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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungseinheit zum Verbinden einer Lenkvorrichtung mit einem Rad eines Fahrzeugs, auf eine Lenkvorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungseinheit.
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Die
WO 2020 0616 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs sowie ein Steuergerät und eine Lenkung.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Verbindungseinheit zum Verbinden einer Lenkvorrichtung mit einem Rad eines Fahrzeugs, eine verbesserte Lenkvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Verbindungseinheit gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine Möglichkeit geschaffen werden, um beispielsweise ein erhöhtes Fahrzeuggewicht aufgrund eines Energiespeichers oder einer alternativen oder zusätzlichen Antriebseinheit, insbesondere im Hinblick für E-Fahrzeuge (elektrisch angetriebene Fahrzeuge) zu reduzieren. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise das Gewicht einzelner Komponenten oder Bauteile reduziert werden, wodurch folglich ein Gesamtgewicht des Fahrzeugs bei gleichzeitiger Ausnutzung eines vorhandenen Bauraums reduziert werden kann. Des Weiteren können durch eine Wahl des Fertigungsmaterials bei einzelnen Bauteilen neben dem Gewicht die Herstellungskosten reduziert werden.
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Es wird die Verbindungseinheit zum Verbinden einer Lenkvorrichtung, insbesondere Hinterachslenkvorrichtung, mit einem Rad eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei die Verbindungseinheit einen ersten Arm mit einer ersten Durchgangsöffnung, einen gegenüber dem ersten Arm versetzt angeordneten zweiten Arm mit einer zweiten Durchgangsöffnung und einen den ersten Arm und den zweiten Arm verbindenden Zwischenabschnitt mit einer dritten Durchgangsöffnung aufweist. Der erste Arm, der zweite Arm und zusätzlich oder alternativ der Zwischenabschnitt weist oder weisen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf.
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Die Verbindungseinheit kann beispielsweise als eine Gelenkgabel ausgeformt sein, die vorteilhafterweise als Koppelstelle zwischen der Lenkvorrichtung und dem Rad des Fahrzeugs fungieren kann. Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen, aber beispielsweise auch als ein Nutzfahrzeug realisiert sein, beispielsweise als ein E-Fahrzeug. Die Lenkvorrichtung kann dabei mit einer Hinterachse des Fahrzeugs verbunden sein oder als Hinterachslenkung realisiert sein. Die Arme der Verbindungseinheit können weiterhin parallel zueinander oder mindestens teilweise parallel zueinander ausgerichtet sein. Die Durchgangsöffnungen der Arme und zusätzlich oder alternativ des Zwischenabschnitts können vorteilhafterweise als Befestigungsöffnungen realisiert sein, sodass die Lenkvorrichtung, beziehungsweise das Rad an der Verbindungseinheit befestigt werden kann. Vorteilhafterweise ist die Verbindungseinheit vollständig oder mindestens teilweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt, sodass das Gewicht der Verbindungseinheit und zusätzlich oder alternativ Materialkosten reduziert werden kann oder können. Vorteilhafterweise können einzelne Bereiche an den Armen und dem Zwischenabschnitt verdickt und somit verstärkt ausgeformt sein, um vorteilhafterweise auf die Verbindungseinheit wirkende Kräfte gemäß einer geforderten Beanspruchung bei einer Lenkung ausreichend aufnehmen zu können. Die Verstärkungen können beispielsweise während eines Herstellungsvorgangs angelegt werden. Es wird damit eine Stabilität der Verbindungseinheit gesichert, so dass diese während der gesamten Lebensdauer dieses Bauteils vorhanden ist. Eine Lenkung muss bei einem Fahrwerk eines Fahrzeugs hohe Kräfte aufnehmen können, welche sich bei der Fahrt aufgrund der auf die Räder des Fahrzeugs wirkenden Kräfte, insbesondere Seitenkräfte, ergeben. Zudem ist eine Lenkung radführend ausgelegt, so dass die Räder ihren mittels der Lenkung voreingestellten Radlenkwinkel wie eingestellt beibehalten. Damit ist sichergestellt, dass der gewählte Fahrweg beibehalten werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann oder können der erste Arm, der zweite Arm und zusätzlich oder alternativ der Zwischenabschnitt eine Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung (AlSi1MnMg) aufweisen oder aus der Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung ausgeformt sein. Durch die Materialwahl für das Verbindungselement kann vorteilhafterweise auf einen zusätzlichen Korrosionsschutz verzichtet werden. Vorteilhafterweise kann das Bauteil aus einer Aluminiumlegierung nach der Herstellung einer festigkeitserhöhenden Wärmebehandlung unterzogen werden und somit gehärtet ausgeführt sein.
