DE19843825A1

DE19843825A1 - Verfahren zur Herstellung eines Lenkerarms für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19843825A1
Application number: DE1998143825
Authority: DE
Inventors: Melanie Laatsch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkerarms (1) für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Endabschnitten (2, 3), wobei ein erster Endabschnitt (2) zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms (1) mit einem Fahrzeugaufbau ausgebildet ist und der erste Endabschnitt (2) hierfür ein separat ausgebildetes Bauelement (4) aufweist und ein zweiter Endabschnitt (3) zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet ist, wobei der Lenkerarm (1) aus einem rohrähnlichen Körper hergestellt wird, der rohrähnliche Körper zunächst zumindest teilweise vorgebogen wird und die Form des hergestellten Lenkerarms (1) im wesentlichen durch das Innen-Hochdruck-Umformverfahren (IHU) entsprechend ausgebildet wird. DOLLAR A Insbesondere der Arbeitsaufwand ist dadurch verringert, daß in einem ersten Verfahrensschritt ein Ende des rohrähnlichen Körpers zur Herstellung des Bauelements (4) mit Hilfe eines Kaltumformverfahrens umgeformt wird, daß danach in einem zweiten Verfahrensschritt der rohrähnliche Körper mit seinem zum Bauelement (4) kalt-umgeformten Ende zumindest teilweise vorgebogen wird und daß danach in einem dritten Verfahrensschritt die Form des Lenkerarms (1) durch das Innen-Hochdruck-Umformverfahren ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkerarms für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Endabschnitten, wobei ein erster Endabschnitt zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms mit einem Fahrzeugaufbau ausgebildet ist und der erste Endabschnitt hierfür ein separat ausgebildetes Bauelement aufweist und ein zweiter Endabschnitt zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet ist, wobei der Lenkerarm aus einem rohrähnlichen Körper hergestellt wird, der rohrähnliche Körper zunächst zumindest teilweise vorgebogen wird und die Form des hergestellten Lenkerarms im wesentlichen durch das Innen-Hochdruck-Umformverfahren (IHU) entsprechend ausgebildet wird.

Es hat sich gezeigt, daß Verbindungselemente bzw. Verbindungsstreben, die als Schmiede-, Guß- oder Blechformteile ausgeführt sind, nicht immer vorteilhaft sind, da nach heutigen Maßstäben ein möglichst niedriges Gewicht aller in der Fahrzeugtechnik verwendeten Bauteile zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und zur Erhöhung der maximal möglichen Nutzlast des Fahrzeugs gefordert ist. Hierzu stehen die schweren geschmiedeten oder gegossenen Bauteile, die zusätzlich noch spanend nachbearbeitet werden müssen, im Widerspruch, was insgesamt zu verhältnismäßig hohen Herstellungskosten führt. Auch Verbindungselemente oder Fahrzeugstreben, die als Blechformteile ausgeführt sind, ergeben zwar ein geringes Gewicht, allerdings ist der Arbeitsaufwand durch das Zuschneiden, Kanten und Verschweißen der hierzu notwendigen Bleche zu der entsprechenden Form ebenfalls sehr teuer.

Insbesondere aus den oben erwähnten Gründen gewinnt die Technik des Innen-Hoch druck-Umformverfahrens (IHU), insbesondere der Vorgang des Hydroformens, immer mehr an Bedeutung (DE 43 43 841 C2). Verwendet man einen Hohlkörper als Rohling und wendet die IHU-Technik an, so lassen sich nahezu beliebige Formen und Geometrien aus diesem Hohlkörper herstellen. Hierbei wird der Rohling, also der rohrähnliche Körper in ein Werkzeug eingelegt, dessen innere Form und Ausgestaltung der endgültigen Form des herzustellenden Werkstückes entspricht. Anschließend werden die Öffnungen des rohrähnlichen Körpers bis auf eine Einfüllöffnung für die einzupressende Flüssigkeit verschlossen und vzw. Öl unter sehr hohem Druck in den rohrähnlichen Körper gepumpt. Der Werkstoff des rohrähnlichen Körpers beginnt, da die Belastung durch den Öldruck höher ist als die Streckgrenze des Werkstoffs, zu fließen, und paßt sich an die den rohrähnlichen Körper umgebende Innenform des Werkzeugs an. Den möglichen Formen der hier herzustellenden Verbindungselemente bzw. Fahrzeugstreben sind nur aufgrund des Verformungsvermögens des verwendeten Werkstoffs und der Modellierbarkeit des verwendeten Werkzeugs Grenzen gesetzt.

Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht (DE 195 26 562 A1), ist ein Lenkerarm bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, bei dem ein Lenkerarm für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs hergestellt wird. Der Lenkerarm weist mehrere Abschnitte, insbesondere zwei Endabschnitte auf, wobei ein erster Endabschnitt zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms mit einem Fahrzeugaufbau ausgebildet ist und der erste Endabschnitt hierfür ein separat ausgebildetes Bauelement aufweist. Ein zweiter Endabschnitt ist zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet. Bei dem hier dargestellten bzw. erläuterten Verfahren wird der Lenkerarm aus einem rohrähnlichen Körper hergestellt, wobei der rohrähnliche Körper zunächst zumindest teilweise vorgebogen wird. Die endgültige Form des hergestellten Lenkerarms wird im wesentlichen durch das IHU-Verfahren entsprechend ausgebildet. Nachdem die endgültige Form des hergestellten Lenkerarms im wesentlichen durch das IHU-Verfahren ausgebildet worden ist, wird das Bauelement in einem separaten Arbeitsschritt ausgebildet. Hierfür wird dann das Ende des ersten Endabschnittes entsprechend bearbeitet, beispielsweise unter Druck verformt, so daß ein zapfenförmiges Bauelement entsteht. Das so gebildete zapfenförmige Bauelement weist an seinem nach außen ragenden Ende ein Gewinde auf, wobei das nach außen ragende Ende derartig ausgebildet ist, daß keine Hohlräume vorgesehen sind. Der sich direkt an den ersten Endabschnitt anschließende Bereich des zapfenförmigen Bauelements weist hiergegen noch einen Zwischenraum zwischen den äußeren Wandungen auf. Im hier erläuterten Stand der Technik wird das zapfenförmige Bauelement vzw. als separates Element an den ersten Endabschnitt angeordnet. Es wird aber auch grundsätzlich offenbart (Spalte 7, Zeile 69, bis Spalte 8, Zeile 1), daß das Material des rohrähnlichen Körpers durch Pressen verformbar ist.

Die Praxis hat gezeigt, daß das im Stand der Technik bekannte Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, auch Nachteile mit sich bringt. Dadurch, daß das Bauelement am ersten Endabschnitt erst hergestellt wird, nachdem durch das IHU-Verfahren die Form des hergestellten Lenkerarms im wesentlichen ausgebildet worden ist, ist der Arbeitsaufwand zur Herstellung dieses Bauelements sehr hoch. Insbesondere, wenn man durch den Vorgang des Pressens oder eines Druck-Umform-Verfahrens nun das am ersten Endabschnitt vorgesehene hier auszubildende separate Bauelement entsprechend formen möchte, muß bei der Handhabung des Lenkerarms und dem anstehenden Pressen bzw. Druck-Um form-Vorgang, vzw. beim Einspannen des Lenkerarms zur Realisierung der Umformung berücksichtigt werden, daß die Form des Lenkerarms im wesentlichen bereits durch das IHU-Verfahren entsprechend ausgebildet ist. Dies bedeutet, daß der Lenkerarm - aufgrund der bereits im wesentlichen hergestellten Form - beispielsweise nur an bestimmten Stellen eingespannt werden kann, nämlich nur an Stellen, wo die Einspannkräfte die bereits hergestellte Form des Lenkerarms nicht wieder anderweitig verformen. Anders ausgedrückt: Der Arbeitsaufwand ist deswegen besonders hoch, weil ein Werkstück, hier der Lenkerarm, das seine endgültige Form im wesentlichen bereits aufweist, an einer bestimmten Stelle, hier am Ende des eisten Endabschnitts, noch durch ein Umformverfahren bearbeitet werden muß, bei dem die Gefahr besteht, daß aufgrund von notwendigen komplizierten Einspannungen des Lenkerarms dessen bereits existierende im wesentlichen endgültige Form in irgendeiner Weise wieder beschädigt wird. Weiterhin liegen im Übergangsbereich des hergestellten Bauelementes zum ersten Endabschnitt im Material des Lenkerarms bestimmte, durch die nachträgliche Ausbildung des Bauelementes hervorgerufene Eigenspannungen vor, die bei der weiteren Bearbeitung von Nachteil sein können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Lenkerarms derart auszugestalten und weiterzubilden, daß die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden, insbesondere der Arbeitsaufwand verringert ist.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun dadurch gelöst, daß in einem ersten Verfahrensschritt ein Ende des rohrähnlichen Körpers zur Herstellung des Bauelements mit Hilfe eines Kaltumformverfahrens umgeformt wird, das danach in einem zweiten Verfahrensschritt der rohrähnliche Körper mit seinem zum Bauelement kalt-umgeformten Ende zumindest teilweise vorgebogen wird und das danach in einem dritten Verfahrensschritt die Form des Lenkerarms durch das Innen-Hochdruck-Umformverfahren ausgebildet wird.

