Werkzeugaus dem Blech eine der Grundform des Querlenkers entsprechende Form, ein sogenannter Rohling, geschnitten. Bevorzugt wird der Rohling aus dem Blech ausgestanzt. Die Lenkerelemente des Querlenkers sind dabei alle Element, die ein Lenker, besonders ein Querlenker, typischerweise aufweist, z. B. Spurstangen, Tragarme, Befestigungsvorrichtungen u.a. Der Querlenker und die Einrichtung werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt als einstückiges Blechelement hergestellt.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform werden Querlenker und Einrichtung separat hergestellt. Die Einrichtung und der Querlenker werden dann nach der Herstellung miteinander verbunden, z. B. durch Nieten oder Schrauben. Dabei wird für Querlenker und Einrichtung vorzugsweise das gleiche Material verwendet.
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Das bereitgestellte Werkzeug ist für die Durchführung aller notwendigen Umformprozesse, und damit zur Herstellung aller Strukturen des Querlenkers ausgebildet. Die Struktur des Querlenkers mit allen notwendigen Formen, darunter der Einrichtung zur Aufnahme des Kugelgelenks, kann damit in dem Werkzeug hergestellt werden. Das Werkzeug ist vorteilhafterweise ausgebildet, die Strukturen des Querlenkers und der Einrichtung und besonders der Verstärkungsstrukturen der Einrichtung in dem für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk vorgesehenen Bereich durch Umformen durch Stanzen herzustellen, da Stanzen eine bevorzugte Umformmethode ist. Das Werkzeug ist vorteilhafterweise ein Blechwerkzeug oder auch Transferwerkzeug für die Ausführung weiterer Umformmethoden. Für die Umformprozesse werden Methoden der Kaltumformung bevorzugt, es kann aber auch zusätzlich Wärme zugeführt werden. Werden Querlenker und Einrichtung als zwei Teile hergestellt, die nach der Herstellung miteinander verbunden werden, ist dafür ebenfalls jeweils ein entsprechendes Werkzeug vorgesehen.
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Das Material der Einrichtung wird in dem für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk vorgesehenen Bereich durch Umformen vorzugsweise so verstärkt, dass seine Ausdehnung in Bezug auf die ursprüngliche Dicke des Materials des Querlenkers eine Überdicke aufweist. Mit anderen Worten wird im Bereich der Verstärkungsstruktur eine wulstartige Verdickung des Blechs erzeugt, in der das Material die ursprüngliche Blechdicke überschreitet. Die Verstärkungsstruktur wird dabei in Anpassung an die der Form des Kugelgelenks entsprechenden Struktur der Einrichtung bevorzugt ringförmig ausgeprägt.
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Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein einschaliger Querlenker hergestellt. Die Herstellung einschalige Querlenker ist vorteilhafterweise kostengünstig, und einschalige Querlenker sind einfach aber stabil strukturiert und zeichnen sich durch ein geringes Gewicht aus.
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Bevorzugt ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren der für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk vorgesehene Bereich die Öffnung der Einrichtung. Mit anderen Worten wird die Verstärkungsstruktur bevorzugt im Bereich der Öffnung der Einrichtung erzeugt.
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Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die lokale Verstärkungsstruktur durch ein Stanzen hergestellt wird. Stanzen eignet sich vorteilhaft zum Erzeugen der Verstärkungsstruktur, weil durch die dabei entstehende Wirkung auf das Blech Material von einem Bereich in einen anderen verschoben werden kann, in vorliegender Anmeldung vor allem aus den benachbarten Bereichen der Verstärkungsstruktur in den Bereich der Verstärkungsstruktur.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren die lokale Verstärkungsstruktur durch ein Stauchen des Blechs hergestellt wird. Das Stauchen des Blechs ist beispielsweise durch Stanzen bewirkbar, aber auch durch andere Umformmethoden bzw. durch spezifische Vorrichtungen, die ggf. in dem o. g. Werkzeug vorhanden sind.
