DE102017201819A1

DE102017201819A1 - Querlenker für eine Einzelradaufhängung

Info

Publication number: DE102017201819A1
Application number: DE102017201819.4A
Authority: DE
Inventors: Werner Schmudde; Robert Wolf; Franz-Josef Marquardt; Klaus GELL; Hubert Wagner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-08-09

Abstract

Die Erfindung schlägt einen als Dreipunktlenker mit vier Lageranbindungen (11, 12, 13, 14) ausgebildeten Querlenker (10) für eine Einzelradaufhängung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, vor. Der Querlenker (10) weist zwei zueinander beabstandet angeordnete Lenkerarme (15, 16) auf, welche durch ein Verbindungselement (17) fest miteinander verbunden sind. Der Querlenker (10) zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbindungselement (17) mit zumindest einem seiner Endabschnitte (18, 19) über eine Umformverbindung (20, 21) mit einem der Lenkerarme (15, 16) verbunden ist.Die Erfindung schlägt darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Querlenkers (10) vor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Querlenker sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Querlenkers gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 13.
Querlenker für Einzelradaufhängungen von Nutzfahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bekannt. In der DE 10 2004 014 555 A1 ist eine Einzelradaufhängung mit einem oberen und einem unteren Querlenker offenbart, wobei sich die Querlenker in einer Fahrzeugquerrichtung erstrecken und radseitig an einen Achsschenkel, der auch als Radträger bezeichnet wird, angebunden sind. Der obere Querlenker weist in einer Ausführungsform einen ersten Arm und einen zweiten Arm auf, welche über ein als Steg ausgebildetes Verbindungselement einstückig miteinander verbunden sind. Der untere Querlenker ist in gleicher Weise aufgebaut. Beide Querlenker sind als Dreipunktlenker mit jeweils vier Lageranbindungen ausgebildet, wobei zwei radseitige Lageranbindungen zusammen jeweils einen als Schwenklager ausgebildeten Lagerpunkt bilden. Die Querlenker können als einstückige Gussteile im Sandgussverfahren hergestellt sein, wobei hierzu aufgrund einer relativ großflächigen Ausdehnung der Querlenker Formkästen mit entsprechend großer Grundfläche erforderlich sind. Dies gilt insbesondere für den unteren Querlenker, dessen Umrissfläche in einer Draufsicht relativ groß ist, wobei die Arme und der Steg nur einen relativ geringen Anteil dieser Fläche ausmachen. Ebenfalls aufgrund der Bauteilgeometrie der Querlenker weisen die Formkästen einen relativ schlechten Füllungsgrad auf, also einen relativ hohen Anteil an Formsand und nur einen relativ geringen Anteil an Metallschmelze. Analog sind bei einer Herstellung der beiden Querlenker als Schmiedeteile relativ großflächige und schwere Schmiedegesenke erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Querlenker bereitzustellen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen gattungsgemäßen Querlenker, welcher zusätzlich die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung sieht demnach einen als Dreipunktlenker mit vier Lageranbindungen ausgebildeten Querlenker für eine Einzelradaufhängung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, vor, wobei der Querlenker zwei zueinander beabstandet angeordnete Lenkerarme aufweist, welche durch ein Verbindungselement fest miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist das Verbindungselement mit zumindest einem seiner Endabschnitte über eine Umformverbindung mit einem der Lenkerarme verbunden. Insbesondere sind die zwei Lenkerarme ausschließlich durch das Verbindungselement fest miteinander verbunden.
Durch die Unterteilung des Querlenkers in zwei zueinander beabstandet angeordnete Lenkerarme, welche durch ein Verbindungselement fest miteinander verbunden sind, ist eine bessere Ausnutzung des Formkastens möglich, wenn die Lenkerarme als Gussteile ausgelegt sind und im Sandgussverfahren hergestellt werden. Um die Effektivität weiter zu erhöhen, können die Lenkerarme in dem Formkasten auch geschachtelt angeordnet werden. Ähnliche Vorteile ergeben sich bei einer Auslegung des Querlenkers als Schmiedeteil. Auch beim Transport und/oder der Lagerung weisen die kompakten Lenkerarme gemäß vorliegender Erfindung Vorteile gegenüber den einstückig ausgebildeten und daher relativ sperrigen Querlenkern gemäß Stand der Technik auf. Die Lenkerarme können sich geradlinig erstrecken oder eine gekrümmte, beispielsweise gebogene oder gekröpfte, Erstreckung aufweisen, um im Einbauzustand bei eingeschlagener Lenkung nicht mit einem Fahrzeugrad zu kollidieren. Bezogen auf deren Längserstreckung können die Lenkerarme spiegelsymmetrisch ausgebildet sein oder, wenn dies aus Bauraumgründen nicht möglich ist, auch unterschiedlich ausgeformt sein.
