DE102015203128A1 - Fahrwerkkomponente, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung - Google Patents

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DE102015203128A1
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Peter Klauke
Melanie Dinter
Oliver Kleinschmidt
Tobias Lewe
Kai Uwe Jentsch
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrwerkkomponente enthaltend mindestens ein erstes Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung zwei entsprechende Verfahren zu seiner Herstellung sowie eine entsprechende Verwendung.

Description

  • Fahrwerkkomponente enthaltend mindestens ein erstes Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung zwei entsprechende Verfahren zu seiner Herstellung sowie eine entsprechende Verwendung.
  • Die Dämpfung von Körperschall im Fahrzeugbau ist eine der wichtigsten Maßnahmen in der Auslegung einer ausgewogenen und harmonischen Fahrzeugakustik. Das Geräusch- und Vibrationsniveau wird im Automobilbau überwiegend von drei Quellen dominiert: 1. die Antriebseinheit inklusive Nebenaggregate, Bremsen, Getriebe- bzw. Kraftübertragungskomponenten sowie Ansaug- und Abgastrakt; 2. die Luftströmung; 3. die Fahrbahn-Fahrzeug-Interaktion.
  • Der Anteil der jeweiligen Quelle am Gesamtlärm- bzw. Vibrationspegel ist dabei abhängig von Faktoren wie beispielsweise Fahrgeschwindigkeit, Motorlast, Fahrbahnqualität und Fahrzeugklasse. Insbesondere die Anregung durch Fahrbahnunregelmäßigkeiten wie beispielsweise Querrillen, Bitumenstreifen, Kanaldeckel oder raue Fahrbahnoberflächen werden von den Fahrzeuginsassen in der Regel als sehr lästig empfunden. Insbesondere die Impulshaltigkeit dieser Ereignisse führt zu Geräuschen, die besonders bewusst wahrgenommen werden und damit weitgehend unabhängig von der Fahrzeugklasse zu einer hohen Störwirkung führen.
  • Neue Herausforderungen für die sogenannte passive Akustikauslegung entstehen durch die kontinuierlichen Bemühungen der OEMs (Original Equipment Manufacturer), das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und den Kraftstoffverbrauch immer weiter zu senken. Diese Maßnahmen stehen jedoch in einem Zielkonflikt mit den wachsenden Ansprüchen an Fahrdynamik, Fahrkomfort und Akustikkomfort. Wollen die OEMs die vom Gesetzgeber für 2020 festgelegte Emissionsgrenze von 95 g/km CO2 erreichen, müssen auch bisher unangetastete Fahrzeugkomponenten in den akustischen Fokus rücken.
  • Bei der Untersuchung der NVH(Noise Vibration Harshness)-Fahrzeugeigenschaften wird deutlich, dass neben der Gestaltung der Subsysteme Karosserie und Fahrwerk vor allem die Verbindungselemente wie Schwingungsdämpfer, Fahrwerksfedern sowie elastomerbasierte Lager von zentraler Bedeutung für die Körperschallübertragung sind. Wie jedoch Messungen gezeigt haben, führen sogenannte Stick-Slip Effekte zwischen bewegten Komponenten wie z. B. bei Dämpfern oder Gummihülsen zu einem deutlich verschlechterten Übertragungsverhalten besonders bei kleinen Amplituden, die typischerweise bei höheren Frequenzen vorherrschen. Hier kommen aufgrund der hohen Haftreibung – und der hiermit verbundenen Losbrechkräfte bzw. -momente – die schwingungsreduzierenden Eigenschaften der Komponenten nicht zum Tragen. Auch eine dynamische Verhärtung von Gummi bei hohen Frequenzen und kleinen Amplituden sowie eine Alterung und Verhärtung des Gummis über die Zeit führen zu schlechten Körperschalleigenschaften.
  • In preiswerten Fahrzeugen mit geringeren Komfortansprüchen werden üblicherweise Gummilager verwendet, wobei aufgrund des erforderlichen Kompromisses zwischen Fahrdynamik und Fahrkomfort tendenziell eher steife Lager mit einer großen Werkstoffdämpfung zum Einsatz kommen. Eine hohe Werkstoffdämpfung in Gummilagern führt jedoch zu deutlich verschlechterten vibroakustischen Übertragungseigenschaften, ist jedoch zur Begrenzung von Resonanzüberhöhungen im fahrdynamisch relevanten Frequenzbereich unbedingt erforderlich. Im höherpreisigen Fahrzeugsegment werden daher nur technisch sehr aufwendige Gummilager, meist mit richtungsselektiven Steifigkeiten, einem mehrschichtigen Aufbau sowie noch zusätzliche Komfortlager mit doppelter Isolation verbaut.
