-
Die
Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines
Lenkers, insbesondere für
ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, gemäß den Merkmalen in den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 2.
-
Andererseits
richtet sich die Erfindung auf einen Lenker gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des
Patentanspruchs 5.
-
Die
DE 199 11 121 A1 offenbart
einen Lenker für
das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, der sich aus einem Verbindungsrohr
aus einer Aluminiumlegierung und aus endseitigen Lageraugen zusammensetzt,
welche jeweils eine Hülse
aus einer Aluminiumlegierung mit stutzenartigem Ansatz und ein in
die Hülse
eingebettetes Lagerelement aufweisen.
-
Die
Lagerelemente bestehen aus Metallbuchsen mit Gummielementen, welche
in die Hülsen eingepresst
werden. Mit dem Einpressen ist ein vergleichsweise hoher zeitlicher
und apparativer Aufwand verbunden. Die Metallbuchsen müssen einwandfrei
fixiert sein, da sonst kein Fahrwerkteil funktionssicher im Einsatz
wäre.
-
Im
bekannten Fall der
DE
199 11 121 A1 werden die Lagerelemente gesondert gefertigt.
Ein vorgefertigtes Lagerelement enthält mindestens eine Innenbuchse,
die von wenigstens einer Gummilage umschlossen ist. Es ist auch
denkbar, dass sich in einem solchen Lagerelement mehrere Buchsen
mit Gummizwischenlagen befinden. Eine Außenbuchse aus Metall oder Kunststoff
umschließt
dann die inneren Lagen. Das Lagerelement wird nach seiner Herstellung
in einem eigenen Arbeitsschritt oder beim Einpressvorgang in die
Hülse kalibriert.
Die Innenfläche
der Aufnahmeöffnung
in der Hülse
muss ebenso wie die Außenbuchse
des Lagerelements genaue Toleranzen aufweisen, damit anschließend das
Lagerelement in die Hülse
eingepresst werden kann und um bestimmte Auspresskräfte zu realisieren.
Es muss eine erforderliche Auspresskraft definiert und eingehalten
werden, um die sichere Funktion des Presssitzes unter allen auftretenden
Kräften
und Umweltbedingungen über
die Lebensdauer zu gewährleisten. Der
konstruktive Aufwand ist bei Alu-Lenkern höher als bei Stahlbauteilen.
Das Einpressen bedeutet einen zusätzlichen separaten Arbeitsvorgang.
Zudem muss gewährleistet
sein, dass unter allen Umweltbedingungen ein ausreichender Korrosionsschutz
in dem Presssitz vorhanden ist.
-
Auch
wird durch die Außenbuchse
eines Lagerelements ein Lagerauge schwerer. Dadurch kommt es zu
einer Erhöhung
der ungefederten Massen in einem Achssystem. Dieses kann zu Einbußen im Fahrkomfort
eines Kraftfahrzeugs führen.
-
Die
Hülsen
besitzen stutzenartige Ansätze aus
Vollmaterial. Diese greifen in das Verbindungsrohr und werden mit
diesem gezielt durch Reib-Rühr-Schweißen (Friction
Stir Welding) verbunden.
-
Das
Reib-Rühr-Schweißen ist
eine an runden Teilen vergleichsweise aufwändige Schweißtechnik.
Es hat außerdem
den Mangel, dass am Ende des Schweißvorgangs bei der Entfernung
der bolzenförmigen
Sonde immer ein Loch verbleibt. Dieses Loch ist dann beim Einsatz
des in Rede stehenden Lenkers in einem Fahrwerk einer erhöhten korrosiven
Beanspruchung und einer erheblichen Kerbwirkung ausgesetzt, welche
sich letztlich auf die Standzeit des Lenkers negativ bemerkbar macht.
-
Zum
Fügen eines
Rohrs an eine stumpfe Fläche
eines Quaders werden im bekannten Falle weitere Schweißverfahren
genannt, u.a. das Reibschweißen.