Unter einer festen Verbindung ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Verbindung zwischen zwei Fügepartnern zu verstehen, die zwar prinzipiell getrennt werden kann, beispielsweise durch hohe Krafteinwirkung oder Zerstörung; deren beide Fügepartner sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung allerdings nicht relativ zueinander bewegen können. Unter einer Umformverbindung ist vorliegend eine nicht stoffschlüssige Verbindung von zwei Fügepartnern zu verstehen, bei welcher Relativbewegungen der beiden Fügepartner zumindest durch Formschluss gesperrt sind; alternativ durch Formschluss und Kraftschluss. Dabei ist zumindest einer der beiden Fügepartner gegenüber dessen Ausgangszustand partiell verformt. Die Umformverbindung stellt demnach eine Verbindung dar, die nur durch die Fügepartner selbst gebildet ist, also ohne Zusatzwerkstoff oder zusätzliche Bauteile wie zum Beispiel Schrauben. Gegenüber einer Schweißverbindung besteht bei einer Umformverbindung keine Gefahr von Wärmeverzug, wodurch bei einer Umformverbindung Risiken durch Nacharbeit (Richten) oder Ausschuss verringert sind. Gegenüber einer Verbindung mit zusätzlichen Bauteilen hat eine Umformverbindung aufgrund der minimierten Anzahl an Bauteilen Kostenvorteile.
Die Lenkerarme weisen jeweils zwei Lageranbindungen auf, welche vorzugsweise jeweils an den Enden der Lenkerarme angeordnet sind. Jeder Lenkerarm weist dabei eine radseitige und eine rahmenseitige Lageranbindung auf, wobei die radseitigen Lageranbindungen im Einbauzustand im Fahrzeug mittelbar oder unmittelbar an einen Radträger eines Rades und die rahmenseitigen Lageranbindungen mittelbar oder unmittelbar an einen Fahrzeugrahmen anbindbar sind. Insbesondere weisen die radseitigen Lageranbindungen ebenso wie die rahmenseitigen Lageranbindungen jeweils eine gemeinsame Lagerachse auf. Dabei sind die radseitige und die rahmenseitige Lagerachse bevorzugt parallel zueinander angeordnet, um im Fahrbetrieb bei ein- und ausfederndem Rad Schwenkbewegungen um die Lagerachsen zu ermöglichen. Im Einbauzustand im Fahrzeug erstrecken sich die beiden Lagerachsen zumindest im Wesentlichen in einer in Fahrzeuglängsrichtung, die mit einer Fahrtrichtung zusammenfällt.
Die rahmenseitigen Lageranbindungen dienen insbesondere zur Aufnahme von Gelenken, die die Lageranbindungen durchdringen, d. h., die sich jeweils beidseitig in Fahrzeuglängsrichtung aus den Lageranbindungen heraus erstrecken. Solche Gelenke können Hülsengelenke oder sogenannte Pratzengelenke sein, die auch als Molekulargelenke bezeichnet werden. Im Einbauzustand sind die radseitigen Lageranbindungen vorzugsweise Bestandteil einer Durchsteckverbindung bei welcher der Radträger selbst oder ein mit diesem verbundenes Bauteil zwischen den beiden radseitigen Lageranbindungen angeordnet ist. Der Radträger selbst oder das mit diesem verbundene Bauteil ist dabei von einem Lagerbolzen durchdrungen, der ebenfalls die radseitigen Lageranbindungen durchdringt. Der Querlenker kann somit mittelbar oder unmittelbar und zugleich schwenkbeweglich an den Radträger angebunden sein.
Der Radträger selbst oder das mit diesem verbundene Bauteil, der Lagerbolzen und die radseitigen Lageranbindungen der Lenkerarme bilden zusammen ein Schwenklager. Dabei ist, wie bereits erwähnt, vorzugsweise ein Teilbereich des Radträgers, der zwischen den Lageranbindungen angeordnet ist, von dem Lagerbolzen durchdrungen. Vor diesem Hintergrund handelt es sich bei dem Querlenker um einen Dreipunktlenker mit vier Lageranbindungen. Funktionsflächen der radseitigen Lageranbindungen, die sich senkrecht zu der radseitigen Lagerachse erstrecken und die zugleich im Zusammenbauzustand von dem Lagerbolzen durchsetzt werden, sind spanend bearbeitet, um Setzerscheinungen zu vermeiden, insbesondere Setzerscheinung in Axialrichtung des Schwenklagers, also in Richtung der radseitigen Lagerachse.
