-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Achskomponente
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Achskomponenten
in Form von Zug-/Druckstäben
kommen als Spurstangen, Lenker oder Koppelstäbe zum Einsatz. Spurstangen
sind Teil des Lenkgestänges
und dienen zur Übertragung
der Lenkkräfte
und -bewegungen auf die drehbar bzw. schwenkbar gelagerten Radaufnahmen
einer Fahrzeugachse. Während
einer Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs werden Massekräfte über das
Rad, die Radaufnahmen und die Spurstangen in das Lenksystem eines
Kraftfahrzeugs eingeleitet. Hierbei kann es beispielsweise in Folge
von Unwuchten am Rad zu nachteiligen Schwingungseinflüssen kommen.
Aus diesem Grund erfolgt die Anbindung der Spurstangen im Lenkgestänge über Gummi-Metall-Lager.
-
Fahrwerkslenker
haben die Funktion, das Rad kinematisch zu fixieren und haben wesentlichen Einfluss
auf die Lenkeigenschaften. Fahrwerkslenker mit separat anzuschweißenden Rohrabschnitten,
in welche die Gummi-Metall-Lager eingepresst werden, setzen eine
Reihe von Fertigungsschritten und zusätzlichen Bauteilen voraus,
so dass der Aufwand für derartige
Lageraufnahmen relativ hoch ist.
-
Aus
der
EP 0 479 598 A2 ist
beispielsweise ein Lenker bekannt, der in Blechbauweise aus zwei Halbschalen
miteinander verbunden ist, die an ihren Randseiten miteinander verklammert
sind. Es sind auch einschalige Lenker bekannt, bei welchen ein Blechprofil
U-förmig
umgeformt ist. D. h. das Längsprofil
des Zug-/Druckstabs ist von einer einstückigen, U-förmig konfigurierten Press-Schale
gebildet, deren mittlerer Steg von den beiden Lageraufnahmen durchsetzt
ist und wobei die Ränder
des mittleren Stegs in die gleiche Richtung abgekantet sind, so dass
das U-förmige
Profil entsteht. Die Endstücke der
Abkantungen werden dabei nochmals umgestellt sein, um die jeweils
andere Blechschale zu umklammern.
-
Aus
der
DE 10 2006
028 713 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines im Querschnitt
U-förmigen
Lenkers aus Blech für
eine PKW-Mehrlenkerachse bekannt, bei welchem eine Blechschale als
Formteil zweier spiegelbildlich zueinander angeordneten Teilschalen
ausgebildet ist. An den beiden Enden der Blechschalen sind Lageraugen
vorgesehen, die jeweils von einem Paar fluchtender Löcher in
den Teilschalen gebildet sind. Zur Herstellung wird zunächst ein
Metallblech ausgeschnitten und bezüglich einer ersten Wandseite
in die gewünschte
Form gebogen. Anschließend
erfolgt die Lochung der ersten Wandseite im Bereich des Lagerauges.
Nach dem anschließenden
Umbiegen der zweiten Wandseite erfolgt die Lochung der zweiten Wandseite
im Bereich des Lagerauges.
-
Aus
der
EP 1 370 431 B1 ist
ein Strukturelement für
eine Fahrzeugradaufhängung
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Es wird vorgeschlagen,
die ersten Schenkel des späteren
U-Profils noch vor dem Biegen zu lochen, so dass der beide Schenkel
verbindende Rücken
entsteht und beide Schenkel parallel zueinander liegen. Bei dieser
Ausführungsform
der dreieckigen Bauform des Lenkers liegen die Löcher, die miteinander fluchten
sollen, vor dem Biegen in einem relativ großen Abstand zueinander, so
dass hohe Anforderungen an die Biegegenauigkeit gestellt werden.
Es kann mit zunehmendem Abstand daher schwierig sein, die Löcher exakt zueinander auszurichten.
Andererseits ist eine Lochung eines noch umgeformten Blechs, insbesondere
in Form einer ebenen Metallplatine, mit einfacheren Werkzeugen möglich, als
die Lochung einer bereits umgeformten Platine.
-
Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung einer Achskomponente in Form eines schlanken
Zug-/Druckstabs
mit zwei endseitigen Lageraufnahmen aufzuzeigen.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Herstellungsverfahren nach Patentanspruch
1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Achskomponente
in Form eines Zug-/Druckstabs besitzt ein Längsprofil aus Metallblech,
welches an seinen beiden Enden jeweils eine Lageraufnahme aufweist.