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Vorzugsweise wird bei dem Verfahren die Blechdicke durch das zusätzliche Umformen zur Erzeugung der lokalen Verstärkungsstruktur im Bereich der lokalen Verstärkungsstruktur im Vergleich zu den benachbarten Bereichen erhöht. Dies wird dadurch bewirkt, dass das Material so bearbeitet wird, dass eine erhöhte Struktur entsteht. Die Erhöhung der Blechdicke ist auch als eine wulstartige Ausprägung der Oberflächenstruktur in diesem Bereich vorstellbar, die entsteht, da durch das Umformen Material in diesen Bereich verschoben wird.
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Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch das zusätzliche Umformen das Blech in den Bereichen neben der Verdickung ausgedünnt. Dies wird durch dadurch bewirkt, dass Material aus diesen Bereichen zur Herstellung der Verstärkungsstruktur durch das Umformen in den Bereich der Verstärkungsstruktur transferiert wird. Das Material wird in den ausgedünnten Bereichen vorzugsweise entfernt, z. B. durch Stanzen.
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Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren darum durch einen zusätzlichen Schritt charakterisiert:
- - Entfernen der in radialer Richtung innen von der lokalen Verstärkungsstruktur liegenden Bereiche der Einrichtung.
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Dadurch kann vorteilhaft die Öffnung der Einrichtung erzeugt werden, z. B. durch Stanzen.
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Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise zusätzlich durch einen weiteren Schritt charakterisiert:
- - Entfernen der in radialer Richtung außen von der lokalen Verstärkungsstruktur liegenden Bereiche der Einrichtung.
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Dadurch können vorteilhaft unerwünschte Randbereiche der Einrichtung entfernt werden, die den Außenradius der Einrichtung nachteilig vergrößern und nicht für die Funktion des Querlenkers benötigt werden.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren herstellbaren Querlenkers.
- 2 eine Querschnittsansicht einer Verstärkungsstruktur der Einrichtung des Querlenkers gemäß 1.
- 3 eine angeschnittene Ansicht des Querlenkers gemäß 1.
- 4 ein Fließdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der Darstellung von 1 ist ein Kugelgelenk 4 mit Gelenkzapfen 5a, Kugel 5b, Kugelschale 6 und Gehäuse 7 in eine beispielhafte Ausführungsform der Einrichtung 1 eines Querlenkers (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs zum Aufnehmen des Kugelgelenks 4 eingepresst. Die Einrichtung 1 weist dabei eine Verstärkungsstruktur 3 in dem für einen kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk vorgesehenen Bereich auf. Diese wurde Ausführungsbeispiel von 1 im Bereich der Öffnung 2 der Einrichtung 1 hergestellt. Die Verstärkungsstruktur 3 kann auch in einem anderen Bereich als der Öffnung der Einrichtung 1 erzeugt werden, wenn der kraftschlüssige Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 in diesem entsprechenden Bereich vorgesehen ist. Dabei werden sämtliche Strukturen des Querlenkers einschließlich der Einrichtung 1 aus einem einzigen Stück Blech hergestellt. Alternativ können Querlenker und Einrichtung 1 auch separat hergestellt werden und dann miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Nieten oder Schrauben. Die Strukturen des Querlenkers und der Einrichtung 1 und besonders der Verstärkungsstrukturen der Einrichtung in dem für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 vorgesehenen Bereich werden vorzugsweise durch ein Umformen durch Stanzen erzeugt, können in einem Werkzeug aber auch durch weitere Umformungsmethoden wie beispielsweise Biegen, Fließpressen, Durchdrücken, Durchziehen, Tiefziehen oder Kragenziehen hergestellt werden. Die genannten Methoden können dabei auch kombiniert werden.
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Die Verstärkungsstruktur 3 wird entsprechend der Darstellung von 2 durch Stauchung des Materials hergestellt, z. B. durch Stanzen. Alternativ wird die Verstärkungsstruktur 3 z. B. durch Fließpressen hergestellt. Dabei wird in den Bereichen, die für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 vorgesehen sind, eine Überdicke des Materials erzeugt. Die angrenzenden Bereiche 8 des Materials werden bei dem Umformungsprozess ausgedünnt. Die Überdicke des Materials bedeutet, dass die Verstärkungsstruktur 3 höher und tiefer, anders gesagt in größerem Maße nach oben und unten, dimensioniert ist als die ursprüngliche Blechdicke 9.
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Die ausgedünnten Bereiche 8a, 8b können z. B. durch Stanzen ausgetrennt bzw. abgetrennt werden, so dass auf diese Weise beispielsweise die Öffnung der Einrichtung 2 herstellbar ist und die äußeren, nicht benötigten Bereiche abtrennbar sind.