Insbesondere durch die sequentielle Änderung der Verfahrensschritte werden die eingangs beschriebenen Nachteile vermieden. Dadurch nämlich, daß nunmehr das am ersten Endabschnitt auszubildende separate Bauelement ausgebildet wird, bevor der Lenkerarm seine im wesentlichen endgültige Form erhält, bevor also der rohrähnliche Körper mit Hilfe des IHU-Verfahrens umgeformt wird, muß der die im wesentlichen endgültige Form aufweisende Lenkerarm am ersten Endabschnitt eben nicht mehr nach bearbeitet werden, d. h. insbesondere auch nicht entsprechend eingespannt werden, damit dieser erste Endabschnitt entsprechend bearbeitet werden kann. Hierdurch ist einerseits der Arbeitsaufwand und andererseits die Gefahr verringert, daß die im wesentlichen endgültige Form des Lenkerarms "beschädigt" wird. Zusätzlich kann der Übergangsbereich zwischen dem am ersten Endabschnitt geformten Bauelement und dem übrigen Lenkerarm durch das IHU-Verfahren optimal angepaßt werden, so daß die in diesem Bereich existierenden Eigenspannungen des Lenkerarms minimiert sind.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf in dieser Stelle auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden wird nun das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Lenkerarm.

Die einzige Figur der Zeichnung, Fig. 1, zeigt einen Lenkerarm 1 für das Fahrwerk eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit einem ersten Endabschnitt 2 und einem zweiten Endabschnitt 3. Der erste Endabschnitt 2 ist zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms 1 mit einem Fahrzeugaufbau ausgebildet und weist hierfür ein separat ausgebildetes Bauelement 4 auf. Der zweite Endabschnitt 3 ist zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet.

Der in Fig. 1 dargestellte Lenkerarm 1 wird aus einem rohrähnlichen Körper hergestellt, wobei der rohrähnliche Körper zunächst zumindest teilweise vorgebogen wird und die in Fig. 1 gezeigte Form des hergestellten Lenkerarms 1 im wesentlichen durch das IHU-Verfahren entsprechend ausgebildet wird.

Als Werkstoffe für den rohrähnlichen Körper kommt Stahl, Aluminium, Edelstahl, bzw. bestimmte Titan-Legierungen in Frage. Vzw. weist der rohrähnliche Körper im Ausgangszustand eine konstante Wanddicke von ca. 3 mm auf und ist ca. 600 mm lang.

In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Ende des rohrähnlichen Körpers zur Herstellung des Bauelements 4 mit Hilfe eines Kaltumformverfahrens umgeformt, nämlich vzw. durch ein Preß- bzw. Druck-Umformverfahren. In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann der rohrähnliche Körper mit seinem zum Bauelement 4 kalt-umgeformten Ende zumindest teilweise vorgebogen, wobei dann danach in einem dritten Verfahrensschritt die Form des in Fig. 1 dargestellten Lenkerarms 1 durch das IHU-Verfahren ausgebildet wird. Durch diese sequentielle Abfolge der Verfahrensschritte können die eingangs beschriebenen Nachteile vermieden werden. Während des ersten Verfahrensschrittes wird das Ende des rohrähnlichen Körpers zu einem achszapfenförmigen Bauelement 4 umgeformt, so wie dies in Fig. 1 oben rechts zu erkennen ist. Weiterhin ist das achszapfenförmige Bauelement 4 als Hohlkörper ausgebildet.

Ein zusätzlicher Stützarm 5 ist zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms 1 am Fahrzeugaufbau am Lenkerarm 1 angeordnet, vzw. an den Lenkerarm 1 angeschweißt. Angedeutet ist hier die Schweißnaht 6. Der Stützarm 5 ist aus einem Faltblechteil hergestellt und weist eine Art Gelenk 7 zum Eingriff für einen Lagerzapfen des Fahrzeugaufbaus auf. Damit der Stützarm 5 am Lenkerarm 1 genau angeordnet bzw. angeschweißt werden kann, wird während des IHU-Verfahrens am Lenkerarm 1 eine Ausbuchtung hergestellt, in die der Stützarm 5 "einsetzbar" ist, bevor der Stützarm 5 über die Schweißnaht 6 wirksam mit dem Lenkerarm 1 verbunden wird.

