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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federbeingabel gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Patentanspruch 6.
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Federbeingabeln sind aus dem Stand der Technik bekannt und sind Bestandteil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges. Federbeingabeln sind zur Aufnahme bzw. Abstützung eines Federbeins bzw. eines Dämpfers oder auch kombinierten Federdämpferelementes ausgelegt. Sie weisen zwei Gabelarme auf. An dem Ende eines jeweiligen Gabelarmes sind Anbindungspunkte zur Anlenkung der Federbeingabel an eine entsprechende Aufhängungskomponente, beispielsweise eines Fahrwerkslenkers vorgesehen.
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Gattungsbildende Federbeingabeln sind beispielsweise aus der
DE 10 2017 010 860 A1 oder der
JP 07246814 A bekannt.
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Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die jeweilige Federbeingabel komplex aufgebaut und ggf. auch kostenintensiv herstellbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Federbeingabel kostengünstig gleichzeitig mit hoher Präzision und einem breiten Einsatzfeld hinsichtlich der möglichen Formgebung bereitzustellen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Federbeingabel mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein verfahrenstechnischer Teil der Aufgabe wird weiterhin mit den Merkmalen im Patentanspruch 6 gelöst.
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Die Federbeingabel ist für eine Kraftfahrzeugachse geeignet. Folglich kann sie auch Kraftfahrzeugfederbeingabel genannt werden. Die Federbeingabel weist eine obere zentrale Federbeinaufnahme bzw. Federaufnahme auf und sich von der Federbeinaufnahme erstreckende Gabelarme. Die Gabelarme sind dabei einstückig und werkstoffeinheitlich mit der Federbeinaufnahme verbunden. Dies erfolgt nicht durch eine spätere Koppelung sondern bereits durch eine einstückige und werkstoffeinheitliche Herstellung.
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Nunmehr ist die Federbeinaufnahme, zumindest an der Innenmantelfläche zylinderabschnittsförmig bzw. zylinderförmig ausgebildet. In einer entsprechenden Verlängerung stehen dann die Gabelarme von der Federbeinaufnahme ab bzw. über dieser über. Hierbei handelt es sich insbesondere um zwei Gabelarme.
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Die Federbeinaufnahme selbst weist einen Spalt auf, der sich zumindest abschnittsweise, insbesondere jedoch vollständig in Längsrichtung der Federbeinaufnahme erstreckt.
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Im Bereich des Spaltes bzw. Längsschlitzes stehen von der Federbeinaufnahme zwei Schenkel ab. Die Schenkel sind ebenfalls einstückig und werkstoffeinheitlich an der Federbeinaufnahme ausgebildet. Zwischen den zwei Schenkeln, die den Schlitz bilden, ist der Spalt ausgebildet, dergestalt, dass ein in die Federbeinaufnahme eingesetztes Feder- und/oder Dämpferelement hierin gehalten ist, mithin von der Federbeinaufnahme umgriffen ist und ein Sicherungsmittel die Schenkel durchgreifend und aufeinander zu bewegend angeordnet ist, so dass das Feder- und/oder Dämpferelement kraftschlüssig in der Federbeinaufnahme gehalten ist.
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Bei dem Sicherungsmittel handelt es sich insbesondere um mindestens eine Schraubverbindung, welche die Schenkel durchgreifend anordnet und verschraubt, so dass die Schenkel aufeinander zugezogen sind und damit das Feder- und/oder Dämpferelement in der Federbeinaufnahme einspannen.
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Erfindungswesentlich ist der strukturelle Aufbau als einstückiges werkstoffeinheitliches Bauteil, was insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Somit wird ein optimaler Spannungsverlauf aufgrund der Einstückigkeit und Werkstoffeinheitlichkeit innerhalb der einzelnen Komponenten hergestellt, was bei kostengünstiger Produktion zu gleichzeitig einem optimierten Kraftverlauf und damit einer entsprechenden Robustheit und Dauerhaltbarkeit der Federbeingabel führt.
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Ein erfindungswesentlicher Vorteil ist insbesondere der Spalt sowie die an dem Spalt angeordneten Schenkel, die einstückig und werkstoffeinheitlich an der Federbeinaufnahme hergestellt sind. Hier kann im Gegensatz zum Stand der Technik auf separate Bauteile, wie beispielsweise Klemmschellen oder komplexe Ausformungen von Stegen, Lippen oder ähnlichem abgesehen werden, gleichzeitig jedoch eine einfache und effektive Möglichkeit bereitgestellt werden, das Feder- oder Dämpferelement entsprechend einzuklemmen.
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Ein vorteiliger Effekt der Erfindung sieht vor, dass die Federbeingabel aus einem Extrusionsbauteil hergestellt ist. Alternativ oder ergänzend kann die Federbeingabel aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sein. Insbesondere kann hier eine 6000er Aluminiumlegierung verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt kann die Federbeingabel nach der Herstellung noch gehärtet sein. Durch die zusätzliche Wärmebehandlung kann die Festigkeit auf eine Zugfestigkeit Rm größer 300 MPa gesteigert sein.
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Um eine bessere Präzision zu erhalten, kann bevorzugt eine Innenmantelfläche des zylinderförmigen Abschnitts der Federbeinaufnahme maschinell nachbearbeitet sein. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Spaltfläche bzw. die aufeinander zu zeigenden Innenseiten der Schenkel maschinell nachbearbeitet sein, insbesondere spanabhebend.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind die Gabelarme umformtechnisch bearbeitet. Insbesondere können die Gabelarme in ihrem Querschnitt bzw. längenabschnittsweise jeweils umformtechnisch bearbeitet sein. Jedoch kann auch ein jeweiliger Gabelarm in seiner Längsrichtung umformtechnisch bearbeitet sein, mithin von einem gradlinigen Längsverlauf abweichend umgeformt sein. Zusätzlich können die Gabelarme verprägt sein. Beispielsweise mit einer in Längsrichtung der Gabelarme verlaufende Längssicke, so dass die Biegesteifigkeit der Gabelarme, durch die Verprägung gesteigert ist.
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An den Enden der Gabelarme sind dann bevorzugt Aufnahmen für die Kopplung an einem Federlenker oder ähnlichem vorgesehen. Besonders bevorzugt kann zumindest ein Einsatz aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere auch aus einem Stahlwerkstoff vorgesehen sein. Auch hierdurch kann wiederum die Robustheit der Federbeingabel gesteigert werden.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in dem Herstellungsverfahren, welches sich durch folgende Verfahrensschritte kennzeichnet:
- • Bereitstellen eines rohrförmigen Körpers, insbesondere hergestellt durch Extrusion,
- • schneidetechnisches Bearbeiten des rohrförmigen Körpers, dergestalt, dass zwei Halbzeuge hergestellt werden, wobei ein jedes Halbzeug einen zylinderförmigen Kopfabschnitt und zwei davon abstehende Arme aufweist,
- • Herstellen einer Außenfalz an dem Kopfabschnitt, durch Verkleinern des Durchmessers des Kopfabschnittes und Ausbilden zweier von dem Kopfabschnitt abstehender Schenkel,
- • Trennen der beiden Schenkel,
- • biegeteschnisches Bearbeiten der Arme zu den Gabelarmen,
- • optionales Nachbearbeiten einzelner Flächen und/oder Lochen der hergestellten Federbeingabel.
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Zunächst wird somit ein rohrförmiger Körper bzw. Rohling bereitgestellt, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung, ganz besonders bevorzugt hergestellt durch Extrusion. Dieser rohrförmige Körper bzw. Rohling wird dann abgelängt. Beispielsweise kann hier zunächst ein Endlosmaterial bereitgestellt werden, wobei die einzelnen Rohlinge dann eine Länge kleiner 100 cm, bevorzugt kleiner 50 cm aufweisen. Dieser Rohling wird dann derart schneidetechnisch bearbeitet, dass hieraus zwei Vorformen hergestellt werden. Die Vorformen sind bevorzugt spiegelsymmetrisch ausgebildet. Dies bedeutet ein jeweiliges Ende des rohrförmigen Körpers, wird zu der späteren Federbeinaufnahme verarbeitet. Die aufeinander zu zeigenden Mittelabschnitte werden dann in einzelne Arme trenntechnisch bearbeitet, wobei die Arme die späteren Gabelarme ergeben. Ein evtl. entstehender Verschnitt kann hierdurch minimiert werden.
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Aus dem rohrförmigen Körper können somit zwei Halbzeuge hergestellt werden. Jedes dieser Halbzeuge weist dann einen Kopfabschnitt sowie zwei davon abstehende Schenkel bzw. Gabelarme auf. Die Länge eines jeweiligen rohrförmigen Körpers wird somit definiert durch die Länge des Kopfabschnittes, die Länge des Gabelarmes sowie auf der anderen Seite die Länge des Kopfabschnittes sowie ggf. des zwischenliegenden Verschnitts.
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Im Anschluss erfolgt eine erfindungswesentliche Umformoperation. Es wird ein Außenfalz an dem Ende der Vorform, an der die spätere Federbeinaufnahme hergestellt ist, erzeugt. Dazu wird die Mantelfläche des zylinderförmigen Abschnittes durch ein Umformwerkzeug derart umgeformt, dass eine Falte bzw. Lippe bzw. Außenfalz ausgeformt wird und der restliche Teil der Federbeinaufnahme in ihrem Durchmesser verringert. Die Durchmesserverringerung findet statt zugunsten des Ausbildens der Außenfalz. Die Außenfalz selbst ist doppellagig ausgebildet. Im Anschluss daran wird ein äußeres Ende der Außenfalz trenntechnisch bearbeitet. Es entstehen somit durch das Trennen der Doppellage die Schenkel, welche einstückig und werkstoffeinheitlich von der Federbeinaufnahme abstehen.
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Dem vorangestellt oder auch im Anschluss daran findet dann ein umformtechnisches Bearbeiten der Arme statt, so dass die Arme zu Gabelarmen umgeformt bzw. weiter bearbeitet werden.
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Insbesondere können hierdurch die Gabelarme in ihrem Querschnitt durch die vormalige Herstellung aus einem rohrförmigen Körper in ihrem Querschnitt zumindestens halbkreisabschnittsförmig ausgebildet sein. Insbesondere sind jedoch bevorzugt die Gabelarme an ihren Enden flachgedrückt, um hier eine präzise Aufnahme für einen anzubindenden Lenker oder ähnliche bereitzustellen.
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Weiterhin bevorzugt kann der rohrförmige Körper zunächst einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
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Entsprechende Flächen oder Bereiche, die eine hohe Präzision hinsichtlich ihrer geometrischen Lage erfordern, können an dem umformtechnisch fertig hergestellten Bauteil nochmals mechanisch, insbesondere spanabhebend nachbearbeitet werden.
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Optional oder ergänzend können auch Einsätze, insbesondere Verstärkungseinsätze, beispielsweise aus Stahlwerkstoff eingebracht werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung.
- 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Federbeingabel in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten,
- 3 zeigt das Einbringen eines Einsatzes,
- 4a bis e den Ablauf eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
- 5 und 6 ein Umformwerkzeug bei der Herstellung einer Außenfalz.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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Die Federbeingabel 1 weist eine, auf die spätere Einbaulage bezogen, oben liegende zentrale Federbeinaufnahme 2 auf. Die Federbeinaufnahme 2 selbst ist zylinderförmig ausgebildet. Diese weist insbesondere eine Innenmantelfläche 3 auf, um dort einen nicht näher dargestelltes Feder- und/oder Dämpfelement aufnehmen. Von der Zylinderform stehen seitlich zwei Stege bzw. Schenkel 4 ab. Zwischen den Schenkeln 4 ist ein Spalt 5 ausgebildet. Die Schenkel 4 weisen Aufnahmelöcher 6 auf. Die Aufnahmelöcher 6 und somit die Schenkel 4 durchgreifend kann ein nicht näher dargestelltes Sicherungsmittel, beispielsweise ein Schraubbolzen eingesetzt werden. Durch Festziehen des Schraubbolzens werden dann die Schenkel 4 aufeinander zu bewegt und ein in der Federbeinaufnahme 2 angeordnetes Feder- und/oder Dämpferelement kraftschlüssig zusätzlich fixiert. Die Innenmantelfläche 3 selbst kann insbesondere maschinell nachbearbeitet werden, so dass eine höhere Präzision vorgegeben ist, beispielsweise spanabhebend nachbearbeitet werden.
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Die Schenkel 4 sind einstückig werkstoffeinheitlich an der Federaufnahme 2 ausgebildet. Gleiches gilt für zwei Gabelarme 7. Die Gabelarme 7 erstrecken sich in Längsrichtung L von der Federbeinaufnahme 2. Auch die Gabelarme 7 sind einstückig werkstoffeinheitlich an der Federbeinaufnahme 2 ausgebildet. In einem oberen Abschnitt, mithin in einen Abschnitt, der unmittelbar an der Federbeinaufnahme 2 beginnt, sind die Gabelarme 7 selbst im Wesentlichen halbkreisabschnittsförmig ausgebildet. Zu einem unteren Ende 8 der Gabelarme 7 sind die Gabelarme 7 im Querschnitt flach ausgebildet. Insbesondere können hier dargestellt Einsätze 9 vorhanden sein, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff, so dass zur Aufnahme oder Kopplung mit einem nicht näher dargestellten Federlenker hier eine höhere Robustheit gegeben ist.
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3 zeigt exemplarisch das Einbringen eines solchen Einsatzes 9 im Bereich des unteren Endes 8 eines Gabelarmes 7. Der Einsatz 9 kann beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet sein.
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Das Herstellungsverfahren ist in 4a bis e dargestellt. Zunächst wird ein rohrförmiger Körper 10 bereitgestellt. Der rohrförmige Körper 10 kann selbst als kreisrundes Rohr ausgebildet sein und beispielsweise, insbesondere durch Extrusion hergestellt sein, besonders bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung. Es erfolgt dann ein schneidetechnisches Verarbeiten zu in 4b dargestellten zwei Halbzeugen 11. Dabei wird ein jeweiliger Kopfabschnitt 12 sowie sich von dem Kopfabschnitt 12 erstreckende zwei Arme 13 ausgeschnitten. Es werden aus einem rohrförmigen Körper 10 spiegelsymmetrisch zwei Halbzeuge 11 hergestellt.
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Die Länge L10 des rohrförmigen Körpers wird dabei definiert durch zweimal die Länge des Kopfabschnittes 12 sowie die Länge eines Armes 13 sowie ggf. die Schnittbreite des hergestellten Trennspaltes zum Ausschneiden der Arme 13.
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Es erfolgt dann das Einlegen in ein Umformwerkzeug, dargestellt in 4d. In den 4a bis 4e ist jeweils der Produktionsfortschritt an dem herzustellenden Bauteil dargestellt. Die eigentlich verwendeten Umformwerkzeuge sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt. Das Bauteil stellt somit einen Produktionsfortschritt während oder nach Abschluss des jeweils beschriebenen Produktionsabschrittes dar. Dabei wird der Kopfabschnitt 12 in seinem Durchmesser reduziert und es wird eine Außenfalz 14 erzeugt. Der Durchmesser des rohrförmigen Körpers 10 ist somit größer als der Durchmesser des Kopfabschnittes 12. Die Durchmesserreduktion bildet somit die Möglichkeit zur Herstellung des Außenfalzes. Der Kopfabschnitt 12 wird somit zu der Federbeinaufnahme 2 umgebogen. Die Außenfalz 14 wird anschließend, in 4d und e jedoch noch nicht gezeigt, an ihrem äußeren Ende 15 durchtrennt, so dass die zwei Schenkel 4 ausgebildet sind. Die Arme 7 werden umformtechnisch bearbeitet, so dass die Gabelarme 7 hergestellt sind. Gemäß 4e erfolgt dann noch ein weiteres schneidetechnisches Bearbeiten, beispielsweise der Enden 8 zur Herstellung von Anbindungspunkte 18.
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Ferner dargestellt ist in 4d und e jeweils das direkte Weiterverarbeiten der zwei Halbzeuge 11 zu zwei Federbeingabeln 1. Es kann jedoch auch nach dem Herstellen zweier Halbzeuge 11 dann immer nur ein Halbzeug 11 weiterverarbeitet werden. Nach 4e erfolgen weitere Verfahrensschritte, die jedoch nicht dargestellt sind. Diese sind insbesondere das Trennen des äußeren Endes 15 der Außenfalz 14, so dass durch die Doppellage der Außenfalz 14 die zwei Schenkel 4 ausgebildet sind. Ebenfalls ein weiteres, beispielsweise spanabhebendes Bearbeiten sowie die Herstellung eines Anbindungspunktes 18 durch die späteren Schenkel, was jedoch aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist.
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5 zeigt ein kombiniertes Umformwerkzeug zum umformtechnischen Bearbeiten des Halbzeuges 11. Der vordere Kopfabschnitt 12 wird dabei mit einem inneren Einleger 16 versehen, dergestalt, dass zwei äußere Backen 17 zusammengedrückt werden, was in 6 dargestellt ist, und somit die Außenfalz 14 durch Reduzierung des Durchmessers des Kopfabschnittes 12 in Form von zwei nach außen abstehenden Schenkeln 4 hergestellt werden. Ein erkennbarer hinterer Teil des Umformwerkzeuges 19 wird anschließend weiter zusammengefahren, so dass die Arme zu den Gabelarmen 7 umformtechnisch bearbeitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federbeingabel
- 2
- Federbeinaufnahme
- 3
- Innenmantelfläche
- 4
- Schenkel
- 5
- Spalt
- 6
- Aufnahmeloch
- 7
- Gabelarm
- 8
- Ende zu 7
- 9
- Einsatz
- 10
- rohrförmiger Körper
- 11
- Halbzeug
- 12
- Kopfabschnitt
- 13
- Arm
- 14
- Außenfalz
- 15
- äußeres Ende zu 14
- 16
- Einleger
- 17
- Backe
- 18
- Anbindungspunkt
- 19
- Umformwerkzeug
- L
- Längsrichtung
- L10
- Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017010860 A1 [0003]
- JP 07246814 A [0003]