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Weiterhin können der erste Arm, der zweite Arm und der Zwischenabschnitt einstückig ausgeformt und zusätzlich oder alternativ als Schmiedeteil ausgeformt sein. Durch die einstückige Form der Verbindungseinheit kann vorteilhafterweise dessen Stabilität verbessert werden, da die Verbindungseinheit keine potentielle Schwachstelle aufweist, wie beispielsweise Verbindungspunkte der Arme mit dem Zwischenabschnitt, wie bei einer aus Einzelteilen form- und/oder kraftschlüssig gefügten Verbindungseinheit.
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Die Arme und der Zwischenabschnitt können ferner U-förmig angeordnet sein, insbesondere wobei die Verbindungseinheit ausgeformt sein kann, um eine Lenkbewegung der Lenkvorrichtung auf das Rad des Fahrzeugs übertragen zu können. Die Lenkbewegung kann beispielsweise mittels einer Spindel, welche axial zu ihrer Längssachse bewegt werden kann, mittelbar oder unmittelbar auf das Rad übertragen werden. Die Spindel kann Teil eines Spindelantriebes sein, welche mittels einer ortsfest gelagerten Spindelmutter ein Bewegungsgewinde ausbilden. Hierzu greifen das Innengewinde der Spindelmutter und das Außengewinde der Spindel ineinander und bilden das Bewegungsgewinde aus. Die jeweiligen Enden der Spindel sind bevorzugt mit dem Zwischenabschnitt gekoppelt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Zwischenabschnitt einen Koppelbereich zum Koppeln mit der Lenkvorrichtung aufweisen, insbesondere wobei der Koppelbereich als ein Aufnahmekragen ausgeformt sein kann. Der Aufnahmekragen kann vorteilhafterweise die dritte Durchgangsöffnung umgeben und somit die Verbindungseinheit im Koppelbereich verstärken, auf den beispielsweise in einem Betriebszustand größere Kräfte wirken können als auf beispielsweise die Arme der Verbindungseinheit. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Stabilität der Verbindungseinheit insgesamt verbessert werden.
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Es wird ferner eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Lenkvorrichtung einen Aktuator aufweist, der ausgebildet ist, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs zu erzeugen. Außerdem weist die Lenkvorrichtung eine mindestens teilweise bewegliche Lenkstange auf, welche mittels des Aktuators verlagerbar ist, und mindestens eine Verbindungseinheit in einer zuvor genannten Variante auf, wobei die Verbindungseinheit an einem freien Ende des Lenkstange angeordnet sein kann.
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Die Lenkvorrichtung kann beispielsweise auch als Hinterachslenkung für ein Fahrzeug, vorzugsweise E-Fahrzeug, bevorzugt als eine Steer-by-wire-Lenkung realisiert sein. Demnach kann der Aktuator beispielsweise mit einem Getriebe, vorzugsweise einem Spindelantrieb, welcher mittels eines Elektromotors angetrieben wird, ausgeformt sein, der die Lenkstange mittels des Spindelantriebs zum Ausführen einer Lenkbewegung antreiben kann. Der Spindelantrieb kann hierzu in dem Gehäuse des Aktuators eine drehbar und ortsfest gelagerte Spindelmutter mit einem Innengewinde aufweisen, welche mit dem Außengewinde einer in dem Gehäuse des Aktuators verlagerbaren Spindel in Eingriff ist, wobei die Spindel die Lenkstange ausbildet. Wird die Spindelmutter mittelbar oder unmittelbar mittels des Elektromotors drehangetrieben, so wird die Spindel entlang ihrer Längsachse in die eine oder andere Richtung verlagert. Durch Kopplung der Spindel mit einem Lenkgestänge kann die Lenkbewegung der Räder einer Fahrzeugachse ausgeführt werden. Die Verbindungseinheit kann vorteilhafterweise zwischen einem ein Rad aufnehmenden Radträger des Fahrzeugs und der Lenkstange bzw. dem Lenkgestänge angeordnet sein, um die Lenkbewegung auf das Rad übertragen zu können.
