DE102017131002B4

DE102017131002B4 - Verfahren zur Herstellung eines Schalenbauteils

Info

Publication number: DE102017131002B4
Application number: DE102017131002.9A
Authority: DE
Inventors: Frode Paulsen
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: DE102017131002A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Schalenbauteils (112), insbesondere Kraftfahrzeugbauteils, aus einem extrudierten Leichtmetallstrangpressprofil, wobei das Strangpressprofil (100) ein einseitig offenes Hohlprofil ist und im Querschnitt einen Boden (101) aufweist, und das Schalenbauteil (112) durch längenabschnittsweises Umformen hergestellt wird und während oder nach dem Umformvorgang der Boden (101) plastisch für eine Kalibrierung deformiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (101) durch ein Spreizwerkzeug (107) mittels nach außen (108) wirkenden Kräften gestreckt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schalenbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Schalenbauteile aus Leichtmetall herzustellen. Insbesondere sind dies Schalenbauteile, die als einseitig offene Hohlbauteile hergestellt werden. Als Leichtmetalllegierungen kommen insbesondere Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Es ist jedoch auch bekannt, Schalenbauteile aus anderen Leichtmetalllegierungen herzustellen, beispielsweise aus Magnesiumlegierungen oder anderen Leichtmetallwerkstoffen.
Hierzu wird zunächst ein Strangpressprofil bereitgestellt. Dieses Strangpressprofil kann folglich auch als Leichtmetallstrangpressprofil bezeichnet werden. Das Strangpressprofil weist einen einseitig offenen Hohlquerschnitt auf.
Das Strangpressprofil wird zu einzelnen Profilstücken abgelängt und dann umformtechnisch bearbeitet, so dass ein entsprechendes Schalenbauteil hergestellt wird.
Beispielsweise ist es aus der DE 197 37 715 A1 bekannt, einen Lenker für ein Kraftfahrzeug herzustellen, in dessen Mitte ein Dämpfer angeordnet ist.
Weiterhin ist aus der EP 2 455 244 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers bekannt. Hierbei wird ein Strangpressprofil bereitgestellt, welches im Nachhinein abschnittsweise zur Herstellung des eigentlichen Bauteils umformtechnisch bearbeitet, insbesondere aufgeweitet wird.
Es kann jedoch bei der Herstellung solcher Bauteile in zweierlei Hinsicht ein Problem hinsichtlich der Toleranzen auftreten.
Zum einen ist das Strangpressprofil nach dem Strangpressvorgang Produktionstoleranzen unterlegen, was insbesondere die Öffnung angeht und den Abstand der Schenkel zueinander im Bereich der Öffnung.
Zum anderen treten beim Umformen gerade auch in nicht verformten Bereichen Rückfederungseffekte auf, so dass hier eine weitere Toleranzabweichung auftreten kann.
Aus der WO 2009/071437 A1 ist ein Herstellverfahren für maßhaltige Halbschalen bekannt. Hierbei wird der gesamte Querschnitt zur Herstellung der fertigen Halbschale gestaucht, um den Rückfederungseffekt zu minimieren.
Weiterhin sind aus der JP 2014 159038 A sowie der DE 10 2015 114 943 A1 Verfahren zur Herstellung von Schalenbauteilen bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellverfahren aufzuzeigen, um ein Halbschalenbauteil mit besonders hoher Maßhaltigkeit verfahrenstechnisch einfach und kostengünstig herstellen zu können.
Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Verfahren zur Herstellung eines Schalenbauteils ist insbesondere eingesetzt, um ein Kraftfahrzeugbauteil herzustellen. Das Schalenbauteil wird aus einem extrudierten Leichtmetallstrangpressprofil hergestellt. Das Strangpressprofil ist als einseitig offenes Hohlprofil ausgebildet und weist im Querschnitt einen Boden auf.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das Schalenbauteil durch zumindest längenabschnittsweises Umformen hergestellt wird und während oder nach dem Umformvorgang der Boden plastisch für eine Kalibrierung deformiert wird. Längenabschnittsweises Umformen bedeutet, dass die Querschnitte in zumindest einem Längenabschnitt umformtechnisch verändert werden.
Das Schalenbauteil ist insbesondere als Kraftfahrzeugbauteil und besonders bevorzugt als Lenker hergestellt aus einer Leichtmetalllegierung, bevorzugt einer Aluminiumlegierung. Im Querschnitt selbst ist das Strangpressprofil zur Herstellung des Schalenbauteils C-förmig, U-förmig, H-förmig, Omega-förmig oder als Hutprofil bereits durch das Strangpressen konfiguriert. Dies bedeutet, das Strangpressprofil weist im Querschnitt im Wesentlichen einen Boden auf und von dem Boden zwei abstehende Schenkel. Optional können am Ende der Schenkel wiederum abstehende Flansche ausgebildet sein. Auch können vier Schenkel abstehen, wie es bei einem H-Profil der Fall ist. Insbesondere zeichnet sich das Strangpressprofil jedoch durch einen die Schenkel verbindenden Boden aus. Gegenüber dem Boden ist das Strangpressprofil geöffnet ausgebildet.
Dadurch, dass zunächst ein Strangpressprofil hergestellt wird, ist es nicht nötig, das gesamte Schalenbauteil über seine vollständige Länge im jeweiligen Querschnitt umzuformen. Insbesondere werden nur die Endbereiche und/oder Anbindungsbereiche umformtechnisch bearbeitet. Damit sich dann jedoch eine hohe Maßhaltigkeit einstellt, wird das Bauteil kalibriert. Hierzu wird insbesondere ein nicht durch den eigentlichen Umformvorgang selbst umgeformter Boden plastisch deformiert. Diese plastische Deformation sorgt gleichzeitig für eine Kalibrierung auch dieses Bereiches.
Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass sich damit die Nominalgeometrie an dem fertig hergestellten Schalenbauteil einstellen lässt. Darüber hinaus werden Rückfederungseffekte vermieden. In dem Schalenbauteil selbst werden Druckeigenspannungen erzeugt, die zu einer Minimierung der Rückfederungseffekte führen.
Besonders bevorzugt wird das Extrusionsprofil somit untermaßhaltig hergestellt. Die Untermaßhaltigkeit bezieht sich auf die einzustellende Nominalkontur des hergestellten Schalenbauteils im Querschnitt, insbesondere im Querschnitt in den Längenabschnitten, in denen keine Umformung des Querschnitts während des Umformvorganges vorgenommen wird.
Erfindungsgemäß hat es sich nunmehr weiterhin herausgestellt, dass der Boden quer zur Extrusionsrichtung plastisch deformiert wird und dies ein Streckvorgang nach außen ist. Dies erfolgt durch ein Spreizwerkzeug mittels nach außen wirkenden Kräften, so dass der Boden gestreckt bzw. geweitet wird. Optional kann weiterhin ein Außenwerkzeug bzw. Gegenhalterwerkzeug eingesetzt werden, so dass im Rahmen der Erfindung in Verbindung mit dem Spreizwerkzeug besonders gute Ergebnisse erhalten werden.
Die plastische Verformung wird durch ein Strecken des Bodens quer zur Extrusionsrichtung insbesondere derart durchgeführt, dass um größer 0,5 mm, insbesondere größer gleich 1,0 mm eine Streckung bzw. Verbreiterung des Bodens stattfindet. Auch kann der Boden um mehr als 0,5 %, insbesondere um größer gleich 1,0 % seiner Breite gestreckt werden. Die Streckung selbst sollte dann jedoch nicht größer als 5,0%, insbesondere nicht größer als 4,0% sein, besonders bevorzugt nicht größer als 2,0%.
Insbesondere werden quer zur Extrusionsrichtung verlaufende Druckeigenspannungen eingestellt, die 5,0 % bis 20,0 % der Streckgrenze der eingesetzten Leichtmetalllegierung im ausgelagerten/gehärteten Zustand entsprechen und bevorzugt einer im Fahrbetrieb hervorgerufenen lastbedingten Zugkraft und Torsionskraft entgegenwirken. Die Druckeigenspannungen liegen beispielsweise zwischen 10 MPa und 50 MPa. Die Druckeigenspannungen werden insbesondere durch die plastische Verformung des Bodens eingebracht.