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In 3 ist die Einrichtung 1 beispielhaft als Einpresssitz 1 mit einem eingepressten Kugelgelenk dargestellt. Dabei ist die Einrichtung 1 eine durch Tiefziehen hergestellte Röhre, bei der im für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 vorgesehenen Bereich an der Öffnung 2 der Einrichtung 1 eine Verstärkungsstruktur 3 erzeugt wurde. Der Kreis 10 deutet dabei den Radius an, den die Einrichtung 1 mit dem eingepressten Kugelgelenk 4 hat. Der Pfeil 11 deutet die Entfernung von der Mitte des Kugelgelenks 4, identisch mit der Mitte der Kugel 5, zum größten Außendurchmesser der Einrichtung 1 hin.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird gemäß der Darstellung in 4 in Schritt S1 eine Blechplatine als Ausgangsmaterial bereitgestellt. In Schritt S2 wird eine der Grundform des herzustellenden Querlenkers entsprechende Form aus dem Blech ausgeschnitten. Dabei werden die Dimensionen des auszuschneidenden Rohlings so bemessen, dass alle umzuformenden und nicht umzuformenden Bereiche des Querlenkers in dieser Form erfasst sind. Der Rohling wird aus der Blechplatine bevorzugt durch Stanzen ausgeschnitten.
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In einem weiteren Schritt S3 wird ein Werkzeug zum Umformen des ausgeschnittenen Blechs bereitgestellt. Das Werkzeug ist bevorzugt zum Stanzen ausgebildet, aber auch für andere Umformmethoden, beispielsweise Biegen, Fließpressen, Durchdrücken, Durchziehen, Tiefziehen und Kragenziehen. Dabei sind die genannten Methoden und auch weitere Methoden miteinander kombinierbar.
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In Schritt S4 wird der Rohling bzw. das Blech in dem Werkzeug zu einem Querlenker mit allen Lenkerelementen mit einer Einrichtung 1 zur Aufnahme eines Kugelgelenks 4 umgeformt. In Schritt S4a wird in dem für den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 vorgesehenen Bereich der Einrichtung 1 durch zusätzliches Umformen eine lokale Verstärkungsstruktur 3 hergestellt. Dabei kann Schritt S4a zeitgleich mit Schritt S4 durchgeführt werden. Es ist jedoch sinnvoll, wenn die Grundform der Einrichtung 1 zur Aufnahme des Kugelgelenks 4 bereits erzeugt ist, bevor die Verstärkungsstruktur 3 erzeugt wird. In Schritt S5 wird das bei der Herstellung der Verstärkungsstruktur 3 ausgedünnte Material der Einrichtung 1 ausgestanzt und damit die Öffnung der Einrichtung 2 erzeugt. In Schritt S6 werden die bei der Herstellung der Verstärkungsstruktur 3 ausgedünnten Bereiche außerhalb der Verstärkungsstruktur 8b ausgestanzt.
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Die Maße, Konturen und die Dicke der Verstärkungsstruktur 3 variieren mit der konkreten Form des Lenkers und dessen Einbaulage im Kraftfahrzeug. Deshalb können erfindungsgemäße Querlenker hinsichtlich der genannten Parameter von den in den Figuren gezeigten Darstellungen abweichen.
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Für einen Fachmann naheliegende Abwandlungen und Änderungen der Erfindung fallen unter den Schutzumfang der Patentansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einrichtung
- 2
- Öffnung der Einrichtung
- 3
- Verstärkungsstruktur
- 4
- Kugelgelenk
- 5a
- Zapfen des Kugelgelenks
- 5b
- Kugel des Kugelgelenks
- 6
- Schale des Kugelgelenks
- 7
- Gehäuse des Kugelgelenks
- 8a
- ausgedünnte Bereiche innerhalb der Verstärkungsstruktur
- 8b
- ausgedünnte Bereiche außerhalb der Verstärkungsstruktur
- 9
- ursprüngliche Blechdicke
- 10
- Außendimension der Einpressverbindung
- 11
- Indikation der Entfernung vom Zentrum des Kugelgelenks zum Außendurchmesser der Einrichtung