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Die Lenkvorrichtung kann weiterhin eine weitere Verbindungseinheit zum Verbinden der Lenkvorrichtung mit einem weiteren Rad des Fahrzeugs aufweisen, wobei die weitere Verbindungseinheit an einem dem freien gegenüberliegenden weiteren Ende der Lenkstange angeordnet sein kann. Die weitere Verbindungseinheit kann der Verbindungseinheit in einer zuvor genannten Variante gleichen.
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Es wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungseinheit in einer zuvor genannten Variante vorgestellt, das einen Schritt des Formens eines Vormaterials zu einem Rohteil, einen Schritt des Bearbeitens des Rohteils, und einen Schritt des Härtens des Rohteils unter Verwendung von Wärme umfasst, um die Verbindungseinheit herstellen zu können.
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Durch das Verfahren kann vorteilhafterweise die Verbindungseinheit kostengünstig und einfach hergestellt werden. Im Schritt des Formens kann das Vormaterial vorteilhafterweise unter Verwendung eines Stanz-, Biege- oder Schmiedeverfahrens geformt werden. Folglich kann im Schritt des Härtens vorteilhafterweise eine Wärmebehandlung stattfinden, um eine Stabilität der herzustellenden Verbindungseinheit verbessern zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Formens das Vormaterial und zusätzlich oder alternativ im Schritt des Bearbeitens das Rohteil unter Verwendung eines Gesenkschmiede Verfahrens geformt und zusätzlich oder alternativ bearbeitet werden. Vorteilhafterweise kann das Vormaterial und zusätzlich oder alternativ das Rohteil mittels Vorgesenk und Endgesenk hergestellt werden.
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Weiterhin kann im Schritt des Härtens ein Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt werden, um eine Härtung des Rohteils erreichen zu können. Vorteilhafterweise wird ein Glühverfahren mit einer T6-Aushärtung angewendet. Es kann so eine maximale durch thermische Behandlung mögliche Aushärtung für Aluminium erreicht werden, um eine ausreichende Festigkeit hinsichtlich der in der Lenkung eines Kraftfahrzeugs notwendigen Belastung mit einer Langlebigkeit der Verbindungseinheit sicherzustellen und zusätzlich gewährleisten zu können, dass gegenüber bisherigen Gelenkgabeln eine Reduzierung des Gewichts ermöglicht werden kann.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe effizient und kostengünstig gelöst werden.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lenkvorrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lenkvorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit;
- 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit;
- 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit;
- 7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit;
- 8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindungseinheit; und
- 9 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Lenkvorrichtung 115 ist dabei als eine Hinterachslenkvorrichtung ausgeformt, hier als Steer-by-wire-Lenkung. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die Lenkvorrichtung 115 weist dabei einen Aktuator 10 auf, der ausgebildet ist, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs 100 zu erzeugen. Der Aktuator ist beispielsweise als ein Elektroantrieb oder Elektromotor 110 ausgeführt und ist mit einem mindestens teilweise beweglichen Lenkgestänges der Lenkvorrichtung 115, hier mit einer entlang ihrer Längsachse beweglichen Lenkstange 27 ausgeführt als Spindel eines Spindelantriebs 117 verbunden. Die Spindel ist in einem Gehäuse angeordnet, in dem die Spindelmutter ortsfest angeordnet und drehbar von dem Elektromotor 110 angetrieben wird. Ein Innengewinde der Spindelmutter ist dabei in Eingriff mit einem Außengewinde der Spindel, welche somit ein Bewegungsgewinde ausbilden. Die Spindel ist durch Drehen der Spindelmutter linear, beziehungsweise translatorisch verlagerbar. An den Enden der Spindel sind Spurstangen 118, 119 mittels der Gelenkgabeln angekoppelt, die hier als Verbindungseinheiten 120, 130 beschrieben werden. Weiterhin weist die Lenkvorrichtung 115 mindestens eine Verbindungseinheit 120 auf, die ausgeformt ist, um die Lenkvorrichtung 115 mit einem Rad 125 des Fahrzeugs 100 zu verbinden. Die Verbindungseinheit 120 ist dabei an einem freien Ende des Lenkgestänges angeordnet.