Diese Bearbeitung des Bodens kann insbesondere in Kombination mit Prägevorgängen des Schenkels erfolgen. Somit können beispielsweise die seitlichen Schenkel des herzustellenden Schalenbauteils durch einen Prägevorgang deformiert werden. Der Boden selbst bliebe während des eigentlichen Präge- bzw. Umformvorganges in seiner Ausgangskonfiguration. Erfindungsgemäß wird dieser nunmehr jedoch auch gestreckt, um dann eine besonders gut Maßhaltigkeit des hergestellten Schalenbauteils auch in diesen Längenabschnitten zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist es optional auch möglich, dass in Extrusionsrichtung des Strangpressprofils eine plastische Deformation, insbesondere ein Expandieren bzw. Strecken, des Bodens ausgeführt wird. Dies kann sich weiterhin vorteilig auf die Maßhaltigkeit auswirken.
Das hergestellte Schalenbauteil weist in den übrigen Längenabschnitten dann während des Umformvorganges aufgeweitete und/oder gestauchte Querschnitte bzw. auch durch Prägen veränderte Querschnitte auf. In diesen Längenabschnitten kann unter Umständen auch der Boden bereits plastisch mit deformiert werden, so dass dadurch eine Kalibrierung während des Umformvorganges selbst stattfindet.
Dem hergestellten Schalenbauteil ist es ansehbar, dass das Schalenbauteil insbesondere auch in den durch den eigentlichen Umformvorgang nicht oder unwesentlich umgeformten Bereichen einen plastisch deformierten Boden aufweist, so dass durch die Erfindung auch ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil geschützt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei hochfesten oder höchstfesten Aluminiumlegierungen zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt werden hierzu 6.000er oder 7.000er Aluminiumlegierungen verwendet.
Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachfolgend beschriebener Lenker aus einem Aluminiumstrangpressprofil hergestellt werden, aber es sind auch weitere Bauteile wie beispielsweise Längsträger, Stoßfängerquerträger, Schweller oder Dachrahmen möglich.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Lenker besteht aus einem Aluminiumstrangpressprofil mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und einem diese verbindenden Mittelabschnitt mit einem Boden, zwei im Wesentlichen senkrecht davon abgewinkelten längsseitigen zueinander beabstandeten Seitenwänden mit einer Höhe H und im Wesentlichen senkrecht von den Seitenwänden an deren freien Ende abgewinkelten Flanschen, wobei der erste Endabschnitt einen ersten Anbindungsbereich aufweist, der zweite Endabschnitt einen zweiten Anbindungsbereich aufweist und der Mittelabschnitt mindestens einen dritten Anbindungsbereich aufweist, wobei die Seitenwände in dem ersten Anbindungsbereich und in dem mindestens einen dritten Anbindungsbereich einen gleichen Abstand A aufweisen und die Seitenwände in dem zweiten Anbindungsbereich einen demgegenüber größeren Abstand B aufweisen.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Lenker besteht bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung der 6000er oder 7000er Serie. Insbesondere ist ein Aluminiumwerkstoff mit der Spezifikation 6060 oder 6082 vorteilhaft. Durch diese hochfesten Aluminiumlegierungen lässt sich eine hohe Steifigkeit bei relativ dazu geringem Gewicht erreichen.
Dies wird unterstützt durch die Ausgestaltung mit einem Boden, zwei im Wesentlichen senkrecht davon abgewinkelten längsseitigen zueinander beabstandeten Seitenwänden mit einer Höhe H und im Wesentlichen senkrecht von den Seitenwänden an deren freien Ende abgewinkelten Flanschen. Im Querschnitt ergibt sich hier ein hutförmiges Profil, das in Einbaulage nach oben geöffnet ist, so dass die Anforderungen an Steifigkeiten, Knickkräfte und Betriebsfestigkeiten in einfacher Weise durch die geometrische Ausgestaltung des Lenkers erfüllt werden können. Ein derartiger Lenker ist folglich auch einfach skalierbar hinsichtlich der Belastungsanforderungen in unterschiedlichen Automobiltypen.
Grundsätzlich ist der erste Anbindungsabschnitt zur radseitigen Anbindung des Lenkers vorgesehen, wohingegen der zweite Anbindungsbereich für die fahrzeugseitige Anbindung des Lenkers vorgesehen ist. Der zumindest eine dritte Anbindungsbereich dient der Anbindung einer weiteren Komponente einer Fahrzeugaufhängung, beispielsweise eine Feder-Dämpfer-Kombination, eines Feder-Dämpfer-Elements, eines Antirollbars oder einer Koppelstange.
Eine Feder-Dämpfer-Kombination meint hier getrennt voneinander an dem Lenker angeordnete Feder und Dämpfer, während ein Feder-Dämpfer-Element beide Bauteile integriert hat.
Die Ausgestaltung des Lenkers als Aluminiumstrangpressprofil hat insbesondere den Vorteil, dass er besonders schlank ausgestaltet werden kann. Die Seitenwände des zugrundeliegenden Profils werden mit einem Abstand A erzeugt, der dem minimal notwendigen Abstand der Seitenwände des fertigen Lenkers entspricht, um allen Belastungsanforderungen gerecht zu werden. Bedarfsgerecht kann das Profil an den Stellen aufgeweitet werden, wo ein größerer Abstand benötigt wird. Bei einem Blechbauteil hingegen werden anspruchsvollere Umformprozesse benötigt, wobei zumeist die Biegeradien nach unten begrenzt sind. Insgesamt ist man in der Formgebung eingeschränkter. Bei einem erfindungsgemäßen Lenker ist der Materialausnutzungsgrad hoch und der Lenker hinsichtlich seines Gewichts und seiner Kosten optimiert.
Gleichzeitig wird der Lenker einstückig hergestellt und lediglich im Nachgang beschnitten und/oder umgeformt, so dass keine Schweißverbindungen oder dergleichen zusätzliche und kostenintensive Arbeitsschritte notwendig sind.
Neben einer Aufweitung in dem zweiten Endabschnitt kann beispielsweise auch eine Aufweitung in dem Mittelabschnitt vorgesehen sein.
Weiterhin kann das Profil auch einen gebogenen Verlauf aufweisen.
Bevorzugt sind die Seitenwände in den Anbindungsbereichen jeweils lokal um ein Maß M nach innen verlagert.
Durch diese Maßnahme wird der Einbau des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lenkers stark vereinfacht. Grundsätzlich wird ein solcher Lenker zuerst mit dem ersten und zweiten Endabschnitt mit dem Radträger beziehungsweise der Karosserie verbunden. Die Verbindung erfolgt zumeist über Gummi- oder Gummi-Metall-Lager, die in dem ersten und zweiten Anbindungsbereich zwischen den Seitenwänden angeordnet werden und eine gelenkige Anbindung herstellen. Der Lenker wird schraubtechnisch an Radträger oder Karosserie festgelegt wodurch der Lenker beim Einbau in sich verspannt wird. Beim Festziehen der Schraube werden die Seitenwände aufeinander zubewegt. Zudem können die Innenhülsen der Gummilager außerhalb der Toleranzen liegen und zu kurz sein. Beides führt dazu, dass der Abstand der Seitenwände toleranzbedingt im Bereich des zumindest einen dritten Anbindungsbereichs kleiner wird, als konstruktiv vorgesehen. Das bedeutet, dass ein Dämpfer oder eine Feder-Dämpfer-Einheit nicht mehr in das Profil eingeführt und montiert werden kann. Es ist daher üblich, dass das Profil auch im Bereich des zumindest einen dritten Anbindungsbereichs aufgeweitet wird, um derartige Montagetoleranzen zu berücksichtigen. Dies jedoch führt zu einer zumindest lokalen Verbreiterung des Lenkers, der dann mehr Bauraum benötigt, und ein weiterer Verfahrensschritt ist notwendig, was die Herstellung verteuert.