Dieses wird jedoch nicht in Verbindung mit Rohransätzen erwähnt. Die
beschriebene Verbindung eines dünnwandigen
Rohrs mit einer großvolumigen
Quaderfläche
bringt erhebliche Probleme in der Verbindungstechnik und eine erheblich
größere Kerbwirkung
am Bauteil mit sich. Damit ist die Lebensdauer einer solchen Verbindung
begrenzt und diese nur bedingt in der Fahrwerktechnik geeignet. Außerdem ist
sie mit einem höheren
Bauteilgewicht verbunden.
-
Der
Erfindung liegt – ausgehend
vom Stand der Technik – die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers und
einen Lenker zu schaffen, bei welchen bei verringertem Gewicht wirtschaflicher
in Serie gefertigt werden kann.
-
Was
den verfahrensmäßigen Teil
der Lösung dieser
Aufgabe anlangt, so besteht eine erste Variante in den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Im
Rahmen dieses Verfahrens wird besonders berücksichtigt, dass der herzustellende
Lenker mit endseitigen Lageraugen einen ausgesprochenen Massenartikel
darstellt. Auf einen solchen Massenartikel sind dann auch die Fertigungsschritte
optimiert abgestimmt. Demgemäß wird zunächst einerseits
ein Rohrstrang auf die Länge
eines Verbindungsrohrs zuzüglich
Aufmaß für den Fügeprozess
abgeteilt. Der Rohrstrang kann aus einer Leichtmetalllegierung sowie
Kunststoffen, insbesondere im Strangpressverfahren, hergestellt
werden.
-
Denkbar
ist es aber auch, dass der Rohrstrang aus gekrümmten und längsnahtgeschweißten Platinen
gefertigt sein kann. Dazu dient insbesondere das Laser- oder Hochfrequenzschweißen. Insbesondere
wird der Rohrstrang jedoch aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
Andererseits wird ein Strang- oder Fließpressprofil mit der Querschnittskonfiguration
der einen stutzenartigen Ansatz aufweisenden Hülse gefertigt. Dieses Strang-
oder Fließpressprofil
wird danach auf die axiale Höhe
der Hülsen
mit Ansatz abgeteilt. Dieses Abteilen kann beispielsweise durch
Sägen erfolgen.
Auch das Strang- oder Fließpressprofil
zur Fertigung der Hülsen
kann aus beliebigen Leichtmetalllegierungen oder Kunststoffen, insbesondere
jedoch aber aus einer Aluminiumlegierung, bestehen. Der Vorteil
von Aluminiumlegierungen ist, dass keine thermischen Nachbehandlungen
notwendig sind.
-
Aufgrund
dieser Fertigungsschritte liegen insgesamt drei unabhängige Bauteile
vor, ein Verbindungsrohr und zwei Hülsenrohbauteile.
-
In
die abgeteilten Hülsenrohbauteile
werden Lagerelemente in Gestalt von Gummi-Metall-Elementen gezielt
einvulkanisiert. Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass das Gewicht
eines Lagerauges und damit auch eines Lenkers deutlich verringert
werden kann, da keine zusätzliche
Buchse wie beim Einpressen der bekannten Lagerelemente erforderlich
ist. Auch weist die Erfindung den Vorteil auf, dass sowohl die Hülsen als
auch die Gummi-Metall-Lager beliebige Querschnitte aufweisen können. Es
können
runde oder mehreckige Querschnitte zum Einsatz gelangen. Ferner
ist die Größe der Hülsen variierbar.
Die Achsen der Gummi-Metall-Elemente in den Hülsen können parallel zueinander oder
in einem Winkel verlaufen. Nach dem Einvulkanisieren des Gummi-Metall-Lagers in einen Hülsenrohbauteil
kann diese Montageeinheit bei Bedarf kalibriert werden. Das Einvulkanisieren
ermöglicht
bei optimaler Lagefixierung die Aufnahme höherer Axialkräfte.
