DE60029124T2 - Führungslenker und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Führungs- oder Verbindungslenker zur Verwendung in den Radaufhängungen von Autos, und insbesondere auf einen aus Aluminium hergestellten Führungslenker, und auf ein Verfahren für seine Herstellung.
• Stand der Technik
• Herkömmlich werden Führungslenker aus Stahl hergestellt. Die Lenker werden hergestellt, indem getrennte Einzelteile des Lenkers aus Stahlblechen ausgestanzt und diese in ihre gewünschte Form gepresst werden. Die getrennten Elemente werden zu einem hohlen Lenker zusammengeschweißt, der hierauf lackiert wird. Hierbei handelt es sich um Techniken, die seit über hundert Jahren angewendet werden. Die erforderliche Ausrüstung zur Herstellung von Komponenten für die Aufhängung von Autos gemäß diesem Verfahren ist weit verbreitet und das Verfahren ist in allen Industrienationen Standard. Dies bedeutet, dass gemäß diesem Verfahren hergestellte Komponenten kostengünstig sind, zumal da die Rohstoffe ebenfalls kostengünstig sind.
• Diese Komponenten und ihre Herstellungsverfahren bzw. Herstellungsmittel besitzen jedoch auch ihre Nachteile. Erstens sind die Stahlkomponenten relativ schwer. Dies ist ein Nachteil, da Autohersteller versuchen, das Gewicht der beweglichen Komponenten in Fahrzeugradaufhängungen so leicht wie möglich zu halten, um das Straßen-Fahrverhalten zu verbessern. Sie versuchen außerdem, das Gesamtgewicht des Autos niedrig zu halten, um den Treibstoffverbrauch zu verringern. Die Hersteller versuchen, das Gewichtsproblem zu verringern, indem Löcher in das Blech gestanzt werden, um die Komponente leichter zu machen. Hierauf wird überflüssiges Material dort entfernt, wo dies durchgeführt werden kann, ohne die Festigkeit der Komponente nachteilig zu beeinflussen. Die hohlen Komponenten mit ihren Aussparungen neigen jedoch dazu, Schnee und Schmutz in der rauen Umgebung unter dem Auto zu sammeln. Feuchter Schmutz sammelt sich in Taschen in dem Aufbau, die daraufhin Keimzellen für Rost werden. Das Herstellungsverfahren erfordert recht kostenaufwändige Werkzeuge. Zudem wird die Komponente aus mehreren Elementen hergestellt, und die getrennten Schritte in der Produktion Stanzen, Schweißen und Lackieren müssen getrennt gehandhabt werden, d. h., sie können nicht innerhalb einer einzigen Produktionsanlage gehandhabt werden. Falls der Hersteller die Form der Komponente ändern will, müssen neue Stempel für die Pressen hergestellt werden; dadurch wird die Änderung kostenaufwändig.
• Das US-Patent 5.800.024 beschreibt rückwärtige Aufhängungskonstruktionen für Fahrzeuge, die aus Aluminium hergestellt sind. Mehrere der gezeigten Ausführungsformen sind aus Aluminiumprofilen hergestellt, wobei eine Anzahl einzelner Unterkomponenten enthalten sind, die zu dem Endprodukt zusammengeschweißt werden. Der Nachteil dieser Technik besteht darin, dass die Produktion komplizierter wird, wobei eine sehr genaue Formgebung und Verschweißung jeder einzelnen Unterkomponente erforderlich ist. Die Unterkomponenten müssen sehr genau geformt werden, falls eine automatische Produktionsanlage verwendet werden soll. Dies bezieht sich auch auf die weniger wichtigen Teile der Konstruktion, d. h. die Unterkomponenten, die eine geringe Belastung erfahren oder keine Befestigung usw. aufweisen. Ferner ist Schweißen von Aluminium ein schwieriger Vorgang, der in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden muss. Schweißen von belasteten Komponenten ist allgemein unerwünscht, da die Struktur des Materials beeinträchtigt wird und die Komponente geschwächt und weniger korrosionsbeständig wird. Um dieser Schwächung entgegenzuwirken, müssen die Abmessungen, d. h. die Wanddicke, erhöht werden. Folglich geht ein Teil des Vorteils der Gewichtsverringerung von Aluminium verloren.
• US-Patent 6.060.445 beschreibt einen durch Hydroformung produzierten Führungslenker. Bei einem Hydroformungsverfahren wird ein gestrecktes hohles Rohr, das aus Aluminium sein kann, an beiden Enden verschlossen und in eine Hydroformungspresse mit Stempeln gelegt, woraufhin das Rohr mit einem hydraulischen Fluid gefüllt wird. Das Rohr dehnt sich unter dem Druck des hydraulischen Fluids aus und erlangt die Form, die durch die Stempel definiert ist. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Produkt eine sehr genaue Form erhält. Es gibt jedoch auch einige Nachteile. Es können lediglich Profile mit Wänden von gleichmäßiger Dicke verwendet werden, da sonst ein lokaler Materialfluss erfolgen würde. Aus dem gleichen Grund müssen Befestigungsflansche an dem Profil vermieden werden. Befestigungsteile wie Buchsen müssen an das Profil angeschweißt werden. Der größte Nachteil besteht jedoch in den hohen Produktionskosten.