Die Lösung besteht darin, den Abstand A der Seitenwände des Strangpressprofils in der Herstellung größer zu gestalten, als konstruktiv im eingebauten Zustand vorgesehen. Die Seitenwände werden dann lokal nach innen verlagert, beispielsweise geprägt oder anderweitig verformt. Durch diese lokale Verlagerung kann der Abstand der Seitenwände kontrolliert und genau eingestellt werden. Der Abstand A kann dabei so gewählt werden, dass Toleranzabweichungen bei der Produktion des Aluminiumstrangpressprofils keinen Einfluss mehr nehmen.
Besonders bevorzugt ist das Maß M der lokalen Verlagerung in dem mindestens einen dritten Anbindungsbereich kleiner ist als das Maß M der lokalen Verlagerung in dem ersten oder zweiten Anbindungsbereich.
Das bedeutet, dass der Abstand der Seitenwände an den lokalen Verlagerungen in dem ersten oder zweiten Anbindungsbereich kleiner als an den lokalen Verlagerungen in dem mindestens einen dritten Anbindungsbereich. Folglich können Produktionstoleranzen und beim Einbau des Lenkers auftretende Maßabweichung durch die Verspannung des Lenkers wie oben beschrieben mit berücksichtigt werden, ohne dass das gesamte Profil bereichsweise aufgeweitet werden muss. Vielmehr kann derselbe Effekt durch die unterschiedlich tiefen Verlagerungen abgebildet werden. Selbst wenn beim Einbau die Seitenwände stärker aufeinander zubewegt werden als vorgesehen, kann dies durch die unterschiedlichen Maße M der Verlagerungen berücksichtigt werden, indem das Maß der Verlagerung in dem dritten Anbindungsbereich so gewählt wird, dass selbst bei extremen Abweichungen aller Toleranzen genügend Platz zwischen den Seitenwänden verbleibt, um eine Feder-Dämpfer oder eine Feder-Dämpfereinheit einzuführen.
Ein weiterer Vorteil der lokalen Verlagerungen besteht darin, dass an den bearbeiteten Stellen die Seitenwände parallel zueinander ausgerichtet werden und so produktions- oder verarbeitungsbedingte Abweichungen kompensiert werden können. Es werden mithin definierte Anlageflächen für Anbindungselemente wie Gummilagerhülsen oder Schrauben geschaffen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Boden in dem zweiten Endabschnitt eine sich in Längsrichtung des Lenkers erstreckende Ausnehmung auf. Die Längsrichtung meint hier die Raumrichtung, in die der Lenker sich von seinem ersten Endabschnitt zu seinem zweiten Endabschnitt erstreckt.
Die Ausnehmung ermöglicht eine Aufweitung des Lenkers in dem zweiten Endabschnitt, ohne dass es dabei zu Materialrissen oder anderen lebensdauerschädlichen Schädigungen des Lenkers kommt. Durch den Beschnitt des Bodens können die Seitenwände des Lenkers problemlos nach außen aufgeweitet werden.
Besonders bevorzugt beträgt in dem zweiten Endabschnitt das Verhältnis des Abstandes B der Seitenwände zu einer Länge C der Ausnehmung von 0,2 bis 0,8, bevorzugt von 0,3 bis 0,6, besonders bevorzugt von 0,4 bis 0,5. Beim Aufweiten des zweiten Endabschnittes kann es besonders in einem Übergangsabschnitt, in dem sich der ursprüngliche Abstand A der Seitenwänden zu dem Abstand B der Seitenwände in dem zweiten Endabschnitt vergrößert, zu plastischen Verformungen kommen. Diese plastischen Verformungen können über die Lebensdauer des Lenkers zu Schädigungen führen, so dass dieser versagt und ausgetauscht werden muss. Daher sollen diese plastischen Verformungen vermieden werden. Damit die Seitenwände in dem zweiten Endabschnitt so aufgeweitet und verlagert werden können, ist ein möglichst langer und tiefer Beschnitt des Bodens notwendig. Gleichzeitig darf die Ausnehmung nicht zu tief sein, damit die Gesamtsteifigkeit des Lenkers gewahrt bleibt.
Bevorzugt ist die Höhe der Seitenwände über die gesamte Länge des Lenkers konstant. Dies lässt sich durch die Ausgestaltung als Aluminiumstrangpressprofil hervorragend realisieren und führt zu einem schlanken Aufbau des Lenkers und somit zu einer Optimierung hinsichtlich des Bauraums.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Aluminiumstrangpressprofil über seinen Querschnitt variierende Wanddicken aufweist. Das bedeutet, dass über den hutförmigen Querschnitt des Profils betrachtet Boden, Seitenwände und/oder Flansche unterschiedlich große Wanddicken aufweisen. Dabei ist es möglich, dass die Wanddicke des Bodens, der Seitenwände und/oder der Flansche selbst variiert. Tendenziell ist die Wanddicke der Seitenwände größer als die Wanddicke des Bodens und der Flansche. Dies dient insbesondere der Gewichtsoptimierung des Lenkers. Die Steifigkeit des Lenkers hängt insbesondere von der Dicke der Seitenwände ab. Also kann die Wanddicke der Seitenwände auf die entsprechende Belastung hin ausgelegt werden, wohingegen beispielsweise Boden und/oder Flansche dünner ausgestaltet werden können, da sie zu Knicksteifigkeit des Lenkers keinen Beitrag leisten. Durch die unterschiedlichen Wanddicken wird das Material des Lenkers also belastungsgerecht verarbeitet.
Darüber hinaus ist es auch möglich, in Längsrichtung des Lenkers abschnittsweise die Wanddicke zu variieren, beispielsweise um ein vorgesehenes Knickverhalten im Crashfall zu ermöglichen oder Anbindungsbereiche besonders stabil auszugestalten.
Weiterhin ist eine Gewichtsoptimierung möglich, indem in Boden, Seitenwände und/oder Flansche Ausnehmungen eingebracht werden oder der Boden, die Seitenwände und/oder die Flansche beschnitten werden.
In bevorzugter Weise verlaufen die Seitenwände in dem ersten Endabschnitt und in dem Mittelabschnitt parallel mit gleichbleibendem Abstand. Dies führt zu einer kostengünstigen Herstellungsweise des Lenkers, da das ursprüngliche Strangpressprofil auf die Endabmessungen des Lenkers hin ausgelegt werden kann. Es wird dann lediglich der zweite Endabschnitt mechanisch bearbeitet, mithin aufgeweitet, während der erste Endabschnitt und der Mittelabschnitt unverändert belassen werden können. Dadurch wird ein schlanker Bau des Lenkers kombiniert mit geringem Platz und Materialbedarf ermöglicht. Dadurch, dass die Seitenwände parallel zueinander verlaufen, wird eine ideale Anlagefläche für Gummilagerhülsen bzw. Schrauben und dergleichen bereitgestellt. Auch das Einbringen der lokalen Verlagerungen in den Anbindungsbereichen wird vereinfacht, da lediglich ein Prägevorgang vorgenommen werden muss, wobei die Kraftwirkung senkrecht zur Oberfläche liegt.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem zweiten Endabschnitt auf den Mittelabschnitt ein Übergangsabschnitt folgt, in dem der Abstand A der Seitenwände gleichmäßig zu einem Abstand B ansteigt. Diese Ausgestaltung des Lenkers führt dazu, dass die unter Belastung auf den Lenker wirkenden Kräfte gleichmäßiger verteilt werden und Spannungsspitzen vermieden werden. Diese materialschonende konstruktive Maßnahme führt zu einer höheren Lebensdauer des Lenkers.
Besonders bevorzugt verlaufen in dem zweiten Endabschnitt nach dem Übergangsabschnitt parallel mit gleichbleibenden Abstand B. Die Vorteile des parallelen Verlaufs der Seitenwände wurden obenstehend bereits diskutiert. Insbesondere befindet sich in diesem Teil des Endabschnitts, wo die Seitenwände parallel zueinander verlaufen, auch der zweite Anbindungsbereich. Dadurch, dass die Seitenwände parallel zueinander verlaufen, wird eine ideale Anlagefläche für Gummilagerhülsen bzw. Schrauben und dergleichen bereitgestellt. Auch das Einbringen der lokalen Verlagerungen in den Anbindungsbereichen wird vereinfacht, da lediglich ein Prägevorgang vorgenommen werden muss, wobei die Kraftwirkung senkrecht zur Oberfläche liegt.