-
Nach
dem Einvulkanisieren werden bevorzugt zwei Hülsenrohbauteile und ein Verbindungsrohr
in einer Reibschweißmaschine
eingespannt. Danach werden die stutzenartigen Ansätze an den
Hülsenrohbauteilen
zu Rohransätzen
zerspant. Dies kann z.B. durch Drehen oder Fräsen erfolgen.
-
Durch
die Fixierung von Verbindungsrohr und Lageraugen per Reibschweißen gelangt
in die mit den einvulkanisierten Gummi-Metall-Elementen versehenen
Hülsenrohbauteile
ein nur geringer Wärmeeintrag.
Somit werden die Gummi-Metall-Elemente
nicht geschädigt.
Es wird jedoch eine homogene feinkörnige Fügeverbindung erzielt. Die Gummi-Metall-Elemente
werden jetzt nicht mehr eingepresst, da sie direkt in die Hülsenrohbauteile
einvulkanisiert sind. Dadurch entfällt auch das genaue Bearbeiten der
Innenflächen
der Hülsenrohbauteile
sowie der Außenfläche der
Buchsen von gesondert gefertigten Gummi-Metall-Lagern, die für das Einpressen genaue Toleranzen
aufweisen müssen.
Folglich wird mit dem Wegfall der Buchsen nicht nur Gewicht, sondern
durch den Wegfall von Arbeitsschritten zusätzlich ein Teil der Herstellungskosten
eingespart.
-
Durch
das kalibrierende axiale Kaltstauchen der gefügten Bauteile kann eine exakt
definierte Abstandstoleranz der Achsen der Gummi-Metall-Elemente
gewährleistet
werden.
-
Nach
dem kalibrierenden Kaltstauchen der gefügten Bauteile werden die Fügestellen
umfangsseitig geglättet.
Dies kann z.B. spanend oder rollend durchgeführt werden.
-
Der
besondere Vorteil der Bearbeitung und Verschweißung einschließlich der
Kalibrierung in einer einzigen Einspannung führt zu einem präzise gefertigten
Bauteil eines Fahrwerks für
ein Kraftfahrzeug, das auch in der Massenproduktion stets genau reproduzierbar
ist. Fluchtungsfehler werden ausgeschlossen.
-
Die
Variante zur Herstellung eines Lenkers gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
2 sieht vor, dass der Rohransatz an einer Hülse außerhalb oder innerhalb einer
Reibschweißmaschine
hergestellt werden kann. Des Weiteren erfolgt bei dieser Ausführungsform
das Einvulkanisieren der Gummi-Metall-Elemente außerhalb der Reibschweißmaschine.
Der Rohransatz kann vor oder nach dem Vulkanisieren hergestellt
werden. Ansonsten gelten alle beschriebenen Eigenschaften, wie sie
zu dem Verfahren des Patentanspruchs 1 angeführt worden sind.
-
Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
einer bei dem Verbindungsrohr und bei den Hülsen zur Anwendung gelangenden
Aluminiumlegierung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gesehen.
-
Bevorzugt
gelangt eine Aluminiumlegierung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 4
zum Einsatz.
-
Ein
gemäß den Verfahrensschritten
der Patentansprüche
1 bis 4 hergestellter Lenker, insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs,
bildet Bestandteil des Patentanspruchs 5. Auch bei dem Lenker ist
es vorstellbar, dass das Verbindungsrohr aus einer beliebigen Leichtmetalllegierung
oder aus Kunststoff besteht. Vorzugsweise wird es jedoch aus einer
Aluminiumlegierung gebildet. Es kann stranggepresst sein. Vorstellbar
ist aber auch die Fertigung aus einer Platine, die rohrförmig gekrümmt und
dann längsnahtgeschweißt wird.