Bevorzugt sind zwei Endabschnitte des Verbindungselements mit jeweils einem der Lenkerarme verbunden. Bei dieser Ausgestaltung bildet das Verbindungselement ein separates Bauteil, das insbesondere zwischen den Lenkerarmen angeordnet ist. Das Verbindungselement als separates Bauteil auszubilden, hat den Vorteil, dass das Verbindungselement gezielt abgestimmt werden kann, ohne dabei an Beschränkungen, beispielsweise herstellungsbedingte Einschränkungen, gebunden zu sein, die sich bei einer einstückigen Ausbildung mit einem der Lenkerarme ergeben. Die gezielte Abstimmung kann sich beispielsweise auf die geometrische Ausbildung beziehen oder auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere auf die Umformbarkeit.
Vorteilhaft sind die Lenkerarme und das Verbindungselement aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Die Werkstoffauswahl für das Verbindungselement erfolgt dabei insbesondere im Hinblick auf gute Umformeigenschaften zur Erzielung fester Umformverbindungen zwischen dem Verbindungselement und den Lenkerarmen. Bei der Werkstoffauswahl für die Lenkerarme liegt der Fokus dagegen insbesondere auf gute Gieß- oder Schmiedeeigenschaften. Sowohl für die Lenkerarme als auch für das Verbindungselement kommen bevorzugt Eisenwerkstoffe zum Einsatz, wobei die Lenkerarme zugleich aus einem Gussmaterial oder einem schmiedbaren Stahlwerkstoff und das Verbindungselement aus einem stabförmigen Halbzeug bestehen.
Zweckmäßig ist das Verbindungselement als Hohlprofil, insbesondere als Rohr, ausgebildet. Unter einem Rohr ist in diesem Zusammenhang ein Hohlprofil mit umfänglich konstanter Wandstärke zu verstehen, wobei die Mindestwandstärke 4 Millimeter beträgt, um die relativ hohen Kräfte aufnehmen zu können, die in einer Einzelradaufhängung eines Nutzfahrzeugs wirken. Bevorzugt ist das Rohr als Rundrohr mit einer geradlinigen Längserstreckung ausgebildet, wobei das Rohr als längsnahtgeschweißtes Rohr oder als nahtloses Rohr ausgeführt sein kann. Alternativ sind auch gerade Rohre mit unrundem Querschnitt möglich, beispielsweise Rechteck- oder Quadratrohre. Hohlprofile können kostengünstig als Stangenware bezogen werden und weisen eine relativ hohe Steifigkeit bei verhältnismäßig geringer Masse auf. Im Fahrbetrieb kann das Verbindungselement einer Torsions- und/oder Zug- und/oder Druck- und/oder Knickbeanspruchung unterliegen - aber keiner Biegebeanspruchung.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weisen die Lenkerarme jeweils einen einstückig mit diesen ausgebildeten Zapfen auf, welcher in den jeweils zugeordneten Endabschnitt des Hohlprofils eintaucht. Die Endabschnitte des Verbindungselements umschließen somit die Zapfen insbesondere mit axialem Spiel zu den beiden Lenkerarmen. Auf diese Weise wird konstruktiv ein einfacher Toleranzausgleich in Längsrichtung des Verbindungselements bereitgestellt. Die Zapfen sind in Entformungsrichtung der Lenkerarme hinterschnittfrei ausgebildet, wobei sich die Entformungsrichtung senkrecht zu einer durch die vier Lageranbindungen aufgespannten Ebene erstreckt. Hinterschnitte sind in diesem Zusammenhang Geometriebereiche, die ein Entformen eines durch Urformen oder Umformen hergestellten Bauteils nach dessen Fertigstellung verhindern, wenn die Hinterschnitte in Entformungsrichtung liegen.
Vorteilhaft ist die Umformverbindung als eine den oder die Zapfen umschließende Prägeverbindung ausgebildet. Unter einer Prägeverbindung ist in diesem Zusammenhang eine Umformverbindung zu verstehen, die durch eine berührende Einwirkung von Werkzeugflächen auf die Endabschnitte des als Hohlprofil ausgebildeten Verbindungselements zustande kommt. Die Endabschnitte erfahren dabei zumindest partiell Werkstoffverlagerungen. Durch die Auslegung der Umformverbindungen als Prägeverbindungen erhalten diese die notwendige Festigkeit und der Querlenker somit eine hohe Eigensteifigkeit.
Bevorzugt weisen die Zapfen über deren Längserstreckung zumindest bereichsweise hinterschnittige Konturbereiche zur Erzielung einer Abziehsicherung auf. Diese hinterschnittigen Konturbereiche behindern die Entformung nicht, weil sie nicht in Entformungsrichtung hinterschnittig sind. Die Umformverbindung wird bei dieser Ausgestaltung beispielsweise dadurch erzielt, dass die Endabschnitte des rohrförmigen Verbindungselements an die hinterschnittigen Konturbereiche des Zapfens angelegt werden. Durch dieses „Aufstielen“ des rohrförmigen Verbindungselements auf die Zapfen werden an beiden Endabschnitten des Verbindungselements feste Verbindungen geschaffen, insbesondere wenn die Zapfen relativ weit in die Endabschnitte eintauchen.