Weiterhin bevorzugt weisen die Anbindungsbereiche Anbindungseinrichtungen auf. Dabei handelt es sich grundsätzlich um Elemente, die an dem Lenker ausgebildet sind oder daran angebracht sind, um Gummilager oder Gummi-Metall-Lager oder ein Kugelgelenk oder dergleichen mit dem Lenker zu verbinden und seine Verbindung zum Radträger oder zur Karosserie zu ermöglichen. Dabei kann es sich insbesondere um Durchbrüche handeln, die fluchtend zueinander in die Seitenwände eingebracht sind. Ein Gummilager kann dann zwischen den beiden Seitenwänden angeordnet werden, so dass die Innenhülse des Gummilagers fluchtend mit den Durchbrüchen angeordnet ist, damit eine Schraube, die Durchbrüche und die Gummilagerinnenhülse durchgreifen kann.
Ebenso kann ein Feder-Dämpfer-Element beispielsweise über zu den Anbindungseinrichtungen korrespondierende Ausnehmungen verfügen, so dass mittels einer Schraube das Feder-Dämpfer-Element an den Lenker angebunden werden kann.
Besonders bevorzugt sind die Seitenwände an den Anbindungseinrichtungen nach innen verlagert. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Ausdehnung der lokal verlagerten Seitenwände mit einer Anlagefläche eines Anbindungselements beispielsweise eines Gummilagers oder einer Schraube korrespondiert. Die lokalen Verlagerungen werden demnach lediglich an den Stellen der Seitenwände bzw. der Anbindungsbereiche vorgenommen, wo sie notwendig sind, um eine definierte Anlagefläche herzustellen, um definierte Anlageflächen zur Verfügung zu stellen, an denen Schraubenköpfe oder Gummilagerinnenhülsen zur Anlage kommen können. Das bedeutet, dass das zu verlagernde Material des Lenkers minimiert wird, was wiederum den Herstellungsprozess des Lenkers vereinfacht.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Anbindungseinrichtungen in Längsrichtung des Lenkers mit gleichem Abstand zum Boden ausgebildet sind. Das bedeutet mit anderen Worten, dass, in Längsrichtung des Lenkers betrachtet, alle Anbindungseinrichtungen auf gleicher Höhe liegen. Dadurch werden ideale Hebel eingestellt, um die auf den Lenker wirkenden Kräfte optimal aufzunehmen und zu übertragen.
In besonders vorteilhafter Weise beträgt das Verhältnis eines Abstandes E der Anbindungseinrichtungen des ersten und dritten Anbindungsbereichs zu einem Abstand F der Anbindungseinrichtungen des ersten und zweiten Anbindungsbereichs von 0,5 bis 0,1, bevorzugt von 0,2 bis 0,3. Je nach Ausgestaltung des Fahrwerks und der zu erwartenden Achslast kann so die Kraftübertragung optimiert werden. Unter Einbeziehung des vorhandenen Bauraums kann der Hubweg für das Feder-Dämpfer-Element oder die Feder-Dämpfer-Kombination maximiert werden, so dass möglichst geringe Kräfte wirken und eine möglichst geringe Dämpfung notwendig wird, was die Gesamtauslegung des Lenkers optimiert.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein zwischen einer Seitenwand und einem Flansch angeordneter Bogen, zumindest bereichsweise mit einer Fase versehen ist. Durch das Einbringen einer solchen Fase wird an einer der oberen Kante zwischen Seitenwand und Flansch des Lenkers in Querrichtung des Lenkers etwas mehr Raum geschaffen, was die Freigängigkeit des Feder-Dämpfer-Elements oder der Feder-Dämpfer-Kombination verbessert, wodurch wiederum die Einsatzfähigkeit des gesamten Lenkers im Fahrbetrieb verbessert wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers aus einem Aluminiumstrangpressprofil mit folgenden Schritten:

- Bereitstellung eines Aluminiumstrangpressprofils mit einem Boden, zwei im Wesentlichen senkrecht davon abgewinkelten Seitenwänden und im Wesentlichen senkrecht von den Seitenwänden an deren freien Ende abgewinkelten Flanschen
- mechanische Bearbeitung des Aluminiumstrangpressprofils zur Ausbildung zumindest eines Anbindungsbereichs
- Beschneiden des Bodens in zumindest einem Profilende des Aluminiumstrangpressprofils, so dass eine sich in Längsrichtung des Aluminiumstrangpressprofils erstreckende Ausnehmung entsteht
- Aufweiten des Profilendes
- zumindest bereichsweises Nachschneiden der Kanten des ersten Beschnitts nach dem Aufweiten,
- wobei der Lenker durch plastisches Deformieren des Bodens kalibriert wird.

Zur Verwendung kommen hier insbesondere Aluminiumlegierungen der 6000er und 7000er Reihe. Insbesondere handelt es sich um eine Aluminium- Legierung 6082. Das Aluminiumstrangpressprofil weist mit einem Boden, zwei im Wesentlich senkrecht davon abgewinkelten Seitenwänden und im Wesentlichen senkrecht von den Seitenwänden an deren freien Ende abgewinkelten Flanschen ein Hutprofil auf. Die Seitenwände sind voneinander in einem Abstand A beabstandet und weisen eine Höhe H auf. Dieser Abstand A bleibt in einem ersten Endabschnitt und in einem Mittelabschnitt des späteren Lenkers erhalten. Der zweite Endabschnitt, der aufgeweitet wurde, weist einen größeren Abstand B zwischen den Seitenwänden auf.
Bei der mechanischen Bearbeitung zur Ausbildung des zumindest einen Anbindungsbereichs können jegliche Verfahren zur spanenden und schneidenden Bearbeitung, aber auch umformtechnische Verfahren zum Einsatz kommen.
Beim Aufweiten des Profilendes kann es aber dazu kommen, dass die Beschnittkanten des zuvor erfolgten Beschnitts des Bodens Einkerbungen oder Risse erleiden. Solcherlei Fehlstellen wirken sich aber lebensdauerverkürzend aus, da im laufenden Betrieb dort größere Risse ihren Anfang nehmen können, was zu einem Versagen des Lenkers führt. Daher werden die Kanten des ersten Beschnitts nach dem Aufweiten zumindest bereichsweise nachgeschnitten, um glatte und riss- bzw. kerbfreie Schnittkanten zu erhalten. Dadurch kann in einfacher Art und Weise ein stabiler und lebensdauerfester Lenker erzeugt werden.
Bevorzugt wird der Boden derart beschnitten, dass eine V-förmige oder U-förmige Ausnehmung entsteht. Durch diese Maßnahme wird ebenfalls eine plastische Verformung des Materials während des Aufweitens vermieden. Der V-förmige Beschnitt erfolgt in der Art, dass die Ausnehmung am Ende des Lenkers ihre größte Ausdehnung in Querrichtung hat und in Richtung des Mittelabschnitts des Lenkers schmaler wird. Bei einem U-förmigen Beschnitt verlaufen die Beschnittkanten parallel zu den Seitenwänden. Bevorzugt läuft die Ausnehmung zur Lenkermitte hin in einem in etwa halbkreisförmigen Beschnitt aus. Dadurch wird sichergestellt, dass die beim Aufweiten auf die Seitenwände wirkenden Kräfte nicht zu einer plastischen Verformung des Materials der Seitenwände führen und es zu keinen Rissen oder Materialausdünnungen kommt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass bei der Ausbildung des zumindest einen Anbindungsbereichs die Seitenwände lokal um ein Maß M nach innen verlagert werden. Diese lokale Verlagerung hat Vorteile hinsichtlich des späteren Einbaus des Lenkers in das Fahrzeug. Bezüglich der Vorteile wird im Detail auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenker verwiesen.