Das Längsprofil ist
eine einstückige,
U-förmig
konfigurierte Press-Schale. Die Press-Schale weist eine erste Wandseite
auf, die von den Lageraufnahmen durchsetzt ist und eine der ersten
Wandseite gegenüberliegende,
ebenfalls von Lageraufnahmen durchsetzte zweite Wandseite. Die Lageraufnahmen
fluchten. Die Wandseiten sind durch einen gegenüber den Wandseiten abgewinkelten
Rückensteg
einstückig
miteinander verbunden. Dadurch ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Achskomponente
zu einer Randseite, nämlich
auf der dem Rückensteg
gegenüberliegenden
Randseite, offen ist. Obwohl es sich vom Grundquerschnitt um ein
U-förmig
konfiguriertes Pressbauteil handelt, ist die Orientierung der U-Form
um 90° gegenüber den
bekannten, aus Metallblech tiefgezogenen Koppelstangen gedreht.
Hierdurch ist eine Gewichtseinsparung gegenüber einem Modell, bei welchem
die U-Form in Richtung der Mittelachsen der Lageraufnahmen weist,
um ca. 40% reduzierbar, bei gleichbleibendem Abstand der Lageraufnahmen zueinander.
-
Als
Werkstoff für
derartige Achskomponenten kommt vorzugsweise ein höherfester
Stahl, insbesondere ein Ferrit-Bainit-Dualphasen-Stahl, zum Einsatz,
welcher sich im Umformprozess stark kaltverfestigend verhält. Die
Wanddicke des Metallblechs ist abhängig von den mechanischen Anforderungen
an die jeweilige Achskomponente und liegt vorzugsweise in einem
Bereich von 1,6 bis 2,2 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen
1,8 und 2,0 mm.
-
Die
Wandseiten des Längsprofils
verlaufen vorzugsweise parallel zueinander, d. h. sie haben in ihren überwiegenden
Bereichen einen konstanten Abstand. Hierbei ist nicht ausgeschlossen,
dass die Wandseiten bereichsweise Einprägungen oder Ausstellungen aufweisen
können,
wodurch die grundsätzliche
Parallelität
der Wandseiten jedoch nicht beeinflusst wird.
-
Die
Orientierung der U-förmigen Press-Schale
ermöglicht
es, das Längsprofil
in einem Bereich zwischen den Lageraufnahmen relativ schmal zu gestalten.
D. h., dass eine quer zum Rückensteg
gemessene Breite der Wandseiten in dem Bereich zwischen den Lageraufnahmen
allein aus Gewichtsgründen
grundsätzlich
kleiner ist als im Bereich der Lageraufnahmen. Vorzugsweise ist
die Breite in der Mitte zwischen den Lageraufnahmen größer als
in den außermittigen
Bereichen zwischen den Lageraufnahmen. Diese Überhöhung im mittleren Bereich dient
zur Einstellung einer definierten Knicksteifigkeit bei Druckbelastungen.
Vorzugsweise nimmt die Breite von den außermittigen Bereichen zu den
mittleren Bereichen kontinuierlich zu. Die Breitenzunahme kann beidseits
erfolgen, d. h. sowohl im Bereich der Längskante, welche den Rückensteg aufweist,
als auch an der offenen, mündungsseitigen Längskante.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist
lediglich die rückenstegseitige
Längskante
der Wandseiten gewölbt,
während
die gegenüberliegende
Längskante
gerade ist, d. h. im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Längsprofils
verläuft.
-
Der
Rückensteg
zwischen der ersten Wandseite und der zweiten Wandseite erstreckt
sich vorzugsweise von der vertikalen Mittelachse der ersten Lageraufnahme
bis zur vertikalen Mittelachse der zweiten Lageraufnahme oder darüber hinaus.
Grundsätzlich
kann der Rückensteg
im Gegensatz zu bisher bekannten Konstruktionen auch eine Länge aufweisen,
die sich über
die Grenzkontur des Bauteils hinaus erstreckt. Hierdurch wird eine
weitere Erhöhung
der Bauteilfestigkeit möglich.
