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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Querlenkers für eine Vorderradaufhängung eines Kraftfahrzeugs, wobei der Querlenker über ein Kugelgelenk in Einpressverbindung mit einem Radträger verbindbar ist.
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Radaufhängungen verbinden die Räder mit dem Fahrgestell oder der selbstragenden 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.
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Kugelgelenke übertragen Kräfte in mehrere Richtungen und nehmen Kräfte aus mehreren Richtungen auf. Ein Kugelgelenk besteht 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.
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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.
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Die Einpressverbindung ist dabei die kostengünstigste Variante. Die Verbindung wird dabei durch Kraftschluss bewirkt. Allerdings hat die Einpressverbindung den signifikanten Nachteil, dass sie im Vergleich mit anderen Verbindungsarten einen hohen räumlichen Bedarf hat. Der hohe räumliche Bedarf ist durch die große Materialstärke der Wandung des Einpresssitzes bedingt, vor allem 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 und der Störkrafthebelarm nicht optimal gestaltet werden können.
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Es besteht damit die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung für die Aufnahme eines Kugelgelenks durch Einpressen bereitzustellen, die unter Nutzung des im Vergleich zu anderen Verbindungsarten kostengünstigen Vorteils dabei einen günstigeren räumlichen Bedarf als herkömmliche Einpressverbindungen aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Querlenker mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus 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 zur Aufnahme eines Kugelgelenks aufweisenden Einrichtung, umfassend die Schritte:
- – Bereitstellen jeweils einer Blechplatine als Ausgangsmaterial eines eigentlichen Querlenkers und der Einrichtung,
- – Schneiden von den Grundformen des eigentlichen Querlenkers und der Einrichtung entsprechenden Formen aus dem Blech,
- – Bereitstellen jeweils eines Werkzeug zum Umformen der ausgeschnittenen Bleche,
- – Umformen der Bleche in den jeweiligen Werkzeugen zu dem eigentlichen Querlenker und der Einrichtung zur Aufnahme eines Kugelgelenks,
- – Verbinden der Einrichtung mit dem eigentlichen Querlenker,
wobei für das Herstellen der Einrichtung und des eigentlichen Querlenkers Bleche mit unterschiedlicher Materialstärke verwendet werden.
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Die Einrichtung weist dabei bevorzugt eine geringere Materialstärke auf als das Material des eigentlichen Querlenkers. Vorteilhafterweise kann dadurch ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Querlenkers die Einpressverbindung zwischen Einrichtung und Kugelgelenk näher am Radträger und damit näher an der Bremsscheibe angeordnet werden als bei herkömmlichen Einpressverbindungen.
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Als „eigentlicher Querlenker“ wird in vorliegender Anmeldung der Querlenker mit allen Strukturen, jedoch ohne die zur radseitigen Ankopplungsstruktur gehörende Einrichtung zur Aufnahme eines Kugelgelenks bezeichnet. Der Begriff dient zur Abgrenzung vom gesamten, erfindungsgemäßen, Querlenker.
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Die Angabe „etwa“ in Bezug auf die geringere Materialstärke der Einrichtung bezogen auf die Materialstärke des eigentlichen Querlenkers bedeutet, dass die Materialstärke tendenziell wie angegeben ist, jedoch geringe Abweichungen im Millimeter-Bereich aufweisen kann.
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Der Begriff „Materialstärke“ bezieht sich auf die Dicke des Materials, bevorzugt des Blechs, im Querschnitt.
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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 erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft, weil durch das Verbinden einer Einrichtung zur Aufnahme eines Kugelgelenks mit in Bezug auf den eigentlichen Querlenker verringerter Materialstärke auf verhältnismäßig einfache Weise ein Querlenker mit einem geringeren Außendurchmesser der Einpressverbindung als dem von herkömmlichen Einpressverbindungen erzeugt werden kann. Der verringerte Außendurchmesser bewirkt einen geringeren räumlichen Bedarf der Einrichtung mit einem aufzunehmenden Kugelgelenk.