  • In der europäischen Patentschrift 2 390 120 ist beispielhaft eine Ausführungsform zur Vermeidung einer Übertragung von Körperschall zwischen Fahrwerk und Karosserie in einem Fahrzeug offenbart. Wie in diesem Dokument beschrieben, wird ein Sandwichmaterial als Körperschall schluckendes Element zwischen einem Federbeindeckel und einem Radhausdom angeordnet, wobei als eine nicht erfindungsgemäße Variante der Lehre der gesamte Federbeindeckel aus einem Sandwichmaterial bestehen kann. Die verwendete Kernschicht aus Polyurethan vermag zwar in Bezug auf eine Reduzierung von Körperschall effektiv zu sein, jedoch ist diese Kernschicht aufgrund ihrer geringen Temperaturbeständigkeit für andere Komponenten eines Fahrwerks, insbesondere Lenker wie zum Beispiel Querlenker, Längslenker, Zuglenker, Doppelquerlenker, Verbundlenkerachsen, Hilfsrahmen, Radschüssel etc., welche konventionell einem KTL-Prozess (kathodische Tauchlackierung) unterzogen werden und in den meisten Fällen thermisch gefügt sind, nicht geeignet. Auch im Bereich der Bremsen und abgasführenden Leitungen können kurzfristig Temperaturen von mehr als beispielsweise 200°C auftreten, wodurch die Gefahr bestehen kann, dass sich die Kernschicht aus Polyurethan zersetzen und dadurch ein Versagen der Fahrwerkkomponente nicht ausgeschlossen werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fahrwerkkomponente bereit zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile überwindet und zur Erhöhung des Fahrkomforts bzw. Akustikkomforts im Fahrzeug beitragen kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe für die Fahrwerkkomponente dadurch, dass die Dämpfungsschicht des Bauteils eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass verschiedene Fahrwerkkomponenten unabhängig von den heute bereits üblichen Maßnahmen zur Körperschallisolation im Bereich der Lager noch einmal in sich selbst mit einer ausreichenden großen passiven Körperschalldämpfung auszustatten, um den wachsenden Ansprüchen an Fahrkomfort und Akustikkomfort ohne Einbringung zusätzlicher Massen gerecht werden zu können. Durch die Verwendung einer Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material kann nicht nur gewährleistet werden, dass kurzfristige Temperaturen oberhalb von 200°C das Bauteil nicht negativ beeinflussen, sondern auch ein thermisches Fügen je nach Fahrwerkskomponente ohne negativen Einfluss auf die Beschaffenheit des körperschalldämpfenden Verbundmaterials gewährleistet ist. Als silikonhaltiges Material kommen beispielsweise silikonhaltige Harze oder Silikonkautschuk, welches insbesondere vernetzbar ist. Als thermisches Fügen kommen neben dem konventionellen Metallschutzgasschweißen (MIG/MAG/WIG), Autogenschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Reib- oder Reibrührschweißen, CMT-Schweißen auch das Laser- oder Laserhybridschweißen aufgrund seiner relativ kleinen Wärmeeinflusszone in Frage.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente sind die erste Metalllage und die mindestens zweite Metalllage des mindestens ersten Bauteils mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden, vorzugsweise lokal thermisch miteinander gefügt. Durch die lokale thermische Fügeverbindung kann sichergestellt werden, dass keine Delamination zwischen den beiden Metalllagen im eingebauten Zustand eintritt, der Schub zwischen den Metalllagen unterbunden und die Biegesteifigkeit des Bauteils erhöht werden kann. Die Fügebereiche können je nach Fahrwerkskomponente mittels Simulation individuell ermittelt werden, wobei sie insbesondere in den Bereichen vorgesehen werden können, in denen im Wesentlichen keine dynamischen Belastungen auftreten. Vice versa können in der Fahrwerkkomponente gezielt mittels der Fügeverbindung bestimmte Charakteristiken eingestellt werden, mit anderen Worten kann auch positiven Einfluss auf die Eigenschaften der Fahrwerkkomponente genommen werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente besteht die erste und/oder die mindestens zweite Metalllage des mindestens ersten Bauteils aus einem Aluminium-, einem Magnesium- und/oder vorzugsweise einem Stahlmaterial. Besonders bevorzugt bestehen die erste und die mindestens zweite Metalllage aus einem Stahlmaterial, vorzugsweise aus einem mikrolegierten Feinkornstahl oder hochfesten Stahl, wie beispielsweise einem Komplexphasenstahl mit Zugfestigkeiten von bis zu 800 MPa oder höher, wobei die Materialdicke der ersten Metalllage des mindestens ersten Bauteils mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1,0 mm besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm beträgt. Die Materialdicken der ersten und der mindestens zweiten Metalllage können je nach Fahrwerkkomponente gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein. Eine Gewichtsreduzierung einer Fahrwerkkomponente ist möglich, wenn als erste Metalllage beispielsweise ein Stahlmaterial, vorzugsweise ein hochfester Stahl und als zweite Metalllage ein Aluminium- oder Magnesiummaterial, welches eine geringere Dichte im Vergleich zum Stahlmaterial bei gleicher Materialdicke hat, verwendet wird.