Die Hülsen
können
ebenfalls aus beliebigen Leichtmetalllegierungen sowie Kunststoffen
bestehen. Bevorzugt sind sie jedoch aus einer Aluminiumlegierung
gefertigt.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 in der Perspektive einen
Lenker für
ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs;
-
2 den Lenker der 1 in Explosionsdarstellung;
-
3 den Lenker der 1 in Explosionsdarstellung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
-
4 den Lenker gemäß 1 in Explosionsdarstellung
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
-
5 ein Strangpressprofil
zur Herstellung von Hülsen
in der Perspektive;
-
6 ein Lagerauge des Lenkers
der 1 in der Draufsicht;
-
7 einen vertikalen Längsschnitt
durch das Lagerauge der 6 und
-
8 in der Perspektive ein
Lagerauge eines Lenkers gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
-
In
der 1 ist mit 1 ein
Lenker bezeichnet, wie er beispielsweise im Bereich einer Radaufhängung am
Fahrwerk eines Personenkraftwagens zum Einsatz gelangen kann.
-
Der
Lenker 1 weist ein sich geradlinig erstreckendes Verbindungsrohr 2 aus
einer Aluminiumlegierung auf. Endseitig des Verbindungsrohrs 2 befinden
sich mit diesem durch Reibschweißen gefügte Lageraugen 3.
Die Lageraugen 3 setzen sich jeweils aus einer einen Rohransatz 6 aufweisenden
Hülse 4 aus
einer Aluminiumlegierung und aus einem in die Hülse 4 einvulkanisierten
Gummi-Metall-Element 5 zusammen (siehe auch 6 und 7).
-
Die
zur Fertigung des Verbindungsrohrs 2 und der Hülsen 4 verwendete
Aluminiumlegierung ist, in Gewichtsprozenten ausgedrückt, wie
folgt zusammengesetzt: Si 0,69, Mn 0,33, Mg 0,26, Fe 0,20, Rest
Al sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
-
Bei
der Herstellung des Lenkers 1 der 1 wird einerseits ein Rohrstrang aus
der vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierung stranggepresst und
anschließend
auf die Länge
L eines Verbindungsrohrs 2 abgeteilt (2). Andererseits wird gemäß der Darstellung
der 5 ein Strangpressprofil 7 aus der
vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierung gefertigt, welches die
Querschnittskonfiguration der Hülsen 4 im
Rohzustand aufweist. Dieses Strangpressprofil 7 wird dann
anschließend
gemäß den strichpunktierten
Linienführungen
in 5 auf die axiale
Höhe H
der Hülsen 4 abgeteilt,
so dass sich Hülsenrohbauteile 8 ergeben.
-
Nach
dem Abteilen werden in die Löcher 14 der
Hülsenrohbauteile 8 die
Gummi-Metall-Elemente 5 gemäß den 1, 6 und 7 einvulkanisiert.
-
Im
Anschluss daran werden zwei mit den einvulkanisierten Gummi-Metall-Elementen 5 versehene
Hülsenrohbauteile 8 und
ein Verbindungsrohr 1 in eine nicht näher dargestellte Reibschweißmaschine eingespannt.
In dieser Einspannung werden zunächst
aus den stutzenartigen Ansätzen 9 der
Hülsenrohbauteile 8 gemäß 5 die Rohransätze 6 gemäß insbesondere
den 6 und 7 spanend gefertigt, so dass
die Lageraugen 3 gebildet werden.
-
Im
Anschluss daran werden die kreisringförmigen Stirnflächen 10 der
Rohransätze 6 der
Hülsen 4 mit
den ebenfalls kreisringförmigen
Stirnseiten 11 des Verbindungsrohrs 2 durch Reibschweißen gefügt. Die
Außendurchmesser
der Stirnflächen 10 der Rohransätze 6 und
der Stirnseiten 11 des Verbindungsrohrs 2 sind
genau aufeinander abgestimmt.
-
Nach
dem Fügen
der Lageraugen 3 mit dem Verbindungsrohr 2 werden
noch in derselben Einspannung die gefügten Bauteile 2, 3 einer
kalibrierenden axialen Kaltstauchung unterworfen, damit der exakte
Abstand A der Achsen 12 der Gummi-Metall-Elemente 5 erreicht
wird (1).