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Zusätzlich weist die Lenkvorrichtung 115 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Verbindungseinheit 130 auf, die ausgeformt ist, um die Lenkvorrichtung 115 mit einem weiteren Rad 135 des Fahrzeugs 100 zu verbinden und die Fahrzeugachse, insbesondere die Hinterachse 105 des Fahrzeugs 100 auszuformen. Die weitere Verbindungseinheit 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einem dem freien Ende gegenüberliegenden weiteren freien Ende der Lenkstange angeordnet.
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Im Allgemeinen wird bei Hinterachslenkungen mit einem Zentralsteller, der hier als Aktuator beschrieben ist, zur Aufnahme von Spurlenkern an der Lenkung häufig ein Verbindungsbauteil in Form einer Anschlussgabel verwendet. Dies ist bei bekannten Hinterachslenkungen bisher als Stahlschmiedebauteil ausgeführt. Zum Korrosionsschutz und Verhinderung von Korrosionsunterwanderung am gabelseitigen Dichtungsbalgsitz wird die Gabel dabei mit einem galvanischen Korrosionsschutz, insbesondere einer Zink-Nickel-Beschichtung (ZnNi) versehen, um Rotrost und/oder eine Korrosionsunterwanderung an beispielsweise einem Dichtungsbalgsitz der Gabel zu vermeiden. Aktuell verbaute Gabeln aus Stahl weisen ein Gewicht von ca. 300 bis 500 g auf, welches sich auf das Gewicht des Aktuators der Lenkung auswirkt. Bei einem Zentralsteller werden herkömmlich zwei Stahlgabeln verwendet, so das ca. 600 bis 1000g pro Lenkung auftreten. Zur Gewichtsoptimierung, insbesondere bei den aufgrund immer größerer Batterien und somit schwerer werdenden E-Fahrzeugen, sollen bewusst ausreichend robuste, aber auch möglichst leichte Fahrwerkbauteile als Alternative verwendet werden.
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Vor diesem Hintergrund weist das Fahrzeug 100 in anderen Worten ausgedrückt die Verbindungseinheit 120 und/oder die weitere Verbindungseinheit 130 auf, die beispielsweise als eine Leichtbaugabel aus Aluminium oder als Aluminiumschmiedegabel für die Lenkvorrichtung 115 eingesetzt wird, insbesondere für eine Hinterachslenkvorrichtung. Durch die mindestens eine Verbindungseinheit 120, 130 als Aluminiumschmiedegabel wird einerseits eine erhebliche Gewichtsreduktion an der Hinterachse 105 bei gleicher Funktionalität mit Ausnutzung des möglichen Bauraums erreicht und andererseits entfällt ein zusätzlicher Oberflächenschutz der Verbindungseinheit 120, 130.