  • Zur weiteren Verbesserung der insbesondere Schweißeignung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente die Klebstoffschicht des mindestens ersten Bauteils Additive, insbesondere Schweißzusätze enthalten. Die Dicke der Klebstoffschicht des mindestens ersten Bauteils, welche Additive enthalten kann, beträgt höchstens 0,4 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm, vorzugsweise höchstens 0,1 mm. Um die Dämpfungseigenschaften des körperschalldämpfenden Verbundmaterials sicherzustellen, ist eine Dicke der Klebstoffschicht von insbesondere mindestens 0,005 mm, von vorzugsweise mindestens 0,01 mm, von besonders bevorzugt mindestens 0,02 mm vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente ist mindestens ein zweites Bauteil mit dem ersten Bauteil verbunden, insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden, wobei die Bauteile vorzugsweise thermisch miteinander gefügt sind. Beispielsweise kann das mindestens zweite Bauteil aus dem gleichen körperschalldämpfenden Verbundmaterial wie das erste Bauteil bestehen oder ist aus einem Vollmaterial, insbesondere einem Aluminium-, einem Magnesium- oder vorzugsweise einem Stahlmaterial gebildet. Je nach Ausgestaltung der Fahrwerkkomponente können ein erstes wie auch ein zweites Bauteil beispielsweise auch noch weitere Bauteile in Form eines offenen oder geschlossenen Profils, in Form einer Halbschale bzw. eines Tiefziehteils bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein erstes Verfahren zum Herstellen einer Fahrwerkkomponente enthaltend mindestens ein erstes Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist, durch folgende Verfahrensschritte:
    • a) Bereitstellen eines ersten und mindestens eines zweiten Metallhalbzeugs,
    • b) Formen des ersten und des zweiten Metallhabzeugs mittels geeigneten Mitteln zu einem ersten und zu einem zweiten Metallwerkstück, wobei die Geometrien der geformten Metallwerkstücke derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie sich am Fertigteil im Wesentlichen überdecken können,
    • c) stoffschlüssiges Verbinden des ersten und des zweiten Metallwerkstücks, welche die erste und die zweite Metalllage bilden, über eine dazwischen angeordnete Dämpfungsschicht, welche eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist, um ein erstes Bauteil zu erhalten.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Klebstoffschicht auf das erste und/oder zweite Metallhalbzeug vor Schritt a) appliziert. Dabei kann das silikonhaltige Material beispielsweise in flüssiger, geschäumter oder fester Form mittels geeigneten Mitteln appliziert werden. Bei der flüssigen als auch geschäumten Form kann das silikonhaltige Material beispielsweise mittels Aufsprühen, Aufrakeln oder besonders bevorzugt, insbesondere wenn die Metalllage bzw. das Metallhalbzeug bandförmig vorliegt, mittels Bandbeschichtung (Coil Coating) aufgetragen werden. Je nach Beschaffenheit des silikonhaltigen Materials kann sich nach der Applikation in flüssiger Form beispielsweise auch eine feinzellulare Schaumstruktur ausbilden. In fester Form kann das silikonhaltige Material in Form einer Folie, insbesondere in Verbindung mit einer Abdeckfolie auf das Metallhalbzeug aufkaschiert werden. Nach der Applikation des silikonhaltigen Materials auf dem ersten und/oder zweiten Metallhalbzeug kann im Zuge einer Wärmebehandlung eine Vernetzung erfolgen. Die Applikation des silikonhaltigen Materials auf das erste und/oder zweite Metallhalbzeug kann auch vorteilhaft in Verbindung mit einer Abdeckfolie die Funktion einer Umformhilfe bei der Formgebung übernehmen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Klebstoffschicht auf das erste und/oder zweite Metallwerkstück nach Schritt b) appliziert. Dabei kann das silikonhaltige Material beispielsweise in flüssiger, geschäumter oder fester Form mittels geeigneten Mitteln appliziert werden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf den vorherigen Abschnitt verwiesen, mit Ausnahme, dass kein Coil Coating durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Klebstoffschicht während oder nach Schritt c) optional unter Fixierung der Metallwerkstücke mit geeigneten Mitteln thermisch ausgehärtet. Während oder nach Erhalten/Erzeugung des mindestens ersten Bauteils aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterials kann dieses in einem weiteren Schritt wärmebehandelt werden, um beispielsweise die mechanischen Eigenschaften positiv zu beeinflussen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens werden während oder nach Schritt c) die Metallwerkstücke mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden, vorzugsweise lokal thermisch miteinander gefügt. Dadurch kann die Biegesteifigkeit im Bauteil erhöht und eine geforderte Betriebsfestigkeit im eingebauten Zustand sichergestellt werden, insbesondere eine relative Verschiebung der Metallwerkstücke zueinander im