Am zweiten Endabschnitt 3 des Lenkerarms 1 wird eine Art Führungsgelenk 8 zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet, vzw. angeschraubt oder genietet. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird der hier gezeigte Lenkerarm 1 im oberen Bereich am Fahrzeugaufbau über das achszapfenförmige Bauelement 4 sowie das Gelenk 7 angeordnet, wobei am Führungsgelenk 8 das nicht dargestellte radtragende Bauteil angeordnet wird.

Während des IHU-Verfahrens wird in bestimmten Bereichen des Lenkerarms 1 eine bestimmte Wandstärke ausgebildet. Vzw. ist die Wandstärke des ersten Endabschnitts 2 des Lenkerarms 1 dicker ausgebildet als die Wandstärke des zweiten Endabschnitts 3 des Lenkerarms 1. Bei dem IHU-Verfahren wird zur Herstellung dieser bestimmten Wanddicke bzw. Wandstärke der Weg, den das Material des rohrähnlichen Körpers zurücklegen muß, entsprechend genutzt, um die bestimmte Wandstärke bzw. -dicke herzustellen. Über eine entsprechend geeignete Vorbiegung bzw. ein entsprechend geeignetes Werkzeug ist damit eine bestimmte geeignete Wanddicke herstellbar. Es ist auch denkbar, daß der rohrähnliche Körper anfänglich keine konstante Wanddicke, sondern in bestimmten Bereichen entsprechend unterschiedliche Wandstärken aufweist.

Der durch das hier beschriebene Verfahren hergestellte Lenkerarm 1 weist nur eine flächenmäßig kleine Schweißnaht 6 zur Anordnung des Stützarmes 5 auf, was wiederum den Arbeitsaufwand verringert, insbesondere weil die wesentliche Form des Lenkerarms 1 mit Hilfe des IHU-Verfahrens hergestellt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Lenkerarms (1) für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Endabschnitten (2, 3), wobei ein erster Endabschnitt (2) zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms (1) mit einem Fahrzeugaufbau ausgebildet ist und der erste Endabschnitt (2) hierfür ein separat ausgebildetes Bauelement (4) aufweist und ein zweiter Endabschnitt (3) zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet ist, wobei der Lenkerarm (1) aus einem rohrähnlichen Körper hergestellt wird, der rohrähnliche Körper zunächst zumindest teilweise vorgebogen wird und die Form des hergestellten Lenkerarms (1) im wesentlichen durch das Innen-Hochdruck-Um formverfahren (IHU) entsprechend ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt ein Ende des rohrähnlichen Körpers zur Herstellung des Bauelements (4) mit Hilfe eines Kaltumformverfahrens umgeformt wird, daß danach in einem zweiten Verfahrensschritt der rohrähnliche Körper mit seinem zum Bauelement (4) kalt-umgeformten Ende zumindest teilweise vorgebogen wird und daß danach in einem dritten Verfahrensschritt die Form des Lenkerarms (1) durch das Innen-Hochdruck-Umformverfahren ausgebildet wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des rohrähnlichen Körpers während des ersten Verfahrensschritts zu einem achszapfenförmigen Bauelement (4) umgeformt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das achszapfenförmige Bauelement (4) als Hohlkörper ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Stützarm (5) zum schwenkbaren Verbinden des Lenkerarms (1) am Fahrzeugaufbau am Lenkerarm (1) angeordnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützarm (5) aus einem Faltblechteil hergestellt ist und eine Art Gelenk (7) zum schwenkbaren Verbinden mit dem Fahrzeugaufbau aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur genauen Anordnung des Stützarms (5) am Lenkerarm (1) während des Innen- Hochdruck-Umformverfahrens eine Ausbuchtung hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Endabschnitt (3) des Lenkerarms (1) eine Art Führungsgelenk (8) zur Aufnahme eines radtragenden Bauteils ausgebildet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Innen-Hochdruck.-Umformverfahrens in bestimmten Bereichen des Lenkerarms (1) eine bestimmte Wandstärke ausgebildet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des ersten Endabschnitts (2) des Lenkerarms (1) größer ausgebildet wird als die Wandstärke des zweiten Endabschnitts (3) des Lenkerarms (1).

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützarm (5) als integraler Bestandteil des Lenkerarms (1) ausgebildet wird.