-
Die
Lageraufnahmen dienen zur Aufnahme von Gummi-Metall-Lagern, die
auf Grund der U-förmigen
Konfigurierung der Press-Schale in jeweils zwei gegenüberliegenden,
d. h. fluchtend angeordneten, Lageraufnahmen gehalten sind. Die
Lageraufnahmen selbst sind von jeweils nach außen weisenden Durchzügen gebildet.
D. h. die Durchzüge
sind vom Inneren der Achskomponente nach außen ausgestellt. Vorzugsweise
besitzen die Durchzüge
eine fast rechtwinklige Abstellung gegenüber der jeweiligen Längswand,
d. h. sie besitzen sehr enge Biegeradien. Der Innenradius liegt
vorzugsweise in einem Bereich kleiner 0,4 mm und beträgt beispielsweise 0,2
mm.
-
Die
erfindungsgemäße Achskomponente
ist besonders leichtbauend und kommt vorzugsweise als Opferteil
zum Einsatz, d. h. bei Überlastung
des Fahrwerks bzw. der tragenden Achskomponenten soll sich beispielsweise
zuerst die Spurstange verformen, um Schäden an teureren oder schwieriger
zu ersetzenden Fahrwerksteilen zu vermeiden. Die Erfindung kommt
daher insbesondere bei schlanken Spurstangen zum Tragen.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Achskomponente
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Achskomponente
werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
-
1 und 2 eine
Achskomponente in Form einer Spurstange in zwei unterschiedlichen perspektivischen
Darstellungen;
-
3 die
Achskomponente der 1 in einer Seitenansicht;
-
4 die
Achskomponenten der 1 bis 3 in einer
weiteren perspektivischen Ansicht und
-
5 bis 10 die
Fertigungsreihenfolge zur Herstellung einer Achskomponente in fünf Schritten.
-
Die
in den 1 bis 4 dargestellte Achskomponente 1 ist
eine schlanke Spurstange, allerdings ohne Darstellung der Gummi-Metall-Lager,
da es bei der Erfindung nicht auf die Gestaltung der Gummi-Metall-Lager,
sondern auf die Gestaltung des tragenden Längsprofils der Achskomponente 1 ankommt.
Das Längsprofil
der Achskomponente 1 besteht aus umgeformtem Metallblech.
Die Achskomponente ist eine einstückige, U-förmig konfigurierte Press-Schale.
Einstückig
bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Press-Schale nicht durch
stoffschlüssige
Verbindungstechniken, sondern ausschließlich durch Umformverfahren
in die Endkontur gebracht worden ist.
-
Anhand
der 1 und 2 ist zu erkennen, dass das
Längsprofil
an seinen beiden Enden 2, 3 jeweils kreisrunde
Lageraufnahmen 4, 5 aufweist, in welche Gummi-Metall-Lager
eingepresst werden können.
Der Durchmesser der Lageraufnahmen 4, 5 ist dabei
wesentlich größer als
die Breite B der jeweiligen Wandseiten 6, 7.
-
Die
Wandseiten 6, 7 verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel über ihre
gesamte Längserstreckung
parallel zueinander. Die Breite B der Wandseiten 6, 7 nimmt
zur Mitte M zwischen den Lageraufnahmen 4, 5 hin
etwas zu und ist daher in den außermittigen Bereichen 8, 9 zwischen
den Lageraufnahmen 4, 5 etwas geringer, wobei
die Breite B etwa auf der Hälfte
zwischen der Mitte M und der jeweiligen Lageraufnahme 4, 5 am
geringsten ist. Von diesen Schmalstellen ausgehend, nimmt die Breite
kontinuierlich in Richtung zur jeweiligen Lageraufnahme 4, 5 hin
zu, wobei die Breite B des Längsprofils
um einen Faktor ≥ 3
zunimmt.
-
Wie
anhand der 3 und 4 zu erkennen
ist, erfolgt die Breitenzunahme bei diesem Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen
den Lageraufnahmen 4, 5 ausschließlich im
Bereich derjenigen Längskante 10,
an welcher ein Rückensteg 11 die beiden
Wandseiten 6, 7 miteinander verbindet. Anhand
der 3 ist zu erkennen, dass sich der Rückensteg 11 bis
zu den in 3 eingezeichneten Geraden G1
und G2 erstreckt, welche die Mittelpunkte der jeweiligen Lageraufnahmen 4, 5 schneiden. Grundsätzlich kann
der Rückensteg 11 im
Gegensatz zu bisher bekannten Konzeptionen aber auch noch länger ausgebildet
sein und sich über
die vertikalen Mittelachsen der Lageraufnahmen 4 bzw. 5 erstrecken.