Wesentlichen verhindert werden (Schubunterbindung). Die thermisch miteinander gefügten Metallwerkstücke werden vorzugsweise mittels Schweißen, insbesondere Schmelzschweißen, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Schweißdrahts miteinander verbunden. Bei der Verwendung eines Schweißdrahts, insbesondere eines Metallpulver-Fülldrahtes kann die Qualität der Schweißverbindung weiter erhöht werden. Je nach Metalllage, insbesondere in Abhängigkeit von dem Werkstoff des Metalls kann der Verarbeiter entsprechende Schweißdrähte, insbesondere Metallpulver-Fülldrähte die am Markt verfügbar sind, verwenden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein zweites Verfahren zum Herstellen einer Fahrwerkkomponente enthaltend mindestens ein erstes Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist, durch folgende Verfahrensschritte:
    • d) Bereitstellen mindestens eines ersten Halbzeugs aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial, welches mindestens zwei Metalllagen und mindestens eine dazwischen partiell oder vollflächig angeordnete Dämpfungsschicht, welche eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist, enthält,
    • e) Formen des mindestens einen Halbzeugs mittels geeigneten Mitteln zu einem ersten Bauteil.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor, während oder nach Schritt d) die Metalllagen mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden, vorzugsweise lokal thermisch miteinander gefügt. Dadurch kann die Biegesteifigkeit im Bauteil erhöht und eine geforderte Betriebsfestigkeit im eingebauten Zustand sichergestellt werden, insbesondere eine relative Verschiebung der Metallwerkstücke zueinander im Wesentlichen verhindert werden (Schubunterbindung). Die vorzugsweise thermisch miteinander gefügten Metalllagen werden vorzugsweise mittels Schweigen, insbesondere Schmelzschweißen, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Schweißdrahts miteinander verbunden. Bei der Verwendung eines Schweigdrahts, insbesondere eines Metallpulver-Fülldrahtes kann die Qualität der Schweißverbindung weiter erhöht werden.
  • Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente in Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Busse, Omnibusse, ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, aber auch in gleisgebundenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auch an dieser Stelle auf das Vorhergesagte verwiesen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente in einer Explosionsansicht,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrwerkteilkomponente mit mindestens einem ersten Bauteil in einer schematischen Querschnittansicht,
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrwerkteilkomponente mit mindestens einem ersten Bauteil in einer schematischen Querschnittansicht,
  • 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Fahrwerkkomponente in schematischer Abfolge und
  • 5 eine erstes Ausführungsbeispiel eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Fahrwerkkomponente in schematischer Abfolge.
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponente (1) in Form eines Querlenkers in einer Explosionsansicht enthaltend mindestens ein erstes Bauteil (2) in Form einer beispielsweise tiefgezogenen Halbschale, welche L-förmig ausgebildet ist, und mindestens ein zweites Bauteil (3) in Form einer Hülse, welche noch nicht mit der tiefgezogenen Halbschale (2) verbunden ist, vorzugsweise noch thermisch zu fügen ist. Auf die Durchzüge respektive weiteren Öffnungen/Löcher, die in 1 zu sehen sind, wird hier nicht weiter eingegangen. Nicht zu erkennen ist, dass die tiefgezogene Halbschale (2) aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vorzugsweise vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist, gebildet ist. Die nicht dargestellte Dämpfungsschicht der tiefgezogenen Halbschale (2) ist eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material, welche Additive enthalten kann. Das silikonhaltige Material der Klebstoffschicht hält nicht nur kurzfristigen Temperaturen oberhalb von 200°C stand, sondern zeigt auch keine negative Reaktion insbesondere bei einem thermischen Fügen, beispielsweise bei einem konventionellen Metallgasschweißen, Laser- oder Laserhybridschweißen, wie es bei den noch zu fügenden Bauteilen (2, 3) zur Vervollständigung des Querlenkers 1 (Fahrwerkkomponente) verwendet werden kann. Weitere Fügeverfahren, wie bereits beschrieben, sind ebenfalls anwendbar. Nicht dargestellt, eignet sich für das Bauteil 2 vorzugsweise die Verwendung eines Stahlmaterials, insbesondere ein hochfester Stahl für die erste und für die mindestens zweite Metalllage, wobei die Materialdicke der ersten und/oder der mindestens zweiten Stahllage vorzugsweise mindestens 1,0 mm beträgt. Die Dicke der Klebstoffschicht zwischen den Stahllagen des Bauteils 2, welche Additive enthalten kann, beträgt beispielsweise 0,04 mm.