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In der schematischen Darstellung gemäß 2 ist eine Fahrzeugachse 1 gezeigt, hier dargestellt als eine Hinterachse mit einem Hilfsrahmen 2, der an einem Fahrzeugaufbau befestigt ist bzw. diesen bildet und mit der Karosserie eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Hinterachse beschränkt. Die Räder 5 und 6 sind mittels Lenkern 3 an dem Hilfsrahmen 2 angelenkt. Die Lenker 3 sind Teil der Radaufhängung für die Räder 5, 6. An dem Hilfsrahmen 2 ist ein Aktuator 10 einer steer-by-wire-Lenkung 12 angeordnet. Der Aktuator 10 ist mit seinem Gehäuse 21 an dem Hilfsrahmen 2 befestigt. Der Aktuator 10 weist in der vorliegenden Ausführung als ein zentraler Aktuator eine durchgehende Lenkstange 27 auf, welche durch das Gehäuse 21 des Aktuators 10 hindurchgeführt ist. Der Antriebsmotor 22 ist achsparallel zur Lenkstange 27 angeordnet. An den Enden der Lenkstange 27 sind Spurstangen 23 angelenkt, welche mit dem von dem Aktuator 10 abgewandten Ende jeweils mit dem nicht dargestellten Radträger der Räder 5 und 6 gelenkig verbunden sind. Es ist offensichtlich, dass bei einer axialen Verlagerung, also einer Verlagerung der Lenkstange 27 entlang der Längsachse a in die eine oder andere Richtung eine Veränderung des Radlenkwinkels 8, 9 erfolgt, weil die Spurstangen 23 eine Zwangsverbindung zwischen Rad 5, 6 bzw. Radträger und dem Aktuator 10 darstellen. Zur Lenkung der Räder 5, 6 sind diese um ihre Hochachse drehbar an der Radaufhängung 3 angelenkt. Der Aktuator 10 ist mit anderen Worten eine Vorrichtung, welche ein Betreiben der Lenkung 12 ermöglicht.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des in 2 bereits gezeigten Aktuators 10. Der Aktuator 10 weist ein Gehäuse 21 auf, an dem achsparallel ein Antriebsmotor 22 angeordnet ist. In dem Gehäuse 21 ist der Spindelantrieb 17 angeordnet, bestehend aus der Spindelmutter 25 und der als Gewindespindel ausgeführten Lenkstange 27. Die Spindelmutter 25 ist gegenüber dem Gehäuse 21 mit einem Walzlager 29 ortsfest und drehbar gelagert. Die als Gewindespindel ausgebildete Lenkstange 27 ist durch die Spindelmutter 25 hindurchgeführt und koaxial zu dieser angeordnet. Auf der von dem Walzlager 29 abgewandten Seite der Spindelmutter 25 ist ein Riemenrad 30 drehfest auf der Spindelmutter 25 angeordnet. Der Elektromotor 22 weist ein Antriebsritzel 32 auf. Ein Antriebsriemen 34 in Form eines Zahnriemens umschlingt sowohl das Antriebsritzel 32 als auch das Riemenrad 30, so dass bei Drehbewegung des Elektromotors bzw. Antriebsmotors 22 die Spindelmutter 25 schlupffrei in Drehbewegung um die Längsachse a versetzt ist.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel nach 3 sind die Verbindungseinheiten 120, 130 genauer dargestellt. Da die Verbindungseinheiten 120, 130 gemäß diesem Ausführungsbeispiel gleichermaßen ausgeformt sind, wird ihre Form lediglich anhand der Verbindungseinheit 120 beschrieben. Die Verbindungseinheit 120 weist einen ersten Arm 320 mit einer ersten Durchgangsöffnung, einen gegenüber den ersten Arm 320 versetzten zweiten Arm 325 mit einer zweiten Durchgangsöffnung sowie einen den ersten Arm 320 und den zweiten Arm 325 verbindenden Zwischenabschnitt 330 mit einer dritten Durchgangsöffnung auf. Der erste Arm 320, der zweite Arm 325 und/oder der Zwischenabschnitt 330 sind dabei aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Aluminiumlegierung ist dabei beispielsweise eine Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung (AISi1 MnMg). Beispielsweise sind der erste Arm 320, der zweite Arm 325 und der Zwischenabschnitt 330 einstückig und/oder als U-förmiges Schmiedeteil ausgeformt. Die Verbindungseinheit 120 ist dabei insbesondere ausgeformt, um eine Lenkbewegung der Lenkvorrichtung 115 auf ein Rad des Fahrzeugs zu übertragen. Ferner weist die Verbindungseinheit 120 am Zwischenabschnitt 330 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Koppelbereich zum Koppeln mit der Lenkvorrichtung 115 auf, der insbesondere als ein Aufnahmekragen 335 ausgeformt ist. Die dritte Durchgangsöffnung ist beispielsweise von dem Aufnahmekragen 335 umgeben und ist demnach als eine Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen eines Fixierelements 340, wie beispielsweise eine Schraube, ausgeformt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit 120. Die hier dargestellte Verbindungseinheit 120 entspricht oder ähnelt beispielsweise der in einer der 1 bis 3 beschriebenen Verbindungseinheit 120. Auch die hier dargestellte Verbindungseinheit 120 weist den ersten Arm 320 mit einer ersten Durchgangsöffnung 400, den zweiten Arm 325 mit einer zweiten Durchgangsöffnung 405 und den die Arme 320, 325 verbindenden Zwischenabschnitt 330 mit der dritten Durchgangsöffnung 410 auf. Die Verbindungseinheit 120 ist auch hier beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung ausgeformt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die Arme 320, 325 jeweils einen Haltebereich um die Durchgangsöffnungen 400, 405 auf, der jeweils eine Vertiefung 415, 420 des entsprechenden Arms 320, 325 darstellt. Diese Vertiefungen 415, 420 sind ausgeformt, um beispielsweise eine Exzenterscheibe aufzunehmen, die beispielsweise für eine Spureinstellung verwendet wird. Die Vertiefungen 415, 420 weisen an ihren Randbereichen dazu beispielsweise jeweils zwei Flanken 421, 422 auf, an denen sich die Exzenterscheibe abstützt. Die Durchgangsöffnungen sind als Langlöcher ausgeformt, welche eine Verstellung einer Spur ermöglichen.