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Das Ausgangsmaterial des eigentlichen Querlenkers ist vorzugsweise ein Blech, d. h. ein flaches Werkstück aus Metall, und besonders ein Stahlblech. Die Struktur des eigentlichen Querlenkers mit allen notwendigen Formen wird herkömmlicherweise in einem Werkzeug, das für die Durchführung aller notwendigen Bearbeitungsprozesse ausgebildet ist, erzeugt. Die Einrichtung, die der Aufnahme eines Kugelgelenks dient, wird ebenfalls aus einem Blech, bevorzugt aus einem Stahlblech, und besonders bevorzugt aus dem gleichen Material wie der eigentliche Querträger gefertigt. Das Ausgangsmaterial aus Blech wird auch als Blechplatine bezeichnet. Das Schneiden der Grundformen des eigentlichen Querlenkers und der Einrichtung aus den entsprechenden Blechplatinen geschieht bevorzugt durch Stanzen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Einrichtung durch Kragenziehen geformt wird. Dabei wird ausgehend von einem Vorloch ein sogenannter Blechdurchzug durch ein Durchziehen eines Ziehstempels im Material des Querlenkers geformt. Die Einrichtung auch durch andere Methoden, z. B. Tiefziehen, geformt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Einrichtung an den Querlenker angeschweißt wird. Die bevorzugten Stahlbleche des eigentlichen Querlenkers und der Einrichtung sind zum Schweißen geeignet. Schweißen ist vorteilhaft, weil sie der Verbindung eine hohe Stabilität verleiht, und weil die bevorzugten Stahlbleche des eigentlichen Querlenkers und der Einrichtung zum Schweißen geeignet sind. Zum Herstellen der Verbindung sind sämtliche Schweißmethoden vorstellbar, die sich für die Dimension der Verbindung und die Größe der zu verbindenden Teile eignen. Es sind auch andere Methoden zur Herstellung der Verbindung zwischen der Einrichtung und dem eigentlichen Querlenker möglich, z. B. dass die Einrichtung an den eigentlichen Querlenker angenietet wird.
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Weiterhin wird in dem Verfahren vorteilhafterweise in radialer Richtung außenstehendes Material im Bereich der Öffnung der Einrichtung abgetrennt. Durch die Abtrennung von außenstehendem Material kann die Einpressverbindung zwischen Einrichtung und Kugelgelenk ebenfalls näher am Radträger und damit an der Bremsscheibe angeordnet werden als bei herkömmlichen Einpressverbindungen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der eigentliche Querlenker einschalig hergestellt wird. Die Herstellung einschaliger Querlenker ist vorteilhafterweise kostengünstig, und einschalige Querlenker sind einfach, aber stabil strukturiert und zeichnen sich durch ein geringes Gewicht aus.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten Querlenkers mit einem eingepressten Kugelgelenk in einer Einrichtung zur Aufnahme des Kugelgelenks.
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2 eine angeschnittene Ansicht der Einrichtung gemäß 1.
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3 eine seitliche Ansicht eines Abschnitts des Querlenkers gemäß 1.
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4 eine seitliche Ansicht des Querlenkers gemäß 1.
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5 ein Fließdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines 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 2 eines Querlenkers 1 eines Kraftfahrzeugs zum Aufnehmen des Kugelgelenks 4 eingepresst. Die Einrichtung 2 weist gegenüber dem eigentlichen Querlenker 1a eine geringere Materialstärke auf, die etwa die Hälfte der Materialstärke des eigentlichen Querlenkers 1a beträgt. Es können auch nur einzelne Bereiche der Einrichtung 2, besonders der für den Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 vorgesehene Bereich, die geringere Materialstärke aufweisen. Der eigentliche Querlenker 1a ist idealerweise etwa 4 mm dick, so dass die Materialstärke der Einrichtung 2 bevorzugt mit 2 mm erzeugt wird. Weitere bevorzugte Materialstärken der Einrichtung 2 sind 3,5 bis 3 mm, 2,9 mm, 2,8 mm, 2,7 mm, 2,6 mm, 2,5 mm, 2,4 mm, 2,3 mm, 2,2 mm und 2,1 mm. Bei höheren Materialstärken des eigentlichen Querlenkers 1a wird die Materialstärken der Einrichtung 2 im Verhältnis verändert. Die Einrichtung 2 wird über eine Verbindungsstruktur 8 mit dem eigentlichen Querlenker 1a verbunden. Die Verbindungsstruktur 8 weist bevorzugt eine geringere Materialstärke als der eigentliche Querlenker 1a auf. Dabei kann die Verbindungsstruktur 8 die gleiche Materialstärke aufweisen wie die Einrichtung 2. Es ist aber auch möglich, dass die Verbindungsstruktur 8 die gleiche oder eine höhere Materialstärke aufweist wie bzw. als der eigentliche Querlenker 1a.
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In 2 ist die Einrichtung 2 beispielhaft als Einpresssitz 2 mit einem eingepressten Kugelgelenk 4 dargestellt. Die Einrichtung 2 wird als Blechdurchzug durch Kragenziehen hergestellt, kann alternativ auch durch andere Methoden hergestellt werden, z. B. durch Tiefziehen. Dabei ist die Einrichtung 2 eine durch Kragenziehen hergestellte Röhre, die im für den Kontakt mit dem Kugelgelenk 4 vorgesehenen Bereich an der Öffnung 3 der Einrichtung 2 gegenüber dem eigentlichen Querlenker 1a eine geringere Materialstärke aufweist. Der Kreis 9 deutet dabei den Radius an, den die Einrichtung 2 mit dem eingepressten Kugelgelenk 4 hat. Der Pfeil 10 deutet die Entfernung von der Mitte des Kugelgelenks 4, identisch mit der Mitte der Kugel 5b, zum größten Außendurchmesser der Einrichtung 2 hin. Die gestrichelte kreisförmige Linie weist auf einen Bereich hin, in dem außenstehendes Material abgetrennt ist, um den Außendurchmesser der Einrichtung 2 weiter zu reduzieren.