  • Als zweites Ausführungsbeispiel ist eine erfindungsgemäße Fahrwerkteilkomponente in Form einer nicht vollständig gezeigten Verbundlenkerachse beschrieben. Die Verbundlenkerachse enthält ein erstes Bauteil (2') in Form eines Torsionsprofils, welches in einer schematischen Querschnittansicht in 2 gezeigt ist. Das Torsionsprofil (2') ist ein offenes Profil, oder kann auch ein geschlossenes Profil sein (nicht dargestellt), welches im Wesentlichen einen V-förmigen Querschnitt aufweist und aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage (4), einer zweiten Metalllage (5) und einer Dämpfungsschicht (6), welche vollflächig zwischen den Metalllagen (4, 5) angeordnet ist und eine Klebstoffschicht (6) aus einem silikonhaltigen Material bildet, welche Additive enthalten kann. Die Metalllagen (4, 5) bestehen vorzugsweise aus einem Stahlmaterial mit jeweils einer Materialdicke von insbesondere mindestens 0,5 mm. Das silikonhaltige Material (6) weist eine Materialdicke von beispielsweise 0,05 mm auf. Das Torsionsprofil (2') kann beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten Tiefziehens, Abkantens oder Rollprofilierens vorzugsweise aus einem Halbzeug, welches aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial besteht, hergestellt werden. Zur Vermeidung einer Delamination im eingebauten Zustand und zur Schubunterbindung zwischen den Metalllagen, insbesondere zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Bauteils, sind die Metalllagen (4, 5) lokal über vorzugsweise thermische Fügeverbindungen (7) miteinander verbunden. Weitere nicht dargestellte Bauteile zur Vervollständigung der Verbundlenkerachse sind linke und rechte Längsarme, welche vorzugsweise an den nicht dargestellten Enden des Torsionsprofils vorzugsweise thermisch gefügt sind, vorzugsweise mittels Metallschutzgasschweißen, Laser- oder Laserhybridschweißen, oder einem der bereits beschriebenen Fügeverfahren. Weitere nicht dargestellte Bauteile in Form von Verstärkungen, beispielsweise sogenannte Schuhe, oder bei Bedarf von weiteren Anschlusselementen, wenn sie nicht bereits Bestandteil der Längsarme sind, können mit dem Torsionsprofil und/oder den Längsarmen vorzugsweise thermisch gefügt werden. Die erwähnten und nicht dargestellten weiteren Bauteile können einzeln oder alle aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial bestehen. Selbstverständlich können diese Bauteile auch aus einem Vollmaterial, insbesondere einem Aluminium-, einem Magnesium- oder vorzugsweise einem Stahlmaterial gebildet sein.
  • Als drittes Ausführungsbeispiel ist eine erfindungsgemäße Fahrwerkkomponente in Form eines nicht vollständig gezeigten Hilfsrahmens beschrieben. Der Hilfsrahmen enthält ein erstes Bauteil (2'') in Form einer oberen Halbschale, welche in einer schematischen Querschnittansicht in 3 gezeigt ist. Die obere Halbschale (2'') ist ein offenes Profil, welches im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist und aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage (4), einer zweiten Metalllage (5) und einer Dämpfungsschicht (6), welche vollflächig zwischen den Metalllagen (4, 5) angeordnet ist und eine Klebstoffschicht (6) aus einem silikonhaltigen Material bildet. Die Metalllagen (4, 5) bestehen vorzugsweise aus einem Stahlmaterial mit jeweils einer Materialdicke von besonders bevorzugt mindestens 0,5 mm. Das silikonhaltige Material (6), welche Additive enthalten kann, weist eine Materialdicke von beispielsweise 0,04 mm auf. Die obere Halbschale (2'') kann beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten Tiefziehens vorzugsweise aus einem Halbzeug, welches aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial besteht, hergestellt werden. Zur Vermeidung einer Delamination und zur Schubunterbindung zwischen den Metalllagen im eingebauten Zustand, insbesondere zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Bauteils, sind die Metalllagen (4, 5) lokal über vorzugsweise thermische Fügeverbindungen (7) miteinander verbunden. Ein mindestens zweites Bauteil (8) in Form einer unteren Halbschale, welche beispielsweise mittels Tiefziehens hergestellt werden kann, kann aus einem Vollmaterial, beispielsweise einem Stahlmaterial aber auch aus einem Aluminium- oder Magnesiummaterial gebildet sein, wenn beispielsweise das Gewicht der Fahrwerkkomponente reduziert werden soll. Alternativ und hier nicht dargestellt, kann die untere Halbschale (8) auch aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial bestehen. Die beiden Bauteile/Halbschalen (2'', 8) werden an ihren durch die Umformung erzeugten abstehenden Schenkel in eine einander überlappende Position fixiert (nicht dargestellt) und vorzugsweise thermisch mittels einer Schweißverbindung in Form einer Kehlnaht (K) oder beispielsweise alternativ mittels einer nicht dargestellten Stumpfstoßverbindung miteinander verbunden. Weitere nicht dargestellte Bauteile zur Vervollständigung des Hilfsrahmens können zusätzliche Bauteile in Form von Verstärkungen und auch Bauteile, welche beispielsweise zum Höhenausgleich dienen, zur Anbindung an eine nicht dargestellte Karosserie eines Fahrzeugs vorgesehen sein, welche vorzugsweise an die obere Halbschale (2'') und/oder untere Halbschale (8) vorzugsweise thermisch gefügt sind, vorzugsweise mittels Metallgasschweißen, Laser- oder Laserhybridschweißen einem der bereits beschriebenen Fügeverfahren.