Weiterhin bevorzugt werden in den Anbindungsbereichen Anbindungseinrichtungen ausgebildet. Beispielsweise können durch mechanische Bearbeitung sich gegenüberliegende, fluchtend ausgerichtete Durchbrüche erzeugt werden, die später von einer Schraube durchgriffen werden, um ein Gummilager zwischen den Seitenwänden festzulegen.
Das Ausbilden der Anbindungsbereiche und der Anbindungseinrichtungen kann zeitgleich erfolgen aber auch in getrennten Arbeitsschritten.
Ebenso können die einzelnen Schritte zum Beschnitt des Lenkers und die Schritte zur mechanischen Bearbeitung in weitestgehend beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
Besonders bevorzugt werden mehrere Anbindungsbereiche ausgebildet, wobei das Maß M der lokalen Verlagerung in zumindest zwei Anbindungsbereichen unterschiedlich groß ausgebildet ist. Auch hier wird hinsichtlich der erfinderischen Wirkung der lokalen Verlagerungen auf das oben stehende verwiesen. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird hier deutlich, dass in äußerst einfacher Art und Weise die lokalen Verlagerungen hergestellt werden können. Dies kann beispielsweise vor oder nach dem Aufweitvorgang oder auch gleichzeitig mit diesem geschehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass an einem zwischen einer Seitenwand und einem Flansch angeordneten Bogen zumindest bereichsweise eine Fase ausgebildet wird. Diese Fase kann beispielsweise durch eine mechanische Umformung erzeugt werden, beispielsweise eine erneute Prägung. Sie kann vor, nach oder gleichzeitig mit dem Aufweiten des Endabschnitts erzeugt werden.
Wird das Einbringen der lokalen Verlagerungen sowie der Fase gleichzeitig mit dem Aufweiten des Endabschnitts in demselben Werkzeug durchgeführt, so führt dies zu einer besonders effizienten Herstellung des Lenkers, da mehrere Arbeitsschritte in einen einzigen Vorgang integriert werden können.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Aluminiumstrangpressprofil nach seiner Herstellung und vor der weiteren Bearbeitung lösungsgeglüht und abgeschreckt wird. Dadurch wird das Strangpressprofil in einen verarbeitbaren Zustand gebracht, wobei die weitere Verarbeitung wie das Beschneiden oder Aufweiten innerhalb einer gewissen Zeit nach dem Abschrecken erfolgen muss, damit die Verarbeitbarkeit nicht durch die einsetzende natürliche Durchhärtung gefährdet wird.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der fertig geformte Lenker einem Alterungsprozess, insbesondere einer Warmauslagerung, unterzogen wird. Der Alterungsprozess führt dazu, dass der Lenker vollständig durchhärtet und seine für eine hohe Lebensdauer notwendige Steifigkeit erhält.
Die nachfolgenden Figuren beschreiben die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen

1 einen erfindungsgemäßen Lenker in einer perspektivischen Ansicht,
2 einen erfindungsgemäßen Lenker in der Draufsicht,
3 einen Schnitt I-I gemäß 2,
4 einen Schnitt II-II gemäß 2,
5 einen Schnitt III-III gemäß 2,
6 einen Schnitt IV-IV gemäß 2,
7 einen Schnitt V-V gemäß 2,
8 einen Schnitt VI-VI gemäß 2,
9a bis e Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Lenkers,
10a und 10b ein Strangpressprofil sowie ein jeweiliger Querschnitt durch ein Werkzeug während der Herstellung vor dem Umform- und Kalibrierprozess,
11a und 11b das Bauteil sowie einen Querschnitt durch das Umformwerkzeug während des Herstellungsprozesses,
12a und 12b das hergestellte Schalenbauteil sowie das Werkzeug im Querschnitt nach Abschluss des Umformprozesses,
13a und 13b die Ansicht aus 12 während des Kalibrierprozesses und
14a und 14b das hergestellte Schalenbauteil und das Umformwerkzeug im Querschnitt nach Abschluss des Kalibrierprozesses.

In 1 ist eine Lenker 1 dargestellt, der aus einem Aluminiumstrangpressprofil hergestellt ist. Er umfasst einen ersten Endabschnitt 2, einen zweiten Endabschnitt 3 und einen diese verbindenden Mittelabschnitt 4. Der Lenker 1 weist zudem einen Boden 5, zwei im Wesentlichen senkrecht davon abgewinkelte und längsseitig zueinander beabstandete Seitenwände 6, 7 mit einer Höhe H und im Wesentlichen senkrecht von den Seitenwände 6, 7 an deren freien Ende abgewinkelte Flansche 8, 9 auf. Der erste Endabschnitt 2 weist einen ersten Anbindungsbereich 10 auf. Der zweite Endabschnitt 3 weist einen zweiten Anbindungsbereich 11 auf. Der Mittelabschnitt 4 weist einen dritten Anbindungsbereich 12 auf. Der Abstand A der Seitenwände 6, 7 in dem ersten Anbindungsbereich 10 und in dem dritten Anbindungsbereich 12 ist jeweils gleich groß. Demgegenüber weisen die Seitenwände 6, 7 in dem zweiten Anbindungsbereich 11 einen größeren Abstand B auf.
Der ersten Anbindungsbereich 10 weist eine Anbindungseinrichtung 19 auf, die durch zwei Durchbrüche gebildet wird, die in den Seitenwänden 6, 7 fluchtend zueinander ausgebildet sind. In diesen ersten Anbindungsbereich 10 kann ein nicht näher dargestelltes Gummilager eingesetzt werden, wobei beispielsweise eine Schraube die Durchbrüche der Anbindungseinrichtung 19 sowie eine Gummilagerinnenhülse durchgreift. In dem ersten Anbindungsbereich 10 sind die Seitenwände 6, 7 lokal um die Durchbrüche der Anbindungseinrichtung 19 herum nach innen verlagert. Es sind dort Verlagerungen 13, 14 ausgebildet. Alle in diesem Zusammenhang genannten Verlagerungen können auch Verprägungen genannt werden bzw. werden die Verlagerungen durch Verprägen hergestellt.
Auch in dem zweiten Anbindungsbereich 11 kann ein nicht näher dargestelltes Gummilager eingesetzt werden, das ebenfalls mit einer Schraube gehalten werden kann, wobei die Schraube die Gummilagerinnenhülse, sowie zwei Durchbrüche, die die Anbindungseinrichtung 21 des zweiten Anbindungsbereiches 11 bilden, durchgreift. Im Bereich der Durchbrüche sind wiederum Verlagerungen 17, 18 ausgebildet.
Auch in dem dritten Anbindungsbereich 12 sind Durchbrüche vorhanden, die eine Anbindungseinrichtung 20 bilden. Hier kann beispielsweise das Anbindungsende einer nicht näher dargestellten Feder-Dämpfer-Einheit eingeführt werden und schraubtechnisch an den Lenker 1 angebunden werden. Auch in dem dritten Anbindungsbereich 12 ist die jeweilige Seitenwand 6, 7 lokal nach innen verlagert, so dass sich Verlagerungen 15, 16 ausbilden.
In der Draufsicht der 2 wird das Verhältnis der einzelnen Abmessungen des Lenkers 1 deutlich. Es ist klar zu erkennen, dass die Seitenwände 6, 7 in dem ersten Endabschnitt 2 und in dem Mittelabschnitt 4 mit einem Abstand A zueinander beabstandet sind und in dem ersten Endabschnitt 2 und in dem Mittelabschnitt 4 parallel zueinander bei gleichbleibenden Abschnitt A, verlaufen. Erst in dem zweiten Endabschnitt 3 wächst der Abstand in einem Übergangsabschnitt 30 stetig an und bis schließlich die Seitenwände 6, 7 wieder in einem Abstand B parallel zueinander verlaufen.