-
Der
Rückensteg 11 verläuft im rechten
Winkel zu den Wandseiten 6, 7, wie anhand der 4 zu erkennen
ist. Aus 4 wird auch deutlich, dass die Lageraufnahmen 4, 5 von
in entgegengesetzte Richtungen weisende und jeweils nach außen gerichtete Durchzügen 12, 13, 14, 15 gebildet
sind.
-
Die
rückenstegseitige
Längskante 10 der Wandseiten
ist gewölbt,
während
die gegenüberliegende
Längskante 16 gerade
ist (3).
-
Die
Herstellung einer solchen Achskomponente wird nachfolgend anhand
der 5 bis 10 beschrieben.
-
Zur
Herstellung einer vorbeschriebenen Achskomponente in Form eines
schlanken, langgestreckten Zug-/Druckstabs ist zunächst das
Zuschneiden eines Metallblechs 18 bzw. einer Metallplatine
in die gewünschte
Form erforderlich. Im nächsten
Schnitt wird das Metallblech 18 im Bereich von späteren Lageraufnahmen
im Bereich seiner Enden gelocht (4). Der
Abstand der Löcher 17 von dem
späteren
Rückensteg
ist sehr gering, so dass die Löcher 17 ohne
größere Schwierigkeiten
beim Abwinkeln des Metallblechs 18 in Deckung gebracht werden
können.
Zudem ist es durch das anschließende
Herstellen der Durchzüge
ohne Weiteres möglich,
Achsparallelität
der einander gegenüberliegenden
Löcher 17 sicherzustellen.
Ein Lochen des Metallblechs 18 vor einer anschließenden Umformung
ist mit wesentlich einfacheren Werkzeugen möglich als bei bereits umgeformten Metallplatinen. Dadurch
lassen sich derartige schlanke Zug-/Druckstäbe mit nur zwei Lageraufnahmen
an ihren Enden auch bei im Querschnitt U-förmiger Bauweise besonders einfach
und kostengünstig
herstellen.
-
Im
nächsten
Schritt wird durch Tiefziehen ein Rückensteg 11 ausgebildet,
der in 6 als mittige, trapezförmige Ausstülpung zu erkennen ist. Anschließend wird
eine erste gelochte Wandseite 6 um 90° gegenüber dem Rückensteg 11 abgewinkelt (7).
Anschließend
werden die Durchzüge 14 an den
Lochungen der ersten Wandseite 6 hergestellt (8).
Im nächsten
Schritt wird die zweite Wandseite 7 gegenüber dem
Rückensteg 11 abgewinkelt,
so dass sich bereits die U-Form der Press-Schale ergibt. Die Wandseiten 6, 7 verlaufen
nun parallel zueinander (9). Abschließend werden Durchzüge 15 an den
Löchern 17 der
zweiten Wandseite 7 hergestellt, indem entsprechende Formwerkzeuge
durch die Löcher 17 bzw.
Durchzüge 14 der
ersten Wandseite 6 hindurchgeführt werden, so dass die jeweiligen Durchzüge 14, 15 in
entgegengesetzte Richtungen nach außen weisen. In diesem Schritt
werden gleichzeitig die zuerst erzeugten Durchzüge 14 und auch 12 kalibriert,
was zu einer optimalen Koaxialität
der Durchzüge 12, 14 führt.
-
Anschließend wird
in nicht näher
dargestellter Weise ein Gummi-Metall-Lager in die fluchtend angeordneten
Lageraufnahmen 4, die von den jeweiligen Durchzügen 14, 15 gebildet
sind, eingesetzt.
-
- 1
- Achskomponente
- 2
- Ende
- 3
- Ende
- 4
- Lageraufnahme
- 5
- Lageraufnahme
- 6
- Wandseite
- 7
- Wandseite
- 8
- außermittiger
Bereich
- 9
- außermittiger
Bereich
- 10
- Längskante
- 11
- Rückensteg
- 12
- Durchzug
- 13
- Durchzug
- 14
- Durchzug
- 15
- Durchzug
- 16
- Längskante
- 17
- Loch
- 18
- Metallblech
- B
- Breite
- G1
- Gerade
- G2
- Gerade
- M
- Mitte