  • In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Fahrwerkkomponente in einer schematischen Abfolge dargestellt. Von einem Endlosband können jeweils Platinen zugeschnitten oder bereits vorgeschnittene Platinen auf einem Stapel in Form eines ersten Metallhalbzeugs (Schritt 9) und eines zweiten Metallhalbzeugs (Schritt 9') bereitgestellt werden. Bei dem ersten und dem zweiten Metallhalbzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Stahlmaterial, insbesondere um einen hochfesten Stahl. Die Materialdicke des ersten und/oder zweiten Metallhalbzeugs beträgt mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1,0 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm. Nach des Bereitstellung des ersten und des zweiten Metallhalbzeugs erfolgt ein Transfer mittels nicht dargestellten Mitteln in nicht dargestellte Formgebungsvorrichtungen, in welchen das erste und das zweite Metallhabzeugs mittels geeigneten Mitteln, beispielsweise mittels Werkzeugen zu einem ersten Metallwerkstück (Schritt 10) und zu einem zweiten Metallwerkstück (Schritt 10') geformt werden, wobei die Geometrien der geformten Metallwerkstücke derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie sich am Fertigteil im Wesentlichen vollflächig überdecken. Nach der Formgebung erfolgt ein Transfer mittels nicht dargestellten Mitteln in eine nicht dargestellte Verbundfertigungsvorrichtung (Schritt 11), in welcher zur Erzeugung/Erhalten eines ersten Bauteils ein stoffschlüssiges Verbinden des ersten und des zweiten Metallwerkstücks, welche die erste und die zweite Metalllage bilden, über eine dazwischen angeordnete Dämpfungsschicht, welche eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist, erfolgt. Vorzugsweise und nicht dargestellt wird die Klebstoffschicht auf das erste und/oder zweite Metallhalbzeug vor (Schritt 9, 9') appliziert. Dabei kann das silikonhaltige Material beispielsweise in flüssiger, geschäumter oder fester Form mittels geeigneten und nicht dargestellten Mitteln appliziert werden. Bei der flüssigen als auch geschäumten Form kann das silikonhaltige Material beispielsweise mittels Aufsprühen oder besonders bevorzugt, insbesondere wenn die Metalllage bzw. das Metallhalbzeug bandförmig vorliegt, mittels Bandbeschichtung (Coil Coating) aufgetragen werden. In fester Form kann das silikonhaltige Material in Form einer Folie, insbesondere in Verbindung mit einer Abdeckfolie auf das Metallhalbzeug aufkaschiert werden. Nach der Applikation des silikonhaltigen Materials auf das erste und/oder zweite Metallwerkstück kann im Zuge einer Wärmebehandlung eine Vernetzung erfolgen, welche beispielsweise in der Verbundfertigungsvorrichtung (Schritt 11) durchgeführt werden kann und insbesondere optional unter Fixierung der Metallwerkstücke mit geeigneten Mitteln thermisch ausgehärtet werden kann. Alternativ kann die Klebstoffschicht auf das erste und/oder zweite Metallwerkstück nach der Formung (Schritt 10, 10') appliziert werden. Dabei kann das silikonhaltige Material beispielsweise in flüssiger, geschäumter oder fester Form mittels geeigneten nicht dargestellten Mitteln appliziert werden.