Deutlich ist eine Ausnehmung 22 in dem zweiten Endabschnitt 3 zu erkennen, die sich in Längsrichtung des Lenkers erstreckt. Die Ausnehmung 22 weist eine Länge C auf. Die Ausnehmung 22 ist im Wesentlichen V-förmig und läuft zur Mitte des Lenkers hin halbkreisförmig aus. Sie wird durch einen Beschnitt des Bodens 5 gefolgt von einer Aufweitung des zweiten Endabschnitts 3 erzeugt.
Das Verhältnis des Abstandes B der Seitenwände zu einer Länge C der Ausnehmung beträgt von 0,2 bis 0,8, bevorzugt von 0,3 bis 0,6, besonders bevorzugt von 0,4 bis 0,5. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis von B zu C 0,43.
Auch in dem ersten Endabschnitt 2 ist der Boden 5 lokal beschnitten, um eine Ausnehmung 23 des ersten Endabschnitts 2 herzustellen. Diese Ausnehmung dient in erster Linie der Freigängigkeit des Lenkers 1. Der erste Endabschnitt 2 ist radseitig gelenkig angeordnet und wird durch die Bewegung des Rades beim Ein- oder Ausfedern stetig bewegt. Um eine freie Bewegung des Lenkers zu erhalten, ist es notwendig, hier eine Ausnehmung 23, in dieser Ausführungsform etwa U-förmig, auszubilden. Demgegenüber hat die Ausnehmung 22 in dem zweiten Endabschnitt 3 zusätzlich die Funktion, eine plastische Verformung oder Risse beim Aufweiten des zweiten Endabschnitts 3 zu verhindern.
3 zeigt einen Schnitt durch den Lenker 1 im Bereich des ersten Anbindungsbereichs 10. Hier ist deutlich zu sehen, dass die Seitenwände 6, 7 angrenzend an die Durchbrüche der Anbindungseinrichtung 19 um ein Maß M nach innen verlagert sind. Gleiches gilt für die Schnitte der 4 und 7, die jeweils den Lenkerquerschnitt im Bereich des dritten Anbindungsbereiches 12 bzw. des zweiten Anbindungsbereichs 3 zeigen. Auch hier sind jeweils lokal die Seitenwände 6, 7 um ein Maß M nach innen verlagert. So ergeben sich im dritten Anbindungsbereich 12 Verlagerungen 15, 16 im Bereich der Anbindungseinrichtung 20 für eine Feder-Dämpfer-Einheit. Ebenso ergeben sich im zweiten Anbindungsbereich 11 gleichartige Verlagerungen 17, 18 in den Seitenwänden 6, 7 angrenzend an die Anbindungseinrichtung 21 für die karosserieseitig zur Verbindung angeordneten Gummilager. Das Maß M der lokalen Verlagerungen 15, 16 in dem dritten Anbindungsbereich 12 ist kleiner als das Maß M der lokalen Verlagerungen 13, 14 in dem ersten Anbindungsbereich 10. Das bedeutet, dass die Seitenwände 6, 7 sowohl im ersten Anbindungsbereich 10, als auch im dritten Anbindungsbereich 12 mit einem gleichbleibenden Abstand A voneinander beabstandet sind. Jedoch weisen die lokalen Verlagerungen 13, 14 in dem ersten Anbindungsbereich 10 einen Abstand A1 auf, während die lokalen Verlagerungen 15, 16 wie in 4 zu sehen in dem dritten Anbindungsbereich 12 einen Abstand A2 aufweisen. Dabei gilt, dass A1 kleiner ist als A2.
Der Abstand A in dem ersten Anbindungsbereich 10 und dem dritten Anbindungsbereich 12 ist größer als das Sollmaß, das für den Abstand der Seitenwände 6, 7 im eingebauten Zustand des Lenkers 1 vorgesehen ist. Wird nun der Lenker 1 in das Fahrzeug eingebaut, wird er zunächst im ersten Anbindungsbereich 10 radseitig angebunden und sodann im zweiten Anbindungsbereich 11 karosserieseitig angebunden. Dabei wird der Lenker über ein Gummilager und eine Schraube an den jeweiligen radseitigen und karosserieseitigen Anbindungsbereichen verschraubt, wobei die Schraube die als Durchbrüche ausgestalteten Anbindungseinrichtungen 19, 21 durchgreift. Die Verschraubung führt dazu, dass die Seitenwände 6 und 7 im ersten Endabschnitt 2 und dem zweiten Endabschnitt 3 aufeinander zubewegt werden. Im idealen Fall weist nun der Abstand A1 das vorgesehene Sollmaß für den Abstand der Seitenwände 6, 7 auf. Toleranzbedingt bei der Herstellung des Aluminiumprofils, durch die Abmessung der Gummilagerinnenhülse oder durch den Einbau kann dieser Abstand A1 im eingebauten Zustand, aber auch kleiner als das Sollmaß des Abstandes der Seitenwände 6, 7 sein. Da nun das Maß M der lokalen Verlagerungen 15, 16 in dem dritten Anbindungsbereich 12 kleiner ist als das Maß M der lokalen Verlagerungen 13, 14 in dem ersten Anbindungsbereich 10, ist der Abstand A2 im eingebauten Zustand des Lenkers 1 größer als das Sollmaß der Abstände der Seitenwände 6, 7 des Lenkers 1 im eingebauten Zustand. Dazu müssen alle möglichen konstruktionsbedingten und einbaubedingten Toleranzen in der Differenz der Abstände A1, A2 der lokalen Verlagerungen 13, 14, 15, 16 in dem ersten Anbindungsbereich 10 und dem dritten Anbindungsbereich 12 vorgehalten werden. Ist dies gewährleistet, so ist der Abstand A2 immer größer als der Sollabstand zwischen den Seitenwänden 6, 7 und die Feder-Dämpfer-Einheit kann in jedem Falle problemlos in den Lenker 1 eingeführt und montiert werden.
Außerdem zeigt 3, dass der Boden 5 des ursprünglichen Aluminiumstrangpressprofils an dieser Stelle entfernt wurde, um eine Ausnehmung 23 zu bilden. Auch die Flansche 8, 9 des Aluminiumstrangpressprofils wurden in dem ersten Endabschnitt 2 an dieser Stelle des Lenkers 1 fast vollständig abgeschnitten.
Das dem Lenker 1 zu Grunde liegende Aluminiumstrangpressprofil weist über seinen Querschnitt variierende Wanddicken auf. Das bedeutet, dass über den Querschnitt des Profils betrachtet, der Boden 5, die Seitenwände 6, 7 und/oder die Flansche 8, 9 unterschiedlich große Wanddicken aufweisen können.
Deutlich wird dies in dem in 5 dargestellten Schnitt durch den Lenker 1 im Mittelbereich 4 des Lenkers 1. Hier weisen die Flansche 8, 9 eine Wanddicke a auf. Die Seitenwände 6, 7 weisen über die Höhe H der Seitenwände 6, 7 unterschiedliche Wanddicken auf. Die oberen beiden Drittel der Seitenwände 6, 7 weisen eine erste Wanddicke b auf, wo hingegen das untere Drittel der Seitenwände 6, 7 mit einer zweiten Wanddicke c ausgeführt sind. Dabei ist die erste Wanddicke b größer als die zweite Wanddicke c. Auch der Boden 5 weist lokal unterschiedliche Wanddicken auf. So sind die an den Seitenwänden 6, 7 angrenzenden Teilflächen des Bodens 5 mit einer ersten Wanddicke d ausgestattet, während der mittlere Abschnitt des Bodens 5 eine zweite Wanddicke e aufweist. Hier gilt dass die erste Wanddicke d größer ist als die zweite Wanddicke e.
In Längsrichtung betrachtet bleibt bei diesen Ausführungsbeispiel des Lenkers 1 aber die Konfiguration des Querschnitts konstant. Das heißt über die Länge des Lenkers 1 ändern sich die Wanddicken nicht.
Zwischen den Flanschen 8, 9 und den Seitenwänden 6, 7 ist jeweils ein Bogen 25, 26 ausgebildet. In dem Abschnitt des Lenkers 1 im Mittelabschnitt 4 der durch die in 5 gezeigten Querschnitt dargestellt ist, sind die Bögen 25, 26 jeweils mit einer Fase 27, 28 versehen. Durch diese Fase wird der Querschnitt des Lenkers 1 lokal vergrößert, um dem Feder-Dämpfer-Element eine größere Freigängigkeit zu ermöglichen.