Vorteilhaft sind die hinterschnittigen Konturbereiche als parallel zueinander beabstandete Rillen ausgebildet. Damit ist gemeint, dass die Zapfen mit einem Rillenprofil versehen sind, das im Gegensatz zu einem Gewinde keine Steigung aufweist, ähnlich einem Schlauchanschluss für einen Wasserhahn. Parallel zueinander beabstandete Rillen haben den Vorteil, dass sie in Entformungsrichtung hinterschnittfrei sind und somit durch Gießen oder Gesenkschmieden hergestellt werden können. Die Rillen sind bei Betrachtung in einem Axialschnitt durch die Mittelachse des Zapfens, die vorteilhaft mit der Mittelachse des Verbindungselements zusammenfällt, bevorzugt im Wesentlichen halbkreisförmig und zugleich konkav ausgebildet, also furchenartig in die Zapfen eingearbeitet. Die Übergänge der Rillen in die reguläre Oberfläche des Zapfens sind verrundet ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weicht der Querschnitt der Zapfen zumindest abschnittsweise von einer Kreisform ab. Bevorzugt ist der Querschnitt der Zapfen außerhalb der Rillen zumindest im Wesentlichen kreisförmig. Zumindest im Bereich der Rillen weicht der Querschnitt der Zapfen allerdings von einer Kreisform ab, weil die Rillen in den Zapfen eingearbeitet sind. Darüber hinaus kann der Zapfen im Bereich eines vom Schmieden oder vom Gießen herrührenden und die Lenkerarme umlaufenden Formtrennungsgrats von einer Kreisquerschnittsform abweichen, wobei der Formtrennungsgrat insbesondere in einer Formtrennungsebene angeordnet ist. Dadurch, dass die Querschnittsbereiche, in denen die Rillen eingearbeitet sind, von der Kreisform abweichen, wird in Verbindung mit den an die Zapfen angelegten Endabschnitten des Verbindungselements eine Verdrehsicherung geschaffen.
Bei Betrachtung der Zapfen in einem Querschnitt, bei dem die Schnittebene durch den Grund, also den tiefsten Punkt, einer Rille verläuft, umläuft die Rille den Zapfen vorteilhaft nicht vollumfänglich, sondern ist in zwei Abschnitte unterteilt, die den Zapfen jeweils um beispielsweise etwa 150 Grad umlaufen und symmetrisch zu der Formtrennungsebene angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Abschnitten geht die Rille jeweils vorteilhaft in eine die reguläre Oberfläche des Zapfens bildende Zylindermantelfläche über. Durch das Anlegen des Endabschnitts des beispielsweise als Rundrohr ausgebildeten Verbindungselements an die Außenumfangsfläche des Zapfens wird somit in Umfangsrichtung des Zapfens eine Unrundverbindung erzeugt, die eine Rotation des Endabschnitts um die Längsachse des Zapfens verhindert. Der Querschnitt der Zapfen kann außerhalb der Rillen alternativ auch von einer Kreisform abweichen und beispielsweise ellipsen-, polygon-, sternförmig oder rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sein. Im Bereich der Umformverbindungen liegt das als Hohlprofil ausgebildete Verbindungselement mit dessen Innenumfang zumindest im Wesentlichen vollumfänglich und zugleich vollflächig an den Mantelflächen der Zapfen an.
Zweckmäßig sind die Zapfen unbearbeitet. Damit ist gemeint, dass die Zapfen in dem durch Urformen oder Umformen hergestellten Rohzustand verbleiben. Auf diese Weise können teure Zerspanoperationen eingespart werden.
Vorteilhaft ist die Umformverbindung als formschlüssige Kaltumformverbindung ausgebildet. Bisher war man in der Fachwelt davon ausgegangen, dass bei Lenkerbauteilen für Nutzfahrzeuge aufgrund hoher Krafteinwirkungen im Fahrbetrieb eine hinreichende Stabilität nur durch Warmumformverbindungen erreicht werden kann. Durch Versuche hat die Anmelderin überraschenderweise herausgefunden, dass eine hinreichende Stabilität auch mit einer formschlüssigen Kaltumformverbindung erreicht werden kann. Die formschlüssige Kaltumformverbindung hat gegenüber einer Warmumformverbindung Kostenvorteile, weil kein Erwärmen der Endabschnitte des Verbindungselements erforderlich ist. Infolgedessen ist nach der Herstellung der Kaltumformverbindung auch keine prozessbedingte Wartezeit für das Abkühlen der gefügten Bauteile notwendig.