  • Vorzugsweise werden die Metallwerkstücke mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden, vorzugsweise in einer nicht dargestellten Schweißvorrichtung lokal thermisch miteinander gefügt (Schritt 12). In der nicht dargestellten Schweißvorrichtungen erfolgt ein vorzugsweise thermisches Fügen mittels Metallgasschweißen, Laser- oder Laserhybridschweißen oder einem der bereits beschriebenen Fügeverfahren mit einem zweiten und dritten Bauteil, welche nach der Bereitstellung (Schritt 13, 13') über nicht dargestellte Mittel zur Schweißvorrichtung transferiert werden. In der Schweißvorrichtung erfolgt vorzugsweise ein Schmelzschweißen, insbesondere unter Zuhilfenahme eines Schweißdrahtes, vorzugsweise eines Fülldrahtes, um beispielsweise die Qualität der Schweißverbindung zu verbessern. Aus der Schweißvorrichtung wird über nicht dargestellte Mittel eine fertige Fahrwerkkomponente entnommen (Schritt 14), welche beispielsweise eine Verbundlenkerachse sein kann, welche mindestens ein Torsionsprofil (erstes Bauteil, Schritt 11) aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial und jeweils einen an den Enden des Torsionsprofils thermisch angefügten linken Längsarm (zweites Bauteil, Schritt 13') und rechten Längsarm (drittes Bauteil, Schritt 13') aufweist.
  • In 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Fahrwerkkomponente in einer schematischen Abfolge dargestellt. Von einem Endlosband werden jeweils Platinen zugeschnitten oder bereits vorgeschnittene Platinen auf einem Stapel in Form eines Halbzeugs aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial bereitgestellt (Schritt 15), welches mindestens zwei Metalllagen, insbesondere zwei Metalllagen aus einem Stahlwerkstoff, vorzugsweise aus einem hochfesten Stahl und insbesondere mindestens eine dazwischen partiell oder vorzugsweise vollflächig angeordnete Dämpfungsschicht, welche eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist, enthält. Die Materialdicke der ersten und/oder der zweiten Metalllage beträgt mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1,0 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm. Die Materialdicke der Klebstoffschicht aus silikonhaltigem Material liegt zwischen 0,005 mm und 0,4 mm, insbesondere zwischen 0,01 mm und 0,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,015 mm und 0,1 mm. Nach der Bereitstellung des Halbzeugs aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial erfolgt ein Transfer mittels nicht dargestellten Mitteln in eine nicht dargestellte Formgebungsvorrichtung (Schritt 16), in welcher das Halbzeug mittels geeigneten Mitteln zu einem ersten Bauteil geformt wird. Mittels hier nicht dargestellten Mitteln wird das geformte erste Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial in eine hier nicht dargestellte Schweißvorrichtung transferiert. Vorzugsweise werden die beiden Metalllagen mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden, vorzugsweise in der nicht dargestellten Schweißvorrichtung lokal thermisch miteinander gefügt (Schritt 17). In der nicht dargestellten Schweißvorrichtungen erfolgt ein vorzugsweise thermisches Fügen mittels Metallgasschweißen, Laser- oder Laserhybridschweißen oder einem der bereits beschriebenen Fügeverfahren mit einem zweiten Bauteil, welches nach der Bereitstellung (Schritt 18) über nicht dargestellte Mittel zur Schweißvorrichtung transferiert wird. In der Schweißvorrichtung erfolgt vorzugsweise ein Schmelzschweißen, insbesondere unter Zuhilfenahme eines Schweißdrahtes, vorzugsweise eines Metallpulver-Fülldrahtes, um beispielsweise die Qualität der Schweißverbindung zu verbessern. Aus der Schweißvorrichtung wird über nicht dargestellte Mittel eine fertige Fahrwerkkomponente entnommen (Schritt 19), welche beispielsweise ein Querlenker sein kann, welcher mindestens eine tiefgezogene Halbschale (erstes Bauteil, Schritt 16) aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial und einer thermisch angefügten Hülse (zweites Bauteil, Schritt 18) aufweist, vergleiche 1.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Fahrwerkkomponenten beschränkt, sondern sie kann auch auf weitere (alle) Fahrwerkkomponenten ausgeweitet werden, insbesondere Lenker wie zum Beispiel Querlenker, Längslenker, Zuglenker, Doppelquerlenker, Verbundlenkerachsen, Hilfsrahmen, Radschüssel von Fahrzeugräder, Dämpferrohre von Federbeinen, welche mindestens ein Bauteil aus einem erfindungsgemäßen körperschalldämpfenden Verbundmaterial enthalten.