Die Ausgestaltung des zweiten Endabschnitts 3 des Lenkers 1 wird durch die Schnittdarstellungen in den 6 und 7 näher erläutert. 6 stellt einen Schnitt durch das Profil des Lenkers 1 benachbart zu den zweiten Anbindungsbereich 3 dar. Der Boden 5 ist an dieser Stelle nicht vollständig ausgeschnitten, jedoch weisen die Flansche 8, 9 Öffnungen 29 auf. Diese Öffnungen 29 dienen der Anbindung eines nicht näher dargestellten Steinschlagschutzes oder eines Windschildes, das bevorzugt aus Kunststoff hergestellt wird und in die Öffnungen 29 eingeclipst werden kann.
Der Schnitt in 7 zeigt den zweiten Anbindungsbereich 11. Dort sind die Seitenwände 6, 7 wiederum lokal um ein Maß M nach innen verlagert, so dass sich Verlagerungen 17, 18 ausbilden. Die lokalen Verlagerungen 17, 18 befinden angrenzend an die auch hier vorliegenden Durchbrüche der Anbindungseinrichtung 21, an der ein Gummilager schraubtechnisch festgelegt wird. In dieser Schnittdarstellung ist auch zu erkennen, dass sich die Ausnehmung 22, die in dem Boden 5 eingebracht ist, hier über die komplette Breite des Profils erstreckt. Der Boden 5 ist mithin vollständig entfernt worden. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die Ausnehmung 22 in 6 nicht vollständig zwischen den Seitenwänden 6, 7, sondern vielmehr ist nur ein Teil des Bodens 5 ausgeschnitten.
8 zeigt einen Längsschnitt durch den Lenker 1. Hier ist zu erkennen, dass die Anbindungseinrichtungen 19, 20, 21 des ersten, dritten und zweiten Anbindungsbereichs 10, 12, 11 im gleichen Abstand D zum Boden ausgebildet sind, mithin auf gleicher Höhe liegen.
Die Anbindungseinrichtungen 19, 20 des ersten Anbindungsbereichs 10 und des dritten Anbindungsbereichs 12, weisen einen Abstand E auf, wo hingegen die Anbindungseinrichtung 20 und die Anbindungseinrichtung 21 des dritten Anbindungsbereichs 12 bzw. de zweiten Anbindungsbereichs 11 einen Abstand F aufweisen. Das Verhältnis des Abstands E zu dem Abstand F beträgt 0,5 bis 0,1, bevorzugt 0,2 bis 0,3. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis 0,25.
Die 9a bis 9e zeigen einzelne Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Lenkers aus einem Aluminiumstrangpressprofil 31. Dabei wird zunächst ein Aluminiumstrangpressprofil 31 mit einem Boden 5 , zwei im Wesentlichen senkrecht davon abgewinkelten Seitenwänden 6, 7 und im Wesentlichen senkrecht von den Seitenwänden 6, 7 an deren freien Ende abgewinkelten Flanschen 8, 9 bereitgestellt.
Die Seitenwände 6, 7 sind in einem Abstand A zueinander beabstandet und weisen eine Höhe H auf.
Dabei wird ein Aluminiumblock erwärmt und ein erfindungsgemäßes Aluminiumprofil stranggepresst. Dieses Extrudat wird in einzelne Aluminiumstrangpressprofile 31 abgelängt. Vor der weiteren Bearbeitung werden die Profile 31 lösungsgeglüht und abgeschreckt. Dadurch werden die Aluminiumstrangpressprofile 31 in einen verarbeitbaren Zustand gebracht, wobei die weitere Verarbeitung wie das Beschneiden oder Aufweiten innerhalb einer gewissen Zeit nach dem Abschrecken erfolgen muss, damit die Verarbeitbarkeit nicht durch die einsetzende natürliche Durchhärtung gefährdet wird.
Alternativ kann auch von der nach dem Strangpressen vorhandenen Wärme bzw. Temperatur abgeschreckt werden und sogleich weiterverarbeitet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Aluminiumstrangpressprofil 31 so bemessen, dass daraus zwei Lenker 1 simultan gefertigt werden können. Jeweils eine Hälfte des Aluminiumstrangpressprofils 31 wird zu einem Lenker 1 verarbeitet, wobei die beiden Hälften des Aluminiumstrangpressprofils 31 gewissermaßen symmetrisch bearbeitet werden.
Das Aluminiumstrangpressprofil 31 weist zwei Profilenden 32 auf, aus denen in weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses jeweils ein zweiter Endabschnitt 3 eines Lenkers 1 gebildet wird. In der Profilmitte 33 wird der erste Endabschnitt 2 jeweils eines Lenkers 1 ausgebildet. Am Ende des Herstellungsprozesses werden die beiden Lenker 1 voneinander getrennt.
In einem ersten Verfahrensschritt gemäß 9a wird zunächst der Boden 5 beschnitten, so dass in den späteren Endabschnitten 2, 3 des Lenkers 1 Ausnehmungen 22, 23 ausgebildet werden. Insbesondere in dem zweiten Endabschnitt 3 wird eine Ausnehmung 22 gebildet, die sich in Längsrichtung des Lenkers 1 erstreckt. Die Schnittrichtung verläuft hier parallel zu der Ebene der Seitenwände 6, 7.
In einem zweiten Bearbeitungsschritt gemäß 9b werden die Flansche 8, 9 im Bereich des späteren ersten Endabschnittes 2 des Lenkers 1 beschnitten.
In dem nächsten Verfahrensschritt, der in 9c dargestellt ist, werden die späteren zweiten Endabschnitte 3 des Lenkers 1 aufgeweitet. Die Seitenwände 6, 7 werden voneinander weg verlagert, so dass die Seitenwände 6, 7 dort bereichsweise einen Abstand B aufweisen, der größer ist als der Abstand A der Seitenwände 6, 7 in den anderen Bereichen des Lenkers 1. Dies wird begünstigt durch die dort im Boden 5 vorliegende Ausnehmung 23, so dass plastische Verformung, Einkerbungen und Risse vermieden werden.
Gleichzeitig mit dem Aufweiten werden die Seitenwände 6, 7 in den späteren Anbindungsbereichen 10, 11, 12 des Lenkers 1 lokal um ein Maß M nach innen verlagert. Dies geschieht mittels eines Prägevorgangs.
Im nächsten Bearbeitungsschritt (9d) werden Öffnungen 29 in die Flansche eingebracht. Gleichzeitig kann auch die erfindungsgemäße Kalibrierung zwischen der Expansion und dem Endbeschnitt stattfinden. Außerdem werden die Kanten der Ausnehmung 23 bereichsweise an den Enden des Aluminiumstrangpressprofile 31 nachgeschnitten. Zum einen werden dadurch glatte Beschnittkanten 24 erzeugt, sollte es in diesen am weitesten verlagerten Abschnitten der Seitenwände 6, 7 zu Einkerbungen oder Rissen gekommen sein. Dies dient der Erhöhung der Lebensdauer des Lenkers 1. Gleichzeitig werden so die an dieser Stelle vorhandenen Reste des Bodens 5 entfernt, um den Endbeschnitt der zweiten Endabschnitte 3 senkrecht zur Ebene der Seitenwände 6, 7, wie in 9e dargestellt, zu ermöglichen.
Als letzter Verfahrensschritt folgt ein letztes Beschneiden der jeweiligen Endabschnitte 2, 3 des Lenkers senkrecht zur Ebene der Seitenwände 6, 7. Dabei wird Aluminiummaterial rund um die Verlagerungen 13, 14, 17, 18 der ersten und zweiten Endabschnitte 2, 3 der beiden Lenker 1 entfernt. Dies reduziert zum einen Gewicht, weil überschüssiges Material abgetrennt wird. Zum anderen werden so die beiden Lenker 1 im Bereich der jeweiligen ersten Endabschnitte 2 voneinander getrennt.