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Auch hier weist die Verbindungseinheit 120 den Aufnahmekragen 335 auf, der als ringartiger Vorsprung um die dritte Durchgangsöffnung 410 herum angeordnet ist. Ferner weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel der erste Arm 320, der zweite Arm 325 und/oder der Zwischenabschnitt 330 mindestens eine Nase 425 zum Abstützen eines Herstellungswerkzeugs für beispielsweise einen Schmiedeprozess auf. Insbesondere erstreckt sich die mindestens eine Nase 425 in eine andere Richtung als eine Haupterstreckungsrichtung 430 des ersten Arms 320, des zweiten Arms 325 und/oder des Zwischenabschnitts 330. Insbesondere weist der zweite Arm 325 mindestens eine zweite Nase 435 und der Zwischenabschnitt 330 mindestens eine dritte Nase 440 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die Arme 320, 325 zusätzlich jeweils eine der Nasen 425, 435 gegenüberliegend angeordnete weitere Nasen 445, 450 auf.
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Die Geometrie der Verbindungseinheit 120 ist dabei beispielsweise durch eine Vielzahl von notwendigen Kontaktflächen für Anschlussbauteile, wie beispielsweise für eine Lagerhülse zur Aufnahme der Gewindespindel bzw. Lenkstange der Hinterachslenkung, ein Lager eines Spurlenkers in der Verbindungseinheit 120 und durch eine Verschraubung mit Exzenterverstellung eines Spurlenkers außen an der Verbindungseinheit 120 bereits maßgeblich vordefiniert. Viele dieser Bereiche sind beispielsweise durch Betriebslasten der Hinterachslenkung nur wenig belastet. Durch diese Bedingungen bleibt für eine Gewichtsreduktion an der Stahlgabel nur wenig Spielraum. Durch Ändern des Grundwerkstoffs der Verbindungseinheit 120 gegenüber bisher verwendeten Gabeln aus Stahl (30MnVS6) in Aluminium (AlSi1MnMg) und durch eine optimierte Neukonstruktion der Verbindungseinheit 120 unter Ausnutzen des vorhandenen Bauraums, kann das Gewicht pro Bauteil um etwa 50 bis 60%, bspw. 140 - 260 g reduziert werden. Das bedeutet eine Gewichtsersparnis von etwa 300 - 600 g an der Lenkung - je nach Ausführung der Verbindungseinheit. Außerdem benötigt die Verbindungseinheit 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufgrund des verwendeten Werkstoffs keinen zusätzlichen Oberflächenschutz, da sowohl die Rohkontur wie auch die bearbeiteten Flächen beim Einsatz der genannten Legierungen korrosionsspezifische Anforderungen auch ohne Oberflächenschutz erfüllen und auch die Korrosionsunterwanderung, insbesondere am Dichtungsbalgsitz in der Regel unbehandelt funktionieren.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit 120. Die hier dargestellte Verbindungseinheit 120 entspricht beispielsweise der in 4 beschriebenen Verbindungseinheit 120 und ist gemäß dem Ausführungsbeispiel gem. 5 in einer Seitenansicht auf den ersten Arm 320 dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Form einer bisher verwendeten Stahlgabel 500 grafisch über die in den vorherigen Figuren beschriebene Verbindungseinheit 120 gelegt, um Unterschiede bezüglich der Formgebung der Verbindungseinheit 120 zu verdeutlichen. Das bedeutet, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel mindestens der erste Arm 320 entlang einer Haupterstreckungsrichtung abweichend von der Stahlvariante ausgeführt ist. Auch ist der Zwischenabschnitt 330 gemäß diesem Ausführungsbeispiel breiter ausgeformt als die Erstreckung des Arms 320 in seiner Ausführung aus Stahl und weist zusätzlich einen geänderten Aufnahmekragen 335 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Arm 320 eine Nase 425 und an einer der Nase 425 gegenüberliegenden Kante eine weitere Nase 445 auf. Insgesamt ist der Materialquerschnitt gegenüber der Stahlgabel erhöht ausgeführt.