  • Die Verwendung von erfindungsgemäßen Fahrwerkkomponenten ist nicht auf Personenkraftfahrzeuge beschränkt, sondern sie kann auch bei Fahrwerkkomponenten in Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Busse, Omnibusse ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, aber auch bei gleisgebundenen Fahrzeugen, wie Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons Anwendung finden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrwerkkomponente
    2, 2', 2''
    erstes Bauteil
    3
    zweites Bauteil
    4
    erste Metalllage, erstes Metallhalbzeug, erstes Metallwerkstück
    5
    zweite Metalllage, zweites Metallhalbzeug, zweites Metallwerkstück
    6
    Dämpfungsschicht, Klebstoffschicht
    7
    Fügeverbindung
    8
    zweites Bauteil
    9–19
    Schritte, Prozessschritte, Prozessabfolge
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2390120 [0007]

Claims (19)

  1. Fahrwerkkomponente (1) enthaltend mindestens ein erstes Bauteil (2, 2', 2'') aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage (4), mindestens einer zweiten Metalllage (5) und mindestens einer Dämpfungsschicht (6), welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen (4, 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) des Bauteils eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist.
  2. Fahrwerkkomponente (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metalllage (4) und die mindestens zweite Metalllage (5) des mindestens ersten Bauteils (2, 2', 2'') mindestens an einer Stelle (7), insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden sind, vorzugsweise lokal thermisch miteinander gefügt sind.
  3. Fahrwerkkomponente (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die mindestens zweite Metalllage (4, 5) des mindestens ersten Bauteils (2, 2', 2'') aus einem Aluminium-, einem Magnesium- und/oder vorzugsweise einem Stahlmaterial bestehen.
  4. Fahrwerkkomponente (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke der ersten Metalllage (4) des mindestens ersten Bauteils (2, 2', 2'') mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1,0 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm beträgt.
  5. Fahrwerkkomponente (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (6) des mindestens ersten Bauteils (2, 2', 2'') Additive enthält.
  6. Fahrwerkkomponente (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Klebstoffschicht (6) des Bauteils (2, 2', 2'') höchstens 0,4 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm, vorzugsweise höchstens 0,1 mm beträgt.
  7. Fahrwerkkomponente (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites Bauteil (8) mit dem ersten Bauteil (2, 2', 2'') verbunden, insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
  8. Fahrwerkkomponente (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens zweite Bauteil (8) aus dem gleichen körperschalldämpfenden Verbundmaterial wie das erste Bauteil (2, 2', 2'') besteht oder aus einem Vollmaterial, insbesondere einem Aluminium-, einem Magnesium- oder vorzugsweise einem Stahlmaterial gebildet ist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Fahrwerkkomponente umfassend mindestens ein erstes Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist, durch folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines ersten und mindestens eines zweiten Metallhalbzeugs, b) Formen des ersten und des zweiten Metallhabzeugs mittels geeigneten Mitteln zu einem ersten und zu einem zweiten Metallwerkstück, wobei die Geometrien der geformten Metallwerkstücke derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie sich am Fertigteil im Wesentlichen vollflächig überdecken können, c) stoffschlüssiges Verbinden des ersten und des zweiten Metallwerkstücks, welche die erste und die zweite Metalllage bilden, über eine dazwischen angeordnete Dämpfungsschicht, welche eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist, um ein erstes Bauteil zu erhalten.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht auf das erste und/oder zweite Metallhalbzeug vor Schritt a) appliziert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht auf das erste und/oder zweite Metallwerkstück nach Schritt b) appliziert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht während oder nach Schritt c) optional unter Fixierung der Metallwerkstücke mit geeigneten Mitteln thermisch ausgehärtet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach Schritt c) die Metallwerkstücke mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden werden, vorzugsweise lokal thermisch miteinander gefügt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallwerkstücke mittels Schweißen, insbesondere Schmelzschweißen, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Schweißdrahts miteinander verbunden werden.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Fahrwerkkomponente enthaltend mindestens ein erstes Bauteil aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial mit einer ersten Metalllage, mindestens einer zweiten Metalllage und mindestens einer Dämpfungsschicht, welche partiell oder vollflächig zwischen den Metalllagen angeordnet ist, durch folgende Verfahrensschritte: d) Bereitstellen mindestens eines ersten Halbzeugs aus einem körperschalldämpfenden Verbundmaterial, welches mindestens zwei Metalllagen und mindestens eine dazwischen partiell oder vollflächig angeordnete Dämpfungsschicht, welche eine Klebstoffschicht aus einem silikonhaltigen Material ist, enthält, e) Formen des mindestens einen Halbzeugs mittels geeigneten Mitteln zu einem ersten Bauteil.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach Schritt d) die Metalllagen mindestens an einer Stelle, insbesondere an mehreren Stellen miteinander verbunden werden, vorzugsweise lokal thermisch miteinander gefügt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen mittels Schweißen, insbesondere Schmelzschweißen, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Schweißdrahts miteinander verbunden werden.
  18. Verwendung einer Fahrwerkkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb.
  19. Verwendung nach Anspruch 18 in Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Busse, Omnibusse oder in gleisgebundenen Fahrzeugen, wie Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons.
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