-
Nach
dem Kaltstauchen werden ebenfalls in der Einspannung die Fügestellen 13 einer
umfangsseitigen Glättung
unterworfen, die durch spanende Bearbeitung oder Verrollen geschehen
kann.
-
Die 3 zeigt in Explosionsdarstellung
einen Lenker 1a mit unterschiedlich groß konfigurierten Lageraugen 3, 3a,
wobei aber die Achsen 12 der Lager augen 3, 3a parallel
zueinander verlaufen. Das Verbindungsrohr 2 entspricht
demjenigen der 1 und 2. Auch die Herstellung und
das Fügen
wird wie bei der Ausführungsform
der 1 und 2 vorgenommen.
-
In
der 4 ist eine Ausführungsform
eines Lenkers 1b in Explosionsdarstellung veranschaulicht,
bei welcher die Achsen 12 gleich großer Lageraugen 3 um
90° zueinander
verdreht sind. Das Verbindungsrohr 2 entspricht ebenfalls
demjenigen der 1 und 2, so dass auch die Herstellung
und das Fügen
wie bei der Ausführungsform
der 1 und 2 vorgenommen wird.
-
In
der 8 ist in perspektivischer
Darstellung ein Lagerauge 3b veranschaulicht, das im Gegensatz
zu den Lageraugen 3, 3a der 1 bis 4, 6 und 7 oval bzw. angenähert rechteckig ausgebildet ist.
Der Vorteil liegt darin, alle beliebigen Querschnitte im Profil
herstellen zu können
und diese anschließend
zu vulkanisieren. Damit können
diverse Gummisteifigkeiten erzeugt werden. Das Hülsenrohbauteil dieses Lagerauges 3b wird
ebenfalls von einem entsprechend konfigurierten Strangpressprofil
abgeteilt und anschließend
mit einem Gummi-Metall-Element 5a durch
Einvulkanisieren versehen. Danach erfolgen die weiteren Fertigungsschritte
wie vorstehend beschrieben, so dass Hülsen 4a mit Rohransätzen 6 entstehen.
Eine nochmalige Erläuterung
ist daher entbehrlich.
-
Statt
der vorstehend beschriebenen Fertigungsschritte kann es auch denkbar
sein, dass nach dem Abteilen der Hülsenrohbauteile 8 von
einem im Querschnitt entsprechend konfigurierten Strangpressprofil 7 diese
zunächst
in einem gesonderten Fertigungsgang mit den Rohransätzen 6 versehen
und vorher oder nachher die Gummi-Metall-Elemente 5 in die
Hülsenrohbauteile 8 oder
in die Hülsen 4 einvulkanisiert
werden.
-
Danach
erfolgt dann, wie beschrieben, das Fügen der fertigen Lageraugen 3, 3a, 3b mit
einem Verbindungsrohr 2.
-
- 1
- Lenker
- 1a
- Lenker
- 1b
- Lenker
- 2
- Verbindungsrohr
v. 1, 1a, 1b
- 3
- Lageraugen
v. 1, 1a, 1b
- 3a
- Lagerauge
- 3b
- Lagerauge
- 4
- Hülse v. 3, 3a
- 4a
- Hülse v. 3b
- 5
- Gummi-Metall-Element
v. 3, 3a
- 5a
- Gummi-Metall-Element
v. 3b
- 6
- Rohransatz
v. 4, 4a
- 7
- Strangpressprofll
- 8
- Hülsenrohbauteile
- 9
- stutzenartige
Ansätze
v. 8
- 10
- Stirnflächen v. 6
- 11
- Stirnseiten
v. 2
- 12
- Achsen
v. 5
- 13
- Fügestellen
- 14
- Bohrungen
in 8
- A
- Abstand
- L
- Länge v. 2 plus
Aufmaß