Alternativ ist die Umformverbindung als form- und kraftschlüssige Warmumformverbindung ausgebildet. Durch eine derartige Umformverbindung kann eine besonders feste Verbindung hergestellt werden, weil sich der den Zapfen umschließende und vor dem Fügen erwärmte Endabschnitt des Verbindungselements nach der Fertigstellung der Umformverbindung abkühlt dadurch zusammenzieht. Dieses Zusammenziehen bewirkt den kraftschlüssigen Anteil an der Warmumformverbindung.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines Querlenkers wie zuvor beschrieben mit folgenden Arbeitsschritten:

- Positionieren der Lenkerarme und des Verbindungselements in einer Fügevorrichtung, wobei die vorgenannten Bauteile im Bereich der zumindest einen Umformverbindung von einem Gesenkunterteil aufgenommen werden und
- Herstellen der Umformverbindung durch Schließen des Gesenks, wobei die Umformverbindung in einem Arbeitshub hergestellt wird.

Die Endabschnitte des vorteilhaft als Hohlprofil, insbesondere als Rohr, ausgebildeten Verbindungselements weisen an deren Außenseiten in Längsrichtung des Verbindungselements verlaufende und sich zugleich vorzugsweise innerhalb der Formtrennungsebene erstreckende Materialansammlungen auf. Während des Schließens des Gesenks kommt es innerhalb der Endabschnitte zu den bereits zuvor beschriebenen Werkstoffverlagerungen, in deren Folge sich überschüssiges Material in den Materialansammlungen ablagert. Überschüssiges Material der Endabschnitte quillt dabei quasi seitlich aus der Umformverbindung heraus. Um dies zu ermöglichen, fahren die beiden Gesenkhälften, also das Gesenkoberteil und das Gesenkunterteil, während der Herstellung der Umformverbindung nicht auf Block zusammen. Die Endabschnitte weisen im Bereich der Umformverbindungen, bei Betrachtung im Querschnitt, vorteilhaft zwei in Umfangsrichtung um 180 Grad versetzt angeordnete Materialansammlungen auf.
Das Gesenkunterteil ist vorteilhaft ortsfest angeordnet und das Gesenkoberteil bewegt sich relativ zu dem Gesenkunterteil, insbesondere in Entformungsrichtung. Die Umformverbindung kann wirtschaftlich als eine sogenannte Einschlagverbindung ausgelegt sein, die mit einem einzigen Arbeitshub, einem einzigen „Schlag“, hergestellt ist. Wenn die Umformverbindung als Warmumformverbindung ausgebildet ist, hat dies darüber hinaus den Vorteil, dass die Endabschnitte des Verbindungselements während der Herstellung der Umformverbindung nicht abkühlen und sich nach Fertigstellung der Umformverbindung durch Volumenkontraktion besonders fest an die Zapfen anlegen. Das Gesenk zur Herstellung der Umformverbindungen ist bevorzugt als Zwei-Arbeitsstellen-Gesenk ausgebildet, wobei das einstückig ausgebildete Gesenkoberteil und das ebenfalls einstückig ausgeführte Gesenkunterteil das Verbindungselement vollständig umschließen. Dabei wird in jeder der beiden Arbeitsstellen jeweils eine Umformverbindung erzeugt. Auf diese Weise kann eine hohe und reproduzierbare Lagegenauigkeit der Lenkerarme relativ zueinander sowie zu dem Verbindungselement erreicht werden.
Bevorzugt werden erforderliche Zerspanungsoperationen nach dem Fertigstellen der Umformverbindung durchgeführt. Auf diese Weise können hohe Genauigkeiten der Funktionsflächen und der Lageranbindungen in deren Lagen relativ zueinander erreicht werden. Dies ist für die Funktion des Querlenkers wichtig, beispielsweise damit der Lagerbolzen in den radseitigen Lageranbindungen der Lenkerarme nicht verkantet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Dabei zeigt:

1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben eine Einzelradaufhängung gemäß dem Stand der Technik;
2 in einer Draufsicht einen Querlenker gemäß der Erfindung;
3 in einer Draufsicht einen Lenkerarm des Querlenkers aus 2;
4 in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Darstellung eine Umformverbindung aus 2 und
5 in einer Schnittdarstellung die Umformverbindung aus 4 gemäß dem dort angegebenen Schnittverlauf A - A.

