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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit einem Gelenk, welches ein mit einer Montageöffnung versehenes Gelenkgehäuse, dem eine sich in einer axialen Richtung erstreckende Längsachse zugeordnet ist, ein beweglich in dem Gelenkgehäuse gelagertes Gelenkinnenteil und einen die Montageöffnung verschließenden Gehäusedeckel aufweist, und einem mit einer durchgehenden Gelenkaufnahmeöffnung versehenen Gegenstück, in dessen Gelenkaufnahmeöffnung das Gelenk mit seinem Gelenkgehäuse fest sitzt, wobei das Gelenkgehäuse bei seiner Herstellung an seinem Außenumfang mit einer sich quer zur Längsachse erstreckenden Gegenstückanlagefläche versehen wird, von der sich ein die Montageöffnung umringender axialer Endbereich des Gelenkgehäuses, insbesondere axial, weg erstreckt, in einem Gelenkgehäuseeinsetzschritt das Gelenkgehäuse in die Gelenkaufnahmeöffnung eingesetzt wird, sodass die Gegenstückanlagefläche an dem Gegenstück anliegt und sich der axiale Endbereich auf einer der Gegenstückanlagefläche abgewandten Seite des Gegenstücks mit einem freien Ende aus der Gelenkaufnahmeöffnung heraus erstreckt, in einem Gelenkinnenteilmontageschritt das Gelenkinnenteil in das Gelenkgehäuse eingebracht und beweglich in diesem gelagert wird, in einem Gehäusedeckelmontageschritt der Gehäusedeckel in die Montageöffnung eingesetzt wird, in einem dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt nachfolgenden Gelenkgehäusebefestigungsschritt das Gelenkgehäuse an dem Gegenstück axial formschlüssig festgelegt wird und in einem dem Gehäusedeckelmontageschritt nachfolgenden Gehäusedeckelbefestigungsschritt der Gehäusedeckel an dem Gelenkgehäuse axial formschlüssig festgelegt wird.
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Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der
DE 10 2011 108 881 A1 bekannt, wobei der Gelenkgehäusebefestigungsschritt und der Gehäusedeckelbefestigungsschritt nacheinander und an unterschiedlichen Bereichen des axialen Endbereichs durchgeführt werden.
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Beim Stand der Technik bestehen insbesondere die Probleme, dass zum formschlüssigen Verbinden von Gehäusedeckel und Gelenkgehäuse eine separate Umformoperation erforderlich ist, ein Gelenkgehäuse aus Blechwerkstoff aufgrund hoher Umformgrade in einigen Bereichen zur Rissbildung neigt, toleranzmäßig schwer beherrschbar ist und aus diesen Gründen zum Aufbau eines robusten Gelenks weniger geeignet ist, serienmäßige Einpressgelenke zur Einhaltung der Toleranzen im Einpressbereich meist eine spanende Bearbeitung benötigen, was die Kosten dieser Einpressgelenke erhöht, und serienmäßige Flanschgelenke häufig aus warmgeschmiedeten Flanschgehäusen bestehen, die nach dem Schmieden zum Erreichen der erforderlichen Toleranzen aufwändig spanend bearbeitet werden, was die Kosten dieser Flanschgelenke erhöht.
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Ein Ziel der Erfindung besteht somit insbesondere darin, die Herstellkosten durch integrierte Prozesse und Verfahren zu reduzieren, wobei die Robustheit der Gelenkkonstruktion bevorzugt mit bereits existierenden serienmäßigen Einpress- und Flanschgelenken kompatibel sein soll.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art vereinfachen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
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Das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit
- – einem Gelenk, welches ein mit einer Montageöffnung versehenes Gelenkgehäuse, dem eine sich in einer axialen Richtung erstreckende Längsachse zugeordnet ist, ein beweglich in dem Gelenkgehäuse gelagertes Gelenkinnenteil und einen die Montageöffnung verschließenden Gehäusedeckel aufweist, und
- – einem mit einer durchgehenden Gelenkaufnahmeöffnung versehenen Gegenstück, in dessen Gelenkaufnahmeöffnung das Gelenk mit seinem Gelenkgehäuse fest sitzt, wobei
- – das Gelenkgehäuse bei seiner Herstellung an seinem Außenumfang mit einer sich quer zur Längsachse erstreckenden Gegenstückanlagefläche versehen wird, von der sich ein die Montageöffnung umringender axialer Endbereich des Gelenkgehäuses, insbesondere axial, weg erstreckt,
- – in einem Gelenkgehäuseeinsetzschritt das Gelenkgehäuse in die Gelenkaufnahmeöffnung eingesetzt wird, sodass die Gegenstückanlagefläche an dem Gegenstück anliegt und sich der axiale Endbereich auf einer der Gegenstückanlagefläche abgewandten Seite des Gegenstücks mit einem freien Ende aus der Gelenkaufnahmeöffnung heraus erstreckt,
- – in einem Gelenkinnenteilmontageschritt das Gelenkinnenteil in das Gelenkgehäuse eingebracht und beweglich in diesem gelagert wird,
- – in einem Gehäusedeckelmontageschritt der Gehäusedeckel in die Montageöffnung eingesetzt wird,
- – in einem dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt nachfolgenden Gelenkgehäusebefestigungsschritt das Gelenkgehäuse an dem Gegenstück axial formschlüssig festgelegt wird und
- – in einem dem Gehäusedeckelmontageschritt nachfolgenden Gehäusedeckelbefestigungsschritt der Gehäusedeckel an dem Gelenkgehäuse axial formschlüssig festgelegt wird,
wird insbesondere dadurch weitergebildet, dass
- – der Gelenkgehäusebefestigungsschritt und der Gehäusedeckelbefestigungsschritt in einem gemeinsamen Umformschritt gleichzeitig erfolgen, indem das freie Ende des axialen Endbereichs derart umgeformt wird, dass es sowohl das Gegenstück als auch den Gehäusedeckel quer zur Längsachse, insbesondere teilweise oder zumindest teilweise, übergreift und/oder hintergreift.