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Maßgeblich wurden die Schenkel der Verbindungseinheit 120 für die Ausführung aus Aluminium gegenüber der Stahlgabel 500 deutlich aufgedickt und auch ein die Arme 320, 325 verbindender Zwischenabschnitt 330 der Verbindungseinheit 120 wurde verstärkt. Außerdem wurden die Nasen 425, 445 zum Abstützen eines Herstellungswerkzeugs verstärkt. Da beim Spannen der Verbindungseinheit 120 für die mechanische Bearbeitung Kerben entstehen können, die unter Belastung einen Anriss der Verbindungseinheit 120 beschleunigen können, sind die Nasen 425, 435, 442, 445, 450 als Klemmpunkte für die Bearbeitung gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhaben ausgeführt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit 120. Die hier dargestellte Verbindungseinheit 120 entspricht beispielsweise der in 5 beschriebenen Verbindungseinheit 120 und ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel bezüglich 5 in einer Draufsicht quer zur Haupterstreckungsrichtung 430 dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist verdeutlicht dargestellt, dass die Vertiefungen 415, 420 einander gegenüberliegend, bevorzugt parallel angeordnet sind. Weiterhin sind die Arme 320, 325 demzufolge ebenfalls bevorzugt parallel angeordnet und an einem freien Ende L-förmig ausgeformt. Die Vertiefungen 415, 420 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Tiefe auf, die bevorzugt höchstens einer Hälfte der Dicke der Arme 320, 325 entspricht. Die Vertiefungen dienen bevorzugt der Aufnahme der Exzenterscheiben zur Einstellung der Spur, wie oben bereits gesagt. Ferner ist der Aufnahmekragen 335 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht mittig, sondern versetzt an dem Zwischenabschnitt 330 angeordnet. Diese Position kann von einer Geometrie weiterer Bauteile, beispielsweise des Lenkgestänges oder der Anordnung der Lenkung 12 bzw. Steer-by-wire-Lenkung abhängen.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinheit 120 in Richtung der Haupterstreckungsrichtung. Die hier dargestellte Verbindungseinheit 120 entspricht beispielsweise der in 6 beschriebenen Verbindungseinheit 120 und ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel bezüglich 6 um 90° gekippt dargestellt. Der Betrachter schaut ausgehend von den Armen 320, 325 auf die Durchgangsöffnung 410. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass diese dritte Durchgangsöffnung 410 gemäß diesem Ausführungsbeispiel rund zur Aufnahme des Fixierelements 340 ausgeformt ist.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 800 zum Herstellen einer Verbindungseinheit, wie sie beispielsweise in mindestens einer der 1 bis 7 beschrieben wurde. Das Verfahren 800 umfasst dabei einen Schritt 805 des Formens eines Vormaterials zu einem Rohteil, einen Schritt 810 des Bearbeitens des Rohteils und einen Schritt 815 des Härtens des Rohteils unter Verwendung von Wärme, beispielsweise mittels einer Wärmebehandlung wie einem Wärmebehandlungsverfahren mit T6-Aushärtung, um die Verbindungseinheit herzustellen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 805 des Formens das Vormaterial und/oder im Schritt 810 des Bearbeitens das Rohteil unter Verwendung eines Gesenkschmiedeverfahrens geformt und/oder bearbeitet. Beispielsweise erfolgt dies mittels Vorgesenk und Endgesenk. Im Schritt 815 des Härtens wird ein Glühverfahren durchgeführt, um eine T6-Aushärtung des Rohteils zu erreichen. Die T6-Aushärtung beschreibt eine maximale durch thermische Behandlung mögliche Aushärtung für ein Rohteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In anderen Worten wird durch das Verfahren 800 die Verbindungseinheit 120 bevorzugt mittels eines Schmiedeverfahrens hergestellt. Aus einem erwärmten, zylindrischen Vormaterial wird dabei mittels Vorgesenk und Endgesenk das Rohteil hergestellt. Anschließend wird über eine T6-Wärmebehandlung die gewünschte Festigkeit eingestellt. Eine etwaige Bearbeitung erfolgt vorab. Die T6-Wärmebehandlung ist ein Wärmebehandlungsverfahren, durch das Aluminium ausgehärtet wird. Ziel der Wärmebehandlung ist es, den Zustand „T6“ zu erreichen. T6 beschreibt die maximale, durch thermische Behandlung mögliche, Aushärtung.