1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Einzelradaufhängung 1 eines Nutzfahrzeugs mit einem unteren Querlenker 2, der sich in einer Fahrzeugquerrichtung y erstreckt und radseitig an einen Achsschenkel 3, der auch als Radträger bezeichnet wird, angebunden ist. Der untere Querlenker 2 ist einstückig ausgebildet und weist zwei sich im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung y erstreckende Lenkerarme auf, welche über ein sich im Wesentlichen in einer Fahrzeuglängsrichtung x erstreckendes und als Steg ausgebildetes Verbindungselement miteinander verbunden sind. Der untere Querlenker 2 ist als Dreipunktlenker mit jeweils vier Lageranbindungen ausgebildet, wobei zwei radseitige Lageranbindungen zusammen jeweils einen als Schwenklager ausgebildeten Lagerpunkt bilden mit dem sie über einen Lagerbolzen an den Achsschenkel 3 angebunden sind. Die beiden radseitigen Lageranbindungen weisen ebenso wie zwei rahmenseitige Lageranbindungen jeweils eine gemeinsame Lagerachse 4, 5 auf. Die radseitige 4 und die rahmenseitige Lagerachse 5 sind parallel zueinander angeordnet, um im Fahrbetrieb ein Ein- und Ausfedern des Rades in einer Fahrzeughochrichtung z zu ermöglichen. Im Einbauzustand im Fahrzeug erstrecken sich die beiden Lagerachsen 4, 5 zumindest im Wesentlichen in der Fahrzeuglängsrichtung x, die mit einer Fahrtrichtung zusammenfällt. Die Lagerachse des Schwenklagers, die sich mit der Mittelachse der beiden radseitigen Lageranbindungen und mit der Längsachse des Lagerbolzens deckt, fällt mit der radseitigen Lagerachse 4 zusammen.
2 zeigt einen als Dreipunktlenker mit vier Lageranbindungen 11, 12, 13, 14 ausgebildeten Querlenker 10 für eine Einzelradaufhängung eines Nutzfahrzeugs, wobei der Querlenker 10 zwei zueinander beabstandet angeordnete Lenkerarme 15, 16 aufweist, welche durch ein als gerades Rundrohr 17 ausgebildetes Verbindungselement fest miteinander verbunden sind. Das Verbindungselement 17 ist dabei mit seinen beiden Endabschnitten 18, 19 jeweils über eine Umformverbindung 20, 21 mit dem jeweils zugeordneten Lenkerarm 15, 16 verbunden. Die beiden Lenkerarme 15, 16 weichen von einer geradlinigen Erstreckung ab und sind darüber hinaus auch nicht parallel zueinander angeordnet. Dies ist erforderlich, um im Einbauzustand im Nutzfahrzeug Kollisionen mit anderen Bauteilen zu vermeiden und zusätzlich im Fahrbetrieb einen Lenkeinschlag zu ermöglichen.
Zwei der vier Lageranbindungen 11, 12, 13, 14 sind rahmenseitige Lageranbindungen 11, 12 mit einer gemeinsamen rahmenseitigen Lagerachse 22 zur schwenkbaren Lagerung des Querträgers 10 an einem schematisch dargestellten Fahrzeugrahmen 24 des Nutzfahrzeugs. Die anderen beiden Lageranbindungen sind radseitige Lageranbindungen 13, 14 mit einer gemeinsamen radseitigen Lagerachse 23 zur schwenkbaren Lagerung des Querträgers 10 an einem schematisch dargestellten Achsschenkel 25, auch Radträger genannt, des Nutzfahrzeugs. Die rahmenseitige 22 und die radseitige Lagerachse 23 sind parallel zueinander angeordnet. In den rahmenseitigen Lageranbindungen 11, 12 sind als Pratzengelenke 26 ausgebildete Gelenke aufgenommen, von denen nur eines dargestellt ist. Die Pratzengelenke 26, die auch als Molekulargelenke bezeichnet werden, durchdringen die rahmenseitigen Lageranbindungen 11 ,12 in Richtung der rahmenseitigen Lagerachse 22. Die radseitigen Lageranbindungen 13, 14 sind Bestandteil einer Durchsteckverbindung, bei welcher der Achsschenkel 25 zwischen den beiden radseitigen Lageranbindungen 13, 14 schwenkbeweglich angeordnet ist.
In 3 ist ebenso wie in 2 zu erkennen, dass die Lenkerarme 15, 16 jeweils einen einstückig mit diesen ausgebildeten Zapfen 30, 27 aufweisen, welcher in den jeweils zugeordneten Endabschnitt 18, 19 des als Rundrohr 17 ausgebildeten Verbindungselements eintaucht. Die radseitige Lageranbindung 14 des in 3 dargestellten Lenkerarms 16 weist Funktionsflächen 28, 29 auf, die sich senkrecht zu der radseitigen Lagerachse 23 erstrecken und die zugleich im Zusammenbauzustand von dem Lagerbolzen durchsetzt sind. Die Funktionsflächen 28, 29 werden durch eine spanende Bearbeitung hergestellt, wobei die spanende Bearbeitung nach dem Fertigstellen der Umformverbindungen 20, 21 erfolgt. Der weitere, in 2 dargestellte, Lenkerarm 15 weist analoge Funktionsflächen auf, die in gleicher Weise spanend bearbeitet werden.