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Durch dieses Verfahren werden der Gelenkgehäusebefestigungsschritt und der Gehäusedeckelbefestigungsschritt in einem gemeinsamen Umformschritt zusammengefasst und erfolgen gleichzeitig. Ferner wird in dem Umformschritt lediglich das freie Ende des axialen Endbereichs umgeformt. Somit ist eine deutliche Vereinfachung des Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik erzielbar. Die Gegenstückanlagefläche ist vorzugsweise ringförmig.
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Die Längsachse des Gelenkgehäuses bildet bevorzugt eine Längsmittelachse des Gelenkgehäuses und/oder des Gelenks. Eine oder jedwede quer zur Längsachse verlaufende Richtung wird insbesondere als radiale Richtung bezeichnet.
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In dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt wird das Gelenkgehäuse bevorzugt mit dem axialen Endbereich voran in die Gelenkaufnahmeöffnung eingesetzt. Vorzugsweise wird in dem Gelenkgehäusebefestigungsschritt das Gelenkgehäuse durch Umformen des axialen Endbereichs und/oder des freien Endes des axialen Endbereichs axial formschlüssig an dem Gegenstück festgelegt. Vorteilhaft wird in dem Gehäusedeckelbefestigungsschritt der Gehäusedeckel durch Umformen des axialen Endbereichs und/oder des freien Endes axial formschlüssig an dem Gelenkgehäuse festgelegt. Durch das Umformen des freien Endes des axialen Endbereichs im Umformschritt wird insbesondere ein Hinterschnitt oder eine Hinterschneidung im Bereich des Gehäusedeckels und gleichzeitig ein Hinterschnitt oder eine Hinterschneidung im Bereich des Gegenstücks geschaffen. Bevorzugt erfolgt der Gehäusedeckelmontageschritt gleichzeitig mit oder nach dem Gelenkinnenteilmontageschritt. Vorteilhaft erfolgt der Gelenkinnenteilmontageschritt vor oder nach dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt.
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Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird das Gelenkgehäuse, insbesondere bei seiner Herstellung, an seinem Innenumfang mit einer sich quer zur Längsachse erstreckenden Gehäusedeckelanlagefläche versehen. Bevorzugt ist oder wird das Gelenkgehäuse, insbesondere bei seiner Herstellung, am Innenumfang des axialen Endbereichs mit der oder einer sich quer zur Längsachse erstreckenden Gehäusedeckelanlagefläche versehen. Die Gehäusedeckelanlagefläche ist vorzugsweise ringförmig. Bevorzugt wird in dem Gehäusedeckelmontagschritt der Gehäusedeckel in die Montageöffnung eingesetzt, bis der Gehäusedeckel mit einer Innenseite an der Gehäusedeckelanlagefläche anliegt. Vorteilhaft wird in dem Umformschritt das freie Ende des axialen Endbereichs derart umgeformt, dass es sowohl an einer der Innenseite des Gehäusedeckels gegenüberliegenden Außenseite des Gehäusedeckels als auch an der der Gegenstückanlagefläche abgewandten Seite des Gegenstücks anliegt.
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Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt in dem Umformschritt das Umformen des freien Endes des axialen Endbereichs mittels eines einzigen Umformwerkzeugs. Bevorzugt werden in dem Umformschritt das freie Ende des axialen Endbereichs und das oder ein Umformwerkzeug axial gegeneinander gedrückt, sodass insbesondere das freie Ende des axialen Endbereichs umgeformt wird. Vorteilhaft umfasst das Umformwerkzeug eine Rollenanordnung mit mehreren rings einer Umformwerkzeugdrehachse angeordneten Rollen, die axial an das freie Ende des axialen Endbereichs angelegt werden, sodass die Umformwerkzeugdrehachse mit der Längsachse zusammenfällt, wobei die Rollenanordnung um die Umformwerkzeugdrehachse gedreht wird, sodass die Rollen auf dem freien Ende des axialen Endbereichs rollen und dabei insbesondere das freie Ende des axialen Endbereichs umformen. Dabei werden die Rollen und das freie Ende des Endbereichs vorzugsweise axial gegeneinander gedrückt. Eine zum Umformen des freien Endes des axialen Endbereichs an dieses freie Ende axial anzulegende oder angelegte Umformwerkzeugfläche des Umformwerkzeugs und/oder die Umfangsfläche jeder Rolle ist z. B. glatt oder konkav ausgebildet. Eine konkave Ausbildung der Umformwerkzeugfläche und/oder der Umfangsfläche jeder Rolle begünstigt aber das beidseitige Umformen des freien Endes des axialen Endbereichs, insbesondere in einer quer zur Längsachse verlaufenden Richtung.