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Die Strukturen des eigentlichen Querlenkers 1a werden vorzugsweise aus einer einzigen Blechplatine hergestellt. Die Strukturen des eigentlichen Querlenkers 1a werden dabei vorzugsweise durch Umformen durch Stanzen hergestellt, können in einem Folgeverbundwerkzeug aber auch durch weitere Umformungsmethoden wie beispielsweise Biegen, Fließpressen, Durchdrücken, Durchziehen, Tiefziehen, Kragenziehen hergestellt werden. Für das Herstellen des erfindungsgemäßen Querlenkers 1 wird der eigentliche Querlenker 1a bereitgestellt, um mit der Einrichtung 2 verbunden zu werden. Die Verbindung zwischen dem eigentlichen Querträger 1a und der Einrichtung 2 ist vorzugsweise eine Schweißverbindung. Alternativ kann die Verbindung auch eine Nietverbindung, Klebeverbindung oder eine Schraubverbindung sein.
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In 3 ist ein Abschnitt des Querlenkers 1 mit eingepresstem Kugelgelenk 4 dargestellt. Dabei ist das Kugelgelenk 4 in die Öffnung 3 der Einrichtung 2 eingepresst. Die Einrichtung 2 ist über die Verbindungsstruktur 8 mit dem eigentlichen Querträger 1a verbunden.
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In 4 ist eine Gesamtansicht des Querlenkers 1 mit eingepresstem Kugelgelenk 1 dargestellt. Dabei ist das Kugelgelenk 4 in die Öffnung 3 der Einrichtung 2 eingepresst. Die Einrichtung 2 ist über die Verbindungsstruktur 8 mit dem eigentlichen Querträger 1a verbunden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Querlenkers 1 wird entsprechend der Darstellung in 5 in Schritt S1 jeweils eine Blechplatine als Ausgangsmaterial eines eigentlichen Querlenkers 1a und einer Einrichtung 2 bereitgestellt, wobei jeweils Blechplatinen mit unterschiedlicher Materialstärke verwendet werden. Dabei hat die Blechplatine für das Herstellen der Einrichtung 2 eine geringere Materialstärke als die für das Herstellen des eigentlichen Querlenkers 1a. Die bevorzugten Materialstärken der Bleche entsprechen den oben unter den Ausführungen zu 1 ausgeführten Materialstärken.
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In Schritt S2 werden Formen aus der jeweiligen Blechplatine geschnitten, bevorzugt gestanzt, die Grundformen des eigentlichen Querlenkers 1a und der Einrichtung 2 darstellen. Neben dem Stanzen sind auch andere Methoden zum Erzeugen der Formen aus der Blechplatine vorstellbar, z.B. Schneiden. Im Schritt S3 werden jeweils ein Werkzeug zum Umformen der ausgeschnittenen Bleche bereitgestellt, d.h. ein Werkzeug zum Umformen des einen Blechs zu dem eigentlichen Querlenker 1a und ein Werkzeug zum Umformen des anderen Blechs zu der Einrichtung 2.
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Im Schritt S4 werden die Bleche jeweils in den entsprechenden Werkzeugen zu dem eigentlichen Querlenker 1a und der Einrichtung 2 umgeformt. Die Werkzeuge sind dabei bevorzugt zum Stanzen ausgebildet, aber für andere Umformmethoden, beispielsweise Biegen, Fließpressen, Durchdrücken, Durchziehen, Tiefziehen und Kragenziehen. Dabei sind die genannten Methoden miteinander und auch mit weiteren Methoden kombinierbar. Die Werkzeuge sind darum auch bevorzugt als Folgeverbundwerkzeuge ausgebildet. In Schritt S4 wird auch außenstehendes Material der Einrichtung 2 abgetrennt, um den Außendurchmesser der Einrichtung 2 weiter zu reduzieren.
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In Schritt S5 werden der eigentliche Querlenker 1a und die Einrichtung 2 miteinander zum Querlenker 1 verbunden. Diese Verbindung wird durch Schweißen der Bleche hergestellt. Alternativ können die Bleche z. B. auch genietet oder geschraubt werden.
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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
- Querlenker
- 1a
- eigentlicher Querlenker
- 2
- Einrichtung
- 3
- Öffnung der Einrichtung
- 4
- Kugelgelenk
- 5a
- Zapfen des Kugelgelenks
- 5b
- Kugel des Kugelgelenks
- 6
- Schale des Kugelgelenks
- 7
- Gehäuse des Kugelgelenks
- 8
- Verbindungsstruktur der Einrichtung
- 9
- Außendimension der Einpressverbindung
- 10
- Indikation der Entfernung vom Zentrum des Kugelgelenks zum Außendurchmesser der Einrichtung