4 zeigt von dem Lenkerarm 15 nur einen Zapfen 30, der von dem zugeordneten Endabschnitt 18 des als Rundrohr 17 ausgebildeten Verbindungselements umschlossen ist. An das freie Ende des Zapfens 30 schließt sich eine einstückig mit dem Zapfen 30 ausgebildete, abgeflachte Bauteilaufnahme 31 an, die mit weiteren Bauteilaufnahmen des Lenkerarms 15 dazu dient, diesen wiederholgenau in Spann- und Messaufnahmen anzuordnen. Der Zapfen 30 weist über dessen Längserstreckung im Bereich des Endabschnitts 18 hinterschnittige Konturbereiche auf, die als parallel zueinander beabstandete Rillen 32 ausgebildet sind. Die Umformverbindung 20 wird dadurch erzielt, dass der Endabschnitt 18 des Rundrohres 17 an die hinterschnittigen Rillen 32 des Zapfens 30 angelegt werden. Weiterhin ist die Umformverbindung als eine den Zapfen 30 umschließende Prägeverbindung 20 ausgebildet. Die Rillen 32 sind bei Betrachtung in einem Axialschnitt durch die Mittelachse des Zapfens 30, die mit der Mittelachse des Rundrohres 17 zusammenfällt, im Wesentlichen halbkreisförmig und zugleich konkav ausgebildet, also furchenartig in den Zapfen 30 eingearbeitet, wobei der Zapfen 30 unbearbeitet ist. Die Übergänge der Rillen 32 in die reguläre Oberfläche des Zapfens 30 sind verrundet ausgeführt.
Im Bereich der Rillen 32 weicht der Querschnitt des Zapfens 30 von einer Kreisform ab. Auf diese Weise wird zusammen mit dem an den Zapfen 30 angelegten Endabschnitt 18 des Rundrohres 17 eine Verdrehsicherung geschaffen. Die von einer Kreisform abweichenden Umfangsabschnitte des Zapfens 30 laufen in Umfangsrichtung bevorzugt im Wesentlichen im Bereich eines den Lenkerarm 15 umlaufenden Formtrennungsgrats 33 aus, der vom Gießen herrührt und in einer Formtrennungsebene 34 angeordnet ist. Zwischen dem Auslauf der Rillen 32 und dem Formtrennungsgrat 33 weist der Zapfen 30 eine Kreisquerschnittsform auf. Im Bereich der Umformverbindung 20 liegt der Endabschnitt 18 des Rundrohres 17 mit seinem Innenumfang vollumfänglich und zugleich vollflächig an der Mantelfläche des Zapfens 30 an.
5 zeigt die Umformverbindung 20 im Querschnitt, wobei die Schnittebene durch den Grund 35, also den tiefsten Punkt, einer Rille 32 verläuft. Es ist zu erkennen, dass die Rille 32 den Zapfen 30 nicht vollumfänglich umläuft, sondern in zwei Abschnitte unterteilt ist, die den Zapfen 30 jeweils um etwa 150 Grad umschließen und symmetrisch zu der Formtrennungsebene 34 angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Abschnitten geht die Rille 32 jeweils in eine Zylindermantelfläche 36 des Zapfens 30 über. Durch das Anlagen des Endabschnitts 18 des Rundrohres 17 an den die Außenumfangsfläche des Zapfens 30 wird somit in Umfangsrichtung eine Unrundverbindung erzeugt, die eine Rotation des Endabschnitts 18 des Rundrohres 17 um die Achse des Zapfens 30 verhindert.
Der Endabschnitt 18 des Rundrohres 17 weist an dessen Außenseite zwei in Umfangsrichtung um 180 Grad versetzt angeordnete und zugleich in Längsrichtung des Endabschnitts 18 verlaufende Materialansammlungen 37 auf, die auch als Einschlagprägefalten bezeichnet werden. In den Einschlagprägefalten 37 sammelt sich während der Herstellung der Umformverbindung 20 sowie einer damit einhergehenden Werkstoffverlagerung ein Materialüberschuss des Endabschnitts 18. Um die Ausbildung der Materialansammlungen 37 zu ermöglichen, fahren zwei Gesenkhälften eines Gesenks, ein Gesenkoberteil 38 und ein Gesenkunterteil 39, während der Herstellung der Umformverbindung 20 nicht auf Block zusammen. Das bedeutet, dass die Gesenkhälften 38, 39 so ausgelegt sind, dass sie sich auch bei größtmöglicher Annäherung unmittelbar nach dem Anlegen des Endabschnitts 18 an den Zapfen 30 nicht berühren, sondern vielmehr zwischen den Gesenkhälften 38, 39 ein umlaufender Spalt freibleibt aus dem überschüssiges Material des Endabschnitts 18 quasi herausquellen kann.
Das Gesenkunterteil 39 ist ortsfest angeordnet und das Gesenkoberteil 38 bewegt sich relativ zu dem Gesenkunterteil 39 in einer Entformungsrichtung e, die senkrecht zu der Formtrennungsebene 34 verläuft. Das Gesenk zur Herstellung der Umformverbindungen 20, 21 ist als ein Zwei-Arbeitsstellen-Gesenk ausgebildet. Mit den beiden jeweils einstückig ausgebildeten Gesenkhälften 38, 39 können somit beide Umformverbindungen 20, 21 zugleich in einem Arbeitshub hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Einzelradaufhängung
2: unterer Querlenker
3: Achsschenkel, Radträger
4: radseitige Lagerachse
5: rahmenseitige Lagerachse
x: Fahrzeuglängsrichtung, Fahrtrichtung
y: Fahrzeugquerrichtung
z: Fahrzeughochrichtung
10: Querlenker
11: rahmenseitige Lageranbindung
12: rahmenseitige Lageranbindung
13: radseitige Lageranbindung
14: radseitige Lageranbindung
15: Lenkerarm
16: Lenkerarm
17: Verbindungselement, Rundrohr
18: Endabschnitt
19: Endabschnitt
20: Umformverbindung, Prägeverbindung
21: Umformverbindung, Prägeverbindung
22: rahmenseitige Lagerachse
23: radseitige Lagerachse
24: Fahrzeugrahmen
25: Achsschenkel, Radträger
26: Gelenk, Pratzengelenk, Molekulargelenk
27: Zapfen
28: Funktionsfläche
29: Funktionsfläche
30: Zapfen
31: Bauteilaufnahme
32: Rillen
33: Formtrennungsgrat
34: Formtrennungsebene
35: Grund der Rille
36: Zylindermantelfläche
37: Materialansammlung, Einschlagprägefalte
38: Gesenkoberteil
39: Gesenkunterteil
e: Entformungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004014555 A1 [0002]

Claims

Als Dreipunktlenker mit vier Lageranbindungen (11, 12, 13, 14) ausgebildeter Querlenker (10) für eine Einzelradaufhängung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, der Querlenker (10) aufweisend zwei zueinander beabstandet angeordnete Lenkerarme (15, 16), welche durch ein Verbindungselement (17) fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (17) mit zumindest einem seiner Endabschnitte (18, 19) über eine Umformverbindung (20, 21) mit einem der Lenkerarme (15, 16) verbunden ist.
Querlenker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Endabschnitte (18, 19) des Verbindungselements (17) mit jeweils einem der Lenkerarme (15, 16) verbunden sind.
Querlenker (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkerarme (15, 16) und das Verbindungselement (17) aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind.
Querlenker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (17) als Hohlprofil, insbesondere als Rohr, ausgebildet ist.
Querlenker (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkerarme (15, 16) jeweils einen einstückig mit diesen ausgebildeten Zapfen (27, 30) aufweisen, welcher in den jeweils zugeordneten Endabschnitt (18, 19) des Hohlprofils (17) eintaucht.
Querlenker (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformverbindung als eine den oder die Zapfen (27, 30) umschließende Prägeverbindung (20, 21) ausgebildet ist.
Querlenker (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (27, 30) über deren Längserstreckung zumindest bereichsweise hinterschnittige Konturbereiche zur Erzielung einer Abziehsicherung aufweisen.
Querlenker (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hinterschnittigen Konturbereiche als parallel zueinander beabstandete Rillen (32) ausgebildet sind.
Querlenker (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Zapfen (27, 30) zumindest abschnittsweise von einer Kreisform abweicht.
Querlenker (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (27, 30) unbearbeitet sind.
Querlenker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformverbindung (20, 21) als formschlüssige Kaltumformverbindung ausgebildet ist.
Querlenker (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformverbindung (20, 21) als form- und kraftschlüssige Warmumformverbindung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Querlenkers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit folgenden Arbeitsschritten: - Positionieren der Lenkerarme (15, 16) und des Verbindungselements (17) in einer Fügevorrichtung, wobei die vorgenannten Bauteile im Bereich der zumindest einen Umformverbindung (20, 21) von einem Gesenkunterteil (39) aufgenommen werden und - Herstellen der Umformverbindung (20, 21) durch Schließen des Gesenks, wobei die Umformverbindung (20, 21) in einem Arbeitshub hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass erforderliche Zerspanungsoperationen nach dem Fertigstellen der Umformverbindung (20, 21) durchgeführt werden.