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Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird das Gelenkgehäuse, insbesondere bei seiner Herstellung und/oder vor dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt, in dem axialen Endbereich mit einem Außendurchmesser versehen, der größer als der Innendurchmesser der Gelenkaufnahmeöffnung ist, sodass in dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt das Gelenkgehäuse in die Gelenkaufnahmeöffnung eingesetzt wird, indem das Gelenkgehäuse in die Gelenkaufnahmeöffnung eingepresst wird. Somit wird das das Gelenkgehäuse zusätzlich kraftschlüssig an dem Gegenstück festgelegt.
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Bevorzugt wird in dem Gelenkinnenteilmontageschritt das Gelenkinnenteil durch die Montageöffnung hindurch in das Gelenkgehäuse eingebracht. Gemäß einer Ausgestaltung ist das Gelenkgehäuse mit einer der Montageöffnung axial gegenüberliegenden Gelenkinnenteilöffnung versehen. Bevorzugt wird in dem Gelenkinnenteilmontageschritt das Gelenkinnenteil mit einem Gelenkinnenteilabschnitt durch die Gelenkinnenteilöffnung hindurch aus dem Gelenkgehäuse herausgeführt und/oder derart, insbesondere durch die Montageöffnung hindurch, in das Gelenkgehäuse eingebracht, dass sich das Gelenkinnenteil mit dem oder einem Gelenkinnenteilabschnitt durch die Gelenkinnenteilöffnung hindurch aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckt.
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Vorteilhaft ist das Gelenkgehäuse des Gelenks des Fahrzeugbauteils mit der oder einer der Montageöffnung axial gegenüberliegenden Gelenkinnenteilöffnung versehen, durch welche hindurch sich das Gelenkinnenteil mit dem oder einem Gelenkinnenteilabschnitt aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckt. Somit ist das Gelenkinnenteil insbesondere von außen zugänglich.
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Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird das Gelenkgehäuse, insbesondere bei seiner Herstellung und/oder vor dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt, an seinem gelenkinnenteilöffnungsseitigen Ende mit einem, vorzugsweise ringförmigen, axialen Endabschnitt versehen, der bevorzugt zylindrisch oder näherungsweise zylindrisch und/oder in axialer Richtung gerade oder näherungsweise gerade ausgebildet ist. Vorteilhaft wird der axiale Endabschnitt in einem, insbesondere vor dem Gelenkinnenteilmontageschritt und/oder dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt erfolgenden, Aufweitungsschritt aufgeweitet, vorzugsweise derart, dass der Durchmesser und/oder Außendurchmesser des axialen Endabschnitts an oder zumindest an seinem freien Ende zunimmt und/oder in Richtung der Längsachse zu seinem freien Ende hin zunimmt, sodass am Außenumfang des axialen Endabschnitts bevorzugt eine Nut gebildet wird, die insbesondere auch als Haltenut bezeichnet wird. Beispielsweise wird der axiale Endabschnitt in dem Aufweitungsschritt konisch aufgeweitet. Vorteilhaft wird in dem Aufweitungsschritt ein Aufweitungswerkzeug axial in den axialen Endabschnitt eingedrückt, sodass dieser aufgeweitet wird.
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Bevorzugt wird, insbesondere nach dem Aufweitungsschritt und/oder nach dem Umformschritt, über den Gelenkinnenteilabschnitt ein Dichtungsbalg geführt und an dem, vorzugsweise aufgeweiteten, axialen Endabschnitt und/oder in der Haltenut befestigt oder festgelegt, wobei sich der Gelenkinnenteilabschnitt insbesondere durch den Dichtungsbalg hindurch erstreckt, der vorzugsweise dichtend an dem Gelenkinnenteilabschnitt anliegt. Ferner ist der Dichtungsbalg insbesondere dichtend mit dem axialen Endabschnitt verbunden. Vorzugsweise umringt der Dichtungsbalg den axialen Endabschnitt. Der Dichtungsbalg dient insbesondere dazu, ein Eindringen von Feuchtigkeit und von Verunreinigungen in das Innere des Gelenkgehäuses zu verhindern. Bevorzugt bildet oder umfasst der, vorzugsweise aufgeweitete, axiale Endabschnitt, insbesondere an seinem Außenumfang, die oder eine Haltenut, in welche vorzugsweise der Dichtungsbalg zum Befestigen an dem axialen Endabschnitt eingesetzt wird. Die Haltenut wird insbesondere durch das Aufweiten des axialen Endabschnitts gebildet. Insbesondere ist die Haltenut ringförmig und/oder umlaufend.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Gelenkinnenteil einen Lagerbereich. Bevorzugt ist oder wird das Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich, insbesondere in dem Gelenkinnenteilmontageschritt, in dem Gelenkgehäuse beweglich gelagert. Der Lagerbereich ist vorzugsweise kugelförmig. Das Gelenkinnenteil ist oder bildet bevorzugt einen Kugelzapfen oder eine Kugelhülse. Vorteilhaft ist oder bildet das Gelenk ein Kugelgelenk oder Kugelhülsengelenk. Vorzugsweise ist das Gelenkinnenteil bezüglich einer Gelenkinnenteillängsachse rotationssymmetrisch oder näherungsweise rotationssymmetrisch. Bevorzugt besteht das Gelenkinnenteil aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff wie z. B. Stahl. Vorteilhaft wird das Gelenkinnenteil in einem, insbesondere vor dem Gelenkinnenteilmontageschritt erfolgenden, Gelenkinnenteilherstellungsschritt hergestellt.