• Ein Autohersteller, BMW (Bayerische Motoren Werke, Deutschland) verwendet derzeit die zuvor beschriebenen Produktionsverfahren in einigen seiner Modelle. Aufhängungskomponenten werden aus mehreren einzelnen Teilen zusammengebaut. Um die für das automatische Schweißen erforderliche Genauigkeit zu erhalten, werden manche der Teile durch Hydroformung produziert. Die Kosten von auf diese Weise produzierten Aufhängungskomponenten schließen jedoch eine wietere Verbreitung aus.
• Aluminium-Führungslenker wurden auch als gegossene, bzw. geschmiedete Aluminiumkomponenten hergestellt. Dies ist manchmal eine gute Lösung, wenn Komponenten mit einer komplizierten Form beteiligt sind. Der Nachteil liegt jedoch in einer stärker eingeschränkten geregelten Gewichtsverringerung, wenn die Form massiv sein soll. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Eigenschaften der in Guss-, bzw. Schmiedeverfahren verwendeten Werkstoffe wegen einer "kleinen" Kornstruktur allgemein schlechter sind, wodurch der Werkstoff brüchig wird.
• Kurzzusammenfassung der Erfindung
• Die bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Führungslenker zur Verwendung in Radaufhängungseinheiten für Autos zu schaffen, der ein nahezu optimal leichtes Gewicht aufweist, aus einem einzigen Teil hergestellt ist, keine Schweißnähte aufweist und eine aerodynamische Form besitzt, die das Sammeln von Schmutz verhindert, und korrosionsfest ist. Eine weitere bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Aufhängungskomponenten für Autos zu schaffen, das kostengünstigere Werkzeuge verwendet als herkömmliche Verfahren, wobei die Werkzeuge einfach einzustellen sind, um Änderungen in der Form der hergestellten Komponente angepasst zu werden, und das nur eine Produktionsanlage verwendet.
• Das zuvor erwähnte Patent US-A-6060445 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Führungslenkers für eine Radaufhängung eines Autos, wobei das Verfahren das Herstellen des Lenkers aus einem einzelnen Stück eines geschlossenen Hohlprofils aus hochfestem stranggepresstem Aluminium beinhaltet.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen eines Führungslenkers das Produzieren des Lenkers aus einem Profil, das anfänglich einen rechteckigen Querschnitt mit aneinander angrenzenden Wänden unterschiedlicher Dicke hat, und das Formen des Profils nur mit mechanischer Kaltverarbeitung, die Streckbiegen, Pressen, Schneiden und Stanzen beinhaltet.
• Kurz zusammengefasst beziehen sich die gegenwärtig offenbarten Anordnungen auf einen Führungslenker, der aus einem stranggepressten Aluminiumprofilmaterial hergestellt ist, das in der Form und in der veränderbaren Wanddicke so ausgelegt ist, dass es einfach zu formen ist, und das eine gute Eignung in Bezug auf sein Gewicht aufweist, der eine geschlossene Form ohne irgendwelche überflüssige Öffnungen aufweist, und der in einer einzigen Produktionsanlage produziert werden kann, wobei Standardmaschinen und eine beschränkte Werkzeugeinheit für das Streckbiegen und Formen verwendet werden.
• Zeichnung
• 1 zeigt jeweils die gesamte Form des Führungselements der Erfindung im seitlichen Querschnitt (A) und im ebenen Querschnitt (C) sowie im Querschnitt längs der Linien a-b (B) und c-d (D).
• 2 zeigt ein Element von dem gabelförmigen Ende des Führungselements mit seiner entsprechenden Querschnittsansicht.
• 3 zeigt Elemente von dem anderen Ende des Führungselements mit entsprechenden Querschnittsansichten.
• 4 zeigt, wie das Führungselement eine Feder halten kann, wenn es in der Aufhängungseinheit eines Autos angebracht ist.
• 5 zeigt Elemente des Führungselements, die zu seiner besonders entworfenen Form gehören, um Schnee und Wasser abzuweisen und um die Entstehung von Schmutz zu vermeiden.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• 1 zeigt den Führungslenker der Erfindung in einer Übersicht. Der Lenker ist in der Form einer gebogenen Stange mit einer Gabel an einem Ende. Der Arm hat in seinem mittleren Teil (längs der Linie C-D in der Figur) einen erweiterten Abschnitt an der oberen Oberfläche. Dieser Teil des Lenkers ist dazu vorgesehen, ein Feder zu halten. Ein in ein Loch in dem Lenker eingesetztes kelchförmiges Element ist so beschaffen, dass es die Feder an ihrem Platz hält. Das andere Ende des Lenkers hat eine schmale Form, die für einen entsprechenden Haltepunkt des Autos passend ist.
• Der Lenker ist aus einem geschlossenen Profil aus hochfestem Aluminium hergestellt. Das Profil ist in seine passende Länge geschnitten und wird durch Streckbiegen, Pressen und Stanzen geformt. Öffnungen in der Konstruktion wie jene des Gabelendes, werden ausgeschnitten. Weiteres überflüssiges Material wird weggeschnitten, um die äußere Form des Lenkers in dem Bereich zu definieren, der zum Halten der Feder vorgesehen ist. Löcher werden in den Lenker gestanzt und schließlich wird das kelchförmige Element in sein entsprechendes Loch eingesetzt.
• Der Lenker wird durch ein Kaltverfahren produziert, wobei Erwärmung, Schmieden oder Schweißen vermieden werden, und wobei lediglich Standardmaschinen beteiligt sind. Folglich entfallen kostenaufwändige Pressen