Gleichzeitig werden die als Durchbrüche ausgestalteten Anbindungseinrichtungen 19, 20, 21 in die Seitenwände eingebracht.
10a und 10b zeigen ein Strangpressprofil 100, welches bevorzugt bereits schneidetechnisch bearbeitet wurde. Das Strangpressprofil 100 weist einen hutförmigen Querschnitt mit einem Boden 101, von dem Boden 101 abstehenden Schenkeln 102 und wiederum von den Schenkeln 102 abstehenden Flanschen 103 auf. Boden 101, Schenkel 102 und Flansche 103 können insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet sein. Der Boden 101 sowie die Flansche 103 sind insbesondere schneidetechnisch bearbeitet. In 10a sind nunmehr zwei Querschnitte durch ein jeweiliges Umformwerkzeug 106 vereinfacht direkt nebeneinander dargestellt. Der erste Querschnitt auf der linken Seite der Bildebene von 10a zeigt eine Stirnansicht von vorne 104. Der Boden 101 weist eine Breite 109 auf. Der auf die Bildebene bezogen auf der rechten Seite angeordnete Querschnitt zeigt eine Stirnansicht von hinten 105 des in das Umformwerkzeug 106 eingelegten Strangpressprofils 100. Das Umformwerkzeug 106 wird auf die Vertikalrichtung V bezogen zunächst geschlossen. In dem Strangpressprofil 100 ist über die gesamte Länge L des Strangpressprofils 100 ein Spreizwerkzeug 107 eingefahren.
Nunmehr wird gemäß 11a und 11b, nachdem das Umformwerkzeug 106 bezogen auf die Vertikalrichtung V vollständig geschlossen ist, das Spreizwerkzeug 107 an einem hinteren Bereich 105 auseinanderbewegt, so dass im hinteren Längenabschnitt L105 ein Gabelabschnitt ausgebildet wird. In einem vorderen Längenabschnitt L104 verbleibt das Spreizwerkzeug 107 im anfänglichen Zustand.
12a und 12b zeigen das Schalenbauteil 112 nach Beendigung des eigentlichen Umformverfahrens. Der Längenabschnitt L105, der eine Gabel ausbildet, ist vollständig umgeformt. Es können nunmehr die in 1 dargestellten Verlagerungen 13 bis 18 in die Schenkel 102 eingebracht werden. Dies kann durch einen Prägevorgang der Schenkel 102, gepaart mit einem Stanzen, geschehen, ist hier jedoch aus Vereinfachungsgründen nicht weiter dargestellt.
Sodann beginnt gemäß 13a und 13b eine Kalibrierungsphase. Hierzu wird auch in dem vorderen Längenabschnitt L104 das Spreizwerkzeug 107 geöffnet, so dass auch hier der Boden 101 plastisch deformiert wird. Insbesondere erfolgt eine Spreizung bzw. Streckung des Bodens 101 auf die Richtung bezogen gemäß der Richtungspfeile 108 nach außen. Der Boden 101 wird somit in seiner Breite 109 vergrößert bzw. verbreitert bzw. gestreckt. Dies erfolgt insbesondere um 0,5 - 5,0 %, besonders bevorzugt um 1,0 bis 3,% der Breite 109, die der Boden 101 im Stadium von 12a, also nach Abschluss des Umformvorganges und/oder Prägevorganges, aufweist.
Gemäß 14a und 14b ist der Kalibriervorgang abgeschlossen. Der Boden 101 weist hier eine größere Breite 110 auf. Besonders vorteilig werden die Schenkel 102 und die Flansche 103 während des Umformens und während des Kalibrierens von Gegenhalterwerkzeugen 111 geführt bzw. gehalten. An dem so hergestellten Schalenbauteil 112 ist eine besonders hohe Maßhaltigkeit vorhanden. Insbesondere weist der Boden 101 Druckeigenspannungen auf, die insbesondere quer zu einer ursprünglichen Extrusionsrichtung verlaufen. Diese Druckeigenspannungen sind insbesondere 5,0 % bis 20,0 % höher als die Streckgrenze der verarbeiteten Leichtmetalllegierung im ausgehärteten/ausgelagerten Zustand.
Bezugszeichenliste

1: Lenker
2: erster Endabschnitt
3: zweiter Endabschnitt
4: Mittelabschnitt
5: Boden
6: Seitenwand
7: Seitenwand
8: Flansch
9: Flansch
10: erster Anbindungsbereich
11: zweiter Anbindungsbereich
12: dritter Anbindungsbereich
13: Verlagerung
14: Verlagerung
15: Verlagerung
16: Verlagerung
17: Verlagerung
18: Verlagerung
19: Anbindungseinrichtung
20: Anbindungseinrichtung
21: Anbindungseinrichtung
22: Ausnehmung
23: Ausnehmung
24: Beschnittkante
25: Bogen
26: Bogen
27: Fase
28: Fase
29: Öffnung
30: Übergangsabschnitt
31: Aluminiumstrangpressprofil
32: Profilende
33: Profilmitte
100: Strangpressprofil
101: Boden
102: Schenkel
103: Flansch
104: vorne
105: hinten
106: Umformwerkzeug
107: Spreizwerkzeug
108: Richtung außen
109: Breite zu 101
110: Breite größer 109
111: Gegenhalterwerkzeug
112: Schalenbauteil
113: Extrusionsrichtung
A: Abstand von 6, 7
A1: Abstand von 13, 14
A2: Abstand von 15, 16
B: Abstand von 6, 7
C: Länge von 22
D: Höhe
E: Abstand von 19, 22
F: Abstand von 19, 21
H: Höhe von 6, 7
a: Wanddicke von 8, 9
b: erste Wanddicke von 6, 7
c: zweite Wanddicke von 6, 7
d: erste Wanddicke von 5
e: zweite Wanddicke von 5
V: Vertikalrichtung
L: Länge
L105: Längenabschnitt
L104: Längenabschnitt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schalenbauteils (112), insbesondere Kraftfahrzeugbauteils, aus einem extrudierten Leichtmetallstrangpressprofil, wobei das Strangpressprofil (100) ein einseitig offenes Hohlprofil ist und im Querschnitt einen Boden (101) aufweist, und das Schalenbauteil (112) durch längenabschnittsweises Umformen hergestellt wird und während oder nach dem Umformvorgang der Boden (101) plastisch für eine Kalibrierung deformiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (101) durch ein Spreizwerkzeug (107) mittels nach außen (108) wirkenden Kräften gestreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (101) in nicht während des eigentlichen Umformvorganges verformten Bereichen, insbesondere Längenabschnitten (L104), plastisch für eine Kalibrierung verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalenbauteil (112) ein Lenker für ein Kraftfahrzeug hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil (100) im Querschnitt C-förmig, U-förmig, H-förmig, Omega-förmig oder als Hutprofil extrudiert wird und insbesondere den Boden (101) sowie von dem Boden (101) abstehende Schenkel (102) und optional von diesem abstehende Flansche (103) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (101) quer zur Extrusionsrichtung (113) plastisch deformiert, insbesondere gestreckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenwerkzeug bzw. Gegenhalterwerkzeug (111) eingesetzt wird, insbesondere wird das herzustellende Schalenbauteil (112) durch das Spreizwerkzeug (107) gegen das Gegenhalterwerkzeug (111) gedrückt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung des Bodens (101) ein Strecken quer zu der Extrusionsrichtung (113) größer 0,5 mm, insbesondere 1,0 mm beträgt oder dass der Boden (101) um mehr als 0,5 %, insbesondere um größer gleich 1 % seiner Breite (109) gestreckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Strecken in den Boden (101) Druckeigenspannungen aufgebaut werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (101) zusätzlich in Extrusionsrichtung (113) orientiert verformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenbauteil (112) in wenigstens einem Längenabschnitten (L105) während des Umformvorganges, bezogen auf den Querschnitt, aufgeweitet wird und/oder in Längenabschnitten (L104, L105) gestaucht wird und/oder dass das Schalenbauteil 112 in Längenabschnitten (L104, L105) geprägt wird.