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Bevorzugt ist oder wird das Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich in eine Lagerschale, vorzugsweise gleitfähig und/oder gleitbeweglich, eingesetzt, die, insbesondere im Gelenkinnenteilmontageschritt, vorzugsweise zusammen mit dem Gelenkinnenteil, in das Gelenkgehäuse eingebracht ist oder wird. Vorteilhaft ist die Lagerschale bezüglich der Längsachse rotationssymmetrisch oder näherungsweise rotationssymmetrisch. Beispielsweise ist oder bildet die Lagerschale eine Kugelschale. Bevorzugt besteht die Lagerschlage aus Kunststoff, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff. Vorteilhaft wird die Lagerschale in einem, insbesondere vor dem Gelenkinnenteilmontageschritt erfolgenden, Lagerschalenherstellungsschritt hergestellt.
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Bevorzugt verschließt der Gehäusedeckel die Montageöffnung teilweise, zumindest teilweise oder vollständig. Ein vollständiges Verschließen bietet dabei einen besseren Schutz vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen in das Innere des Gelenkgehäuses. In diesem Fall ist der Gehäusedeckel z. B. in Form einer Scheibe oder eines Topfes ausgebildet. Ein lediglich teilweises Verschließen bietet hingegen die Möglichkeit, ein oder mehrere Bauteile des Gelenks, beispielsweise das Gelenkinnenteil, durch den Gehäusedeckel hindurch aus dem Gelenkgehäuse herauszuführen. In diesem Fall ist der Gehäusedeckel z. B. in Form eines Rings ausgebildet. Insbesondere weist der Gehäusedeckel eine kreisförmige Umfangskontur auf, deren Mittelpunkt vorzugsweise auf der Längsachse liegt. Bevorzugt besteht der Gehäusedeckel aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff wie z. B. Stahl. Vorteilhaft wird der Gehäusedeckel in einem, insbesondere vor dem Gehäusedeckelmontageschritt erfolgenden, Gehäusedeckelherstellungsschritt hergestellt.
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Das Gelenkgehäuse ist bevorzugt bezüglich der Längsachse rotationssymmetrisch oder näherungsweise rotationssymmetrisch. Insbesondere umfasst das Gelenkgehäuse einen Gelenkgehäuseinnenraum, der vorzugsweise in die Montageöffnung und/oder in die Gelenkinnenteilöffnung übergeht. Vorteilhaft ist oder wird, insbesondere im Gelenkinnenteilmontageschritt, das Gelenkinnenteil, vorzugsweise mit seinem Lagerbereich, beispielsweise zusammen mit der Lagerschale, in den Gelenkgehäuseinnenraum eingebracht und in diesem beweglich gelagert. Bevorzugt ist oder wird, insbesondere im Gelenkinnenteilmontageschritt, die Lagerschale in den Gelenkgehäuseinnenraum eingebracht. Vorzugsweise besteht das Gelenkgehäuse aus einem umformbaren Material. Bevorzugt besteht das Gelenkgehäuse aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff wie z. B. Stahl. Vorteilhaft wird das Gelenkgehäuse in einem, insbesondere vor dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt erfolgenden, Gelenkgehäuseherstellungsschritt hergestellt. In dem Gelenkgehäuseherstellungsschritt wird das Gelenkgehäuse bevorzugt mit der Montageöffnung und/oder mit der Gelenkinnenteilöffnung und/oder mit der Gegenstückanlagefläche und/oder mit der Gehäusedeckelanlagefläche und/oder mit dem axialen Endbereich und/oder mit seinem Gelenkgehäuseinnenraum und/oder mit seinem Außendurchmesser, beispielsweise mit dem Außendurchmesser des axialen Endbereichs, versehen. Beispielsweise wird das Gelenkgehäuse durch Kaltumformen und/oder Massivumformen und/oder Fließpressen, vorzugsweise durch Kaltfließpressen oder Warmfließpressen hergestellt. In diesem Fall ist insbesondere nachträglich keine spanende Bearbeitung des Gelenkgehäuses erforderlich. Alternativ wird das Gelenkgehäuse z. B. durch Tiefziehen eines Blechs oder durch spanende Bearbeitung, wie z. B. Drehen hergestellt. Wird das Gelenkgehäuse durch Tiefziehen hergestellt, so wird oder werden die Gegenstückanlagefläche und/oder die Gehäusedeckelanlagefläche vorzugsweise durch Stauchen hergestellt. Bei der Herstellung des Gelenkgehäuses und/oder vor dem Umformschritt ist der axiale Endbereich vorzugsweise zylindrisch oder näherungsweise zylindrisch und/oder in axialer Richtung gerade oder näherungsweise gerade ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung bildet das Gegenstück eine längliche Strebe, ein flächiges Bauteil oder ein anders gestaltetes Bauteil. Bevorzugt besteht das Gegenstück aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff wie z. B. Stahl. Vorzugsweise besteht das Gegenstück aus Blech. Vorteilhaft wird das Gegenstück in einem, insbesondere vor dem Gelenkgehäuseeinsetzschritt erfolgenden, Gegenstückherstellungsschritt hergestellt. In dem Gegenstückherstellungsschritt wird das Gegenstück bevorzugt mit der Gelenkaufnahmeöffnung versehen. Beispielsweise wird das Gegenstück durch Schmieden, durch Gießen, durch Zerspanen oder aus einem Blechwerkstoff hergestellt.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird das Gelenk während und/oder nach dem Umformschritt in einem Temperschritt getempert. Bevorzugt wird oder werden das Gelenk und/oder das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse vor und/oder zu dem Tempern erwärmt. Das Tempern dient insbesondere dazu, unerwünschte Spannungen in der Lagerschale abzubauen.
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Das Fahrzeugbauteil bildet bevorzugt ein Fahrwerkbauteil. Vorteilhaft bildet das Fahrzeugbauteil ein Strukturbauteil, ein Flanschgelenk, ein Einpressgelenk, einen Querlenker, einen Längslenker, eine Zugstrebe, eine Druckstrebe, einen Schräglenker, einen Federlenker oder eine Spurstange. Beispielsweise ist das Fahrzeugbauteil in Form eines Zweipunktlenkers, eines Dreipunktlenkers, eines Vierpunktlenkers oder eines anders multiaxial belasteten Lenkers oder belasteten Gelenkbauteils ausgebildet.
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Sofern das Gelenkgehäuse durch Fließpressen hergestellt ist, weist das Verfahren insbesondere folgende Vorteile auf:
- a) Durch Verzicht auf spanende Bearbeitung sind deutlich geringere Herstellkosten als bei serienmäßigen Einpressgelenken erzielbar.
- b) Durch die beim Fließpressen erfolgende Massivumformung sind deutlich größere und damit robustere Querschnitte möglich als bei Gelenkgehäusen aus Blech. Insbesondere wird die Neigung zur Rissbildung deutlich reduziert.
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Sofern das Gelenkgehäuse von der Seite der Gelenkinnenteilöffnung in das Gegenstück gefügt wird, weist das Verfahren insbesondere folgende Vorteile auf: Durch die dabei entstehende Kontur wird die Herstellung mittels Kaltumformung ohne weitere Zerspanung ermöglicht. Dies führt zu geringeren Herstellkosten gegenüber serienmäßigen Einpressgelenken mit spanender Bearbeitung.
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Sofern die Sicherung des Gelenkgehäuses im Gegenstück durch ein Übermaß im radialen Fügebereich durch Kraftschluss sowie durch einen Hinterschnitt im Bereich des Gehäusedeckels dargestellt wird und/oder der Hinterschnitt im Bereich des Gehäusedeckels gleichzeitig mit dem axial formschlüssigen Festlegen des Gelenkgehäuses beim Umformen des axialen Endbereichs hergestellt wird, weist das Verfahren insbesondere folgende Vorteile auf:
- a) Gegenüber bekannten Gelenken mit Gehäusedeckel ist kein separater Umformvorgang zur formschlüssigen Verbindung des Gelenkgehäuses mit dem Gegenstück erforderlich.
- b) Gegenüber serienmäßigen Einpressgelenken wird das Gelenkgehäuse formschlüssig von zwei Seiten gesichert, und zwar ohne zusätzliches Sicherungselement wie z. B. Sicherungsring oder Sprengring oder Sicherungsmutter.
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Sofern die Komplettierung des Gelenks mit Lagerschale, Gelenkinnenteil und Gehäusedeckel nach dem Fügen des Gelenkgehäuses in das Gegenstück erfolgt, weist das Verfahren insbesondere folgende Vorteile auf:
Die Komplettierung im Gegenstück als quasi integriertes Gelenk bietet die Möglichkeit, Verformungen des Gelenkgehäuses, hervorgerufen durch Toleranzen beim Übermaß im Fügesitz, durch ein Konditionieren der Kunststoff-Lagerschale während oder unmittelbar nach der Montage mittels Wärme auszugleichen (Tempern). Dies stellt einen Vorteil gegenüber serienmäßigen Einpressgelenken dar, die nach dem Fügen in ein aufnehmendes Bauteil nicht mehr mittels Tempern konditioniert werden.
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Sofern das Gelenkgehäuse durch Kaltumformen und/oder Massivumformen hergestellt wird, umfasst die Kontur des Gelenkgehäuses insbesondere den oder einen axialen Endabschnitt, der die Befestigung des oder eines Dichtungsbalges mit externen Spannringen (sog. konventionelles Dichtsystemdesign) erlaubt. Dadurch ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
- a) Serienmäßige Einpressgelenke mit Bund (Sicherungsformschluss) benötigen in diesem Bereich eine Zerspanungsoperation, um den erforderlichen Hinterschnitt zur Befestigung des Dichtungsbalges herzustellen. Gegenüber diesen Gelenken können hierdurch die Herstellkosten gesenkt werden.
- b) Ist kein Hinterschnitt am Gelenkgehäuse vorhanden, muss ein Dichtsystem mit integrierten Spannringen verwendet werden. Dieses System ist gegenüber dem konventionellen Design kostenintensiver. Daher werden mit dem konventionellen Design nochmals Kosten gespart.
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Die Kontur des Gelenkgehäuses erlaubt insbesondere eine einfache Geometrie zur Aufnahme am Gegenstück. Beispielsweise sind keine Hinterschneidungen, z. B. Absätze im radialen Fügebereich erforderlich. Dadurch ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
Das Gegenstück kann unterschiedlicher Art sein, z. B. geschmiedet, gegossen, zerspant oder aus Blechwerkstoff hergestellt.
- a) Insbesondere bei der Verwendung von Blechwerkstoff mit einem aus mehreren Blechen zusammengesetzten Gegenstück kann das Gelenkgehäuse im montierten Zustand die einzelnen Blechelemente untereinander verbinden und diese Verbindung sichern. Diese Verbindung und Sicherung wird insbesondere durch eine dem Nieten ähnliche Wirkung beim Verschließen des Gelenks mit gleichzeitigem Formschluss zum Gegenstück hergestellt.
- b) Sofern eine Gelenkmontage in ein durch Blechumformung hergestelltes Gegenstück in Form eines Flanschbauteils erfolgt, sind an dem Flanschbauteil keine spanenden Bearbeitungsschritte erforderlich. Das Flanschbauteil ist dadurch gegenüber einem geschmiedeten oder gegossenen und spanend bearbeiteten Flanschgehäuse wesentlich kostengünstiger.
- c) Durch die Verwendung von Blechwerkstoffen für die Herstellung des Gegenstücks kann insbesondere
- – das Verhältnis von eingesetztem Materialgewicht zu Bauteilgewicht reduziert werden,
- – die Flanschdicke reduziert werden, da Gießen oder Schmieden verfahrensbedingt eine gewisse Mindestflanschdicke benötigen,
- – durch die Verwendung mehrerer dünnwandiger und belastungsgünstig geformter Bleche der Materialeinsatz nochmals reduziert werden,
- – der Gesamt-Energiebedarf zur Herstellung gegenüber gegossenen oder geschmiedeten Bauteilen reduziert werden, da das Material beim Umformen nicht wie beim Gießen oder Schmieden erwärmt werden muss. Dies beeinflusst die Ökobilanz günstig gegenüber gegossenen oder geschmiedeten Bauteilen.
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Wird an dem Gelenkgehäuse die oder eine Haltenut für den oder einen Dichtungsbalg vorgesehen, so ermöglicht diese insbesondere den Einsatz eines Dichtungsbalgs mit wenigstens einem gehäuseseitig externen Spannring oder ohne gehäuseseitigem Spannring.
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Wird an dem Gelenkgehäuse keine Haltenut für den oder einen Dichtungsbalg vorgesehen, wird insbesondere der Einsatz eines Dichtungsbalgs mit wenigstens einem gehäuseseitig integrierten Spannring bzw. ohne gehäuseseitigen Spannring ermöglicht.
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Das Gelenkgehäuse kann beispielsweise mit umlaufend veränderlicher oder gleicher Höhe ausgeführt werden, z. B. mit länglicher Öffnung im verschlossenen Zustand, um zusätzlichen Widerstand gegen Ausreißen bzw. Aushebeln des Gelenkinnenteils zu erreichen, bei gleichzeitiger Beweglichkeit entsprechend der kinematischen Anforderungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Fahrzeugbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform, welches ein Gegenstück mit einer Gelenkaufnahmeöffnung und ein in dieser fest sitzendes Gelenk aufweist,
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2 eine Schnittansicht eines Gelenkgehäuse des Gelenks,
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3 eine Schnittansicht das Gelenkgehäuses und eines Aufweitungswerkzeugs,
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4 eine Schnittansicht das Gelenkgehäuses und des Aufweitungswerkzeugs, welches in einen axialen Endabschnitt des Gelenkgehäuses eingedrückt wird, sodass dieser aufgeweitet wird,
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5 eine Schnittansicht das Gelenkgehäuses nach dem Aufweiten des axialen Endabschnitts,
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6 eine Schnittansicht des Gegenstücks,
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7 eine Schnittansicht des Gegenstücks und des in die Gelenkaufnahmeöffnung eingesetzten Gelenks in einem vormontierten Zustand,
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8 eine Schnittansicht des Gegenstücks und des in die Gelenkaufnahmeöffnung eingesetzten Gelenks im teilmontierten Zustand, wobei zusätzlich ein Umformwerkzeug zum Verschließen des Gelenkgehäuses und zum Festlegen des Gelenkgehäuses an dem Gegenstück dargestellt ist,
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9 eine Schnittansicht eines Dichtungsbalgs und eines Sicherungsrings und
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10 eine Schnittansicht eines Fahrzeugbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Aus 1 ist eine Schnittansicht eines Fahrzeugbauteils 1 gemäß einer ersten Ausführungsform ersichtlich, welches ein Gegenstück 2 in Form eines Flanschbauteils mit einer Gelenkaufnahmeöffnung 3 und ein in dieser fest sitzendes Gelenk 4 in Form eines Kugelgelenks aufweist. Das Kugelgelenk 4 weist ein Gelenkgehäuse 5 mit einer Gelenkinnenteilöffnung 6 und einer dieser in einer axialen Richtung 7 gegenüberliegenden Montageöffnung 8 auf, die mit einem Gehäusedeckel 9 verschlossen ist. In dem Gelenkgehäuse 5 ist eine als Kugelschale ausgebildete Lagerschale 10 angeordnet, in der ein einen kugelförmigen Lagerbereich 11 umfassendes Gelenkinnenteil 12 in Form eines Kugelzapfens mit seinem Lagerbereich 11 gleitbeweglich gelagert ist. Ferner erstreckt sich das Gelenkinnenteil 12 mit einem Gelenkinnenteilabschnitt 13 durch die Gelenkinnenteilöffnung 6 hindurch aus dem Gelenkgehäuse 5 heraus. Dem Gelenkgehäuse 5 ist eine sich in axialer Richtung 7 erstreckende Längsachse 14 zugeordnet, bezüglich welcher das Gelenkgehäuse 5 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Auch ist die Lagerschale 10 ist bezüglich der Längsachse 14 rotationssymmetrisch ausgebildet. Ferner liegt der Mittelpunkt 15 des kugelförmigen Lagerbereichs auf der Längsachse 14. Dem Gelenkinnenteil 12 ist eine durch den Mittelpunkt 15 des kugelförmigen Lagerbereichs 11 verlaufende Gelenkinnenteillängsachse 16 zugeordnet, bezüglich welcher das Gelenkinnenteil rotationssymmetrisch ausgebildet ist. In dem aus 1 ersichtlichen Zustand des Gelenks 4 fällt die Gelenkinnenteillängsachse 16 mit der Längsachse 14 zusammen. In einem ausgelenkten Zustand des Gelenkinnenteils 12 schließt die Gelenkinnenteillängsachse 16 mit der Längsachse 14 hingegen einen Winkel ein, der größer als 0° ist.
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An seinem gelenkinnenteilöffnungsseitigen Ende weist das Gelenkgehäuse 5 einen ringförmigen axialen Endabschnitt 17 auf, an dessen Außenumfang eine ringförmige Haltenut 18 vorgesehen ist, in der ein Dichtungsbalg 19 mit einem gelenkgehäuseseitigen Ende 20 eingreift und durch einen Sicherungsring 21 gesichert ist. Der Dichtungsbalg 19 weist ferner ein gelenkinnenteilseitiges Ende 22 auf, mit welchem der Dichtungsbalg 10 dichtend an dem Gelenkinnenteilabschnitt 13 des Gelenkinnenteils 12 anliegt. Ferner wird das gelenkinnenteilseitige Ende 22 des Dichtungsbalgs 19 von einem Sicherungsring 23 an dem Gelenkinnenteilabschnitt 13 gehalten.
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Das Gelenkgehäuse 5 weist an seinem Außenumfang eine sich quer zur Längsachse 14 erstreckende, ringförmige Gegenstückanlagefläche 24 auf, mit welcher das Gelenkgehäuse axial an dem Gegenstück 2 anliegt. Ferner weist das Gelenkgehäuse 5 einen sich von der Gegenstückanlagefläche 24 weg erstreckenden und die Montageöffnung 8 umringenden axialen Endbereich 25 auf, der sich auf einer der Gegenstückanlagefläche 24 axial abgewandten Seite des Gegenstücks 2 mit einem freien Ende 26 aus der Gelenkaufnahmeöffnung 3 heraus erstreckt. Zusätzlich weist das Gelenkgehäuse 5 an seinem Innenumfang eine sich quer zur Längsachse 14 erstreckende, ringförmige Gehäusedeckelanlagefläche 27 auf, an welcher der Gehäusedeckel 9 mit einer Innenseite 28 anliegt. Das freie Ende 26 des axialen Endbereichs 25 ist derart umgeformt, dass es sowohl das Gegenstück 2 als auch den Gehäusedeckel 9 quer zur Längsachse 14 teilweise übergreift und sowohl an einer der Innenseite 28 des Gehäusedeckels 9 gegenüberliegenden Außenseite 29 des Gehäusedeckels 9 als auch an der der Gegenstückanlagefläche 24 axial abgewandten Seite des Gegenstücks 2 an dem Gegenstück 2 anliegt.
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Nachfolgend wird die Herstellung des Fahrzeugbauteils 1 unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 beschrieben.
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2 zeigt eine Schnittansicht des Gelenkgehäuses 5 unmittelbar nach seiner Herstellung. Wie aus 2 ersichtlich, ist das freie Ende 26 des axialen Endbereichs 25 noch nicht umgeformt, sondern insgesamt in axialer Richtung 7 gerade. Ferner ist der axiale Endabschnitt 17 noch in axialer Richtung 7 gerade ausgebildet und weist somit nicht die Haltenut 18 auf.
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3 zeigt eine Schnittansicht des Gelenkgehäuses 5 und eines Aufweitungswerkzeugs 30, mittels welchem der axiale Endabschnitt 17 unter Ausbildung der Haltenut 18 an seinem freien Ende 38 aufgeweitet wird. Dazu wird das Aufweitungswerkzeug 30 in axialer Richtung 7 in den axialen Endabschnitt 17 eingedrückt, was aus 4 ersichtlich ist. Anschließend wird das Aufweitungswerkzeug 30 aus dem axialen Endabschnitt 17 entfernt, der nun die Haltenut 18 aufweist, was aus 5 ersichtlich ist.
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Aus 6 ist eine Schnittansicht des Gegenstücks 2 mit seiner Gelenkaufnahmeöffnung 3 ersichtlich, die einen Innendurchmesser 31 aufweist, der kleiner als der Außendurchmesser 32 (siehe 2) des axialen Endbereichs 25 des Gelenkgehäuses 5 unmittelbar nach seiner Herstellung ist. Das Gelenkgehäuse 5 wird nun mit seinem axialen Endbereich 25 voran in die Gelenkaufnahmeöffnung 3 eingepresst, bis die Gegenstückanlagefläche 24 axial an dem Gegenstück 2 anliegt, was aus 7 ersichtlich ist. Ferner wird die Lagerschale 10 auf den Lagerbereich 11 aufgeschnappt und zusammen mit dem Gelenkinnenteil 12 durch die Montageöffnung 8 hindurch in das Gelenkgehäuse 5 eingebracht, wobei das Gelenkinnenteil 12 mit seinem Gelenkinnenteilabschnitt 13 durch die Gelenkinnenteilöffnung 6 hindurch aus dem Gelenkgehäuse 5 herausgeführt wird. Anschließend wird der Gehäusedeckel 9 in die Montageöffnung 8 eingesetzt, bis die Innenseite 28 des Gehäusedeckels 9 an der Gehäusedeckelanlagefläche 27 anliegt. Dieser vormonierte Zustand des Gelenks 4 ist aus 7 ersichtlich.
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Anschließend werden das freie Ende 26 des axialen Endbereichs 25 und ein Umformwerkzeug 33 axial gegeneinander gedrückt, sodass das freie Ende 26 des axialen Endbereichs 25 zu seinem aus 1 ersichtlich Zustand umgeformt wird. Das Umformen des freien Endes 26 des axialen Endbereichs 25 wird in 8 gezeigt, wobei das Umformwerkzeug 33 eine Rollenanordnung mit mehreren rings einer Umformwerkzeugdrehachse 34 angeordneten Rollen 35 umfasst, die axial an das freie Ende 26 des axialen Endbereichs 25 angelegt werden, sodass die Umformwerkzeugdrehachse 24 mit der Längsachse 14 zusammenfällt, wobei die Rollenanordnung um die Umformwerkzeugdrehachse 34 gedreht wird, sodass die Rollen 35 auf dem freien Ende 26 des axialen Endbereichs 25 rollen.
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Anschließend erfolgt ein Temperschritt. Dazu wird das Gelenkinnenteil 12, insbesondere vor dem Umformen des freien Endes 26 und/oder vor seinem Einbringen in das Gelenkgehäuse 5 erwärmt. Alternativ wird das Gelenkinnenteil 12 nach dem Umformen des freien Endes 26 erwärmt. Ergänzend oder alternativ wird zum Tempern bevorzugt das Gelenkgehäuse 5 erwärmt, insbesondere nach dem Umformen des freien Endes 26. Das Erwärmen des Gelenkinnenteils 12 und/oder des Gelenkgehäuses 5 erfolgt vorzugsweise induktiv.
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Anschließend werden der Sicherungsring 21 und der Dichtungsbalg 19 mit dem Sicherungsring 23 bereitgestellt, was aus 9 ersichtlich ist. Der Dichtungsbalg 19 mit dem Sicherungsring 23 wird nun mit seinem gelenkgehäuseseitigen Ende 20 voran über den Gelenkinnenteilabschnitt 13 des Gelenkinnenteils 12 geführt und mit seinem gelenkgehäuseseitigen Ende 20 in die Haltenut 18 eingebracht und dort mit dem Sicherungsring 21 festgelegt, sodass sich das Fahrzeugbauteil 1 gemäß 1 ergibt.
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Aus 10 ist eine Schnittansicht eines Fahrzeugbauteils 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist das Gegenstück 2 aus zwei Blechen 36 und 37 zusammengesetzt, die durch das Gelenkgehäuse 5 zwischen der Gegenstückanlagefläche 24 und dem umgeformten freien Ende 26 des axialen Endbereichs 25 zusammengehalten werden. Abgesehen von diesen Unterschieden stimmt die zweite Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform überein, sodass zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugbauteil
- 2
- Gegenstück
- 3
- Gelenkaufnahmeöffnung
- 4
- Gelenk
- 5
- Gelenkgehäuse
- 6
- Gelenkinnenteilöffnung
- 7
- axiale Richtung
- 8
- Montageöffnung
- 9
- Gehäusedeckel
- 10
- Lagerschale
- 11
- Lagerbereich des Gelenkinnenteils
- 12
- Gelenkinnenteil
- 13
- Gelenkinnenteilabschnitt
- 14
- Längsachse des Gelenkgehäuses
- 15
- Mittelpunkt des Lagerbereichs
- 16
- Gelenkinnenteillängsachse
- 17
- axialer Endabschnitt des Gehäuses
- 18
- Haltenut am axialen Endabschnitt
- 19
- Dichtungsbalg
- 20
- gelenkgehäuseseitiges Ende des Dichtungsbalgs
- 21
- Sicherungsring für Dichtungsbalg
- 22
- gelenkinnenteilseitiges Ende des Dichtungsbalgs
- 23
- Sicherungsring für Dichtungsbalg
- 24
- Gegenstückanlagefläche
- 25
- axialer Endbereich des Gelenkgehäuses
- 26
- freies Ende des axialen Endbereichs
- 27
- Gehäusedeckelanlagefläche
- 28
- Innenseite des Gehäusedeckels
- 29
- Außenseite des Gehäusedeckels
- 30
- Aufweitungswerkzeug
- 31
- Innendurchmesser der Gelenkaufnahmeöffnung
- 32
- Außendurchmesser des axialen Endbereichs
- 33
- Umformwerkzeug
- 34
- Umformwerkzeugdrehachse
- 35
- Rolle des Umformwerkzeugs
- 36
- Blech des Gegenstücks
- 37
- Blech des Gegenstücks
- 38
- freies Ende des axialen Endabschnitts