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9 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 900 ist dabei ausgebildet, um ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungseinheit durchzuführen und/oder anzusteuern, wie es beispielsweise in 8 beschrieben wurde. Die Vorrichtung 900 weist dazu beispielsweise eine Formeinheit 905, eine Bearbeitungseinheit 910 sowie eine Härteeinheit 915 auf. Die Vorrichtung 900 ist beispielsweise als ein Steuergerät bzw. als eine Steuereinheit ausgeführt, die beispielsweise Teil der Vorrichtung des Herstellungswerkzeugs ist.
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Die Formeinheit 905 ist dabei ausgebildet, um ein Formen eines Vormaterials zu einem Rohteil zu bewirken. Die Härteeinheit 915 ist ausgebildet, um ein Härten des Rohteils unter Verwendung von Wärme zu bewirken. Die Bearbeitungseinheit 910 ist ausgebildet, um ein Bearbeiten des gehärteten Rohteils zu bewirken, um die Verbindungseinheit herzustellen.
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Es können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Bezugszeichen
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2
- Hilfsrahmen, Fahrzeugaufbau
- 3
- Lenker, Radaufhängung
- 5
- Rad
- 6
- Rad
- 8
- Radlenkwinkel
- 9
- Radlenkwinkel
- 10
- Aktuator
- 12
- Lenkung, Steer-by-wire-Lenkung
- 17
- Spindelantrieb
- 21
- Gehäuse
- 22
- Antriebsmotor, Elektromotor
- 23
- Spurstange
- 25
- Spindelmutter
- 26
- Innengewinde
- 27
- Lenkstange, Spindel, Gewindespindel
- 29
- Walzlager
- 30
- Riemenrad
- 32
- Antriebsritzel
- 34
- (Zahn-) Riemen
- 100
- Fahrzeug
- 105
- Hinterachse
- 110
- Elektromotor
- 115
- Lenkvorrichtung
- 117
- Spindelantrieb
- 118
- Spurstange
- 119
- weitere Spurstange
- 120
- Verbindungseinheit
- 125
- Rad
- 130
- weitere Verbindungseinheit
- 135
- weiteres Rad
- 305
- zweites Ende
- 310
- Lagerhülse
- 315
- weitere Lagerhülse
- 320
- erster Arm
- 325
- zweiter Arm
- 330
- Zwischenabschnitt
- 335
- Aufnahmekragen
- 340
- Fixierelement
- 400
- erste Durchgangsöffnung
- 405
- zweite Durchgangsöffnung
- 410
- dritte Durchgangsöffnung
- 415
- erste Vertiefung
- 420
- zweite Vertiefung
- 421
- erste Flanke
- 422
- zweite Flanke
- 425
- erste Nase
- 430
- Haupterstreckungsrichtung
- 435
- zweite Nase
- 440
- dritte Nase
- 442
- weitere Nase
- 445
- weitere Nase
- 450
- weitere Nase
- 500
- Stahlgabel
- 800
- Verfahren zum Herstellen einer Verbindungseinheit
- 805
- Schritt des Formens
- 810
- Schritt des Bearbeitens
- 815
- Schritt des Härtens
- 900
- Vorrichtung
- 905
- Formeinheit
- 910
- Bearbeitungseinheit
- 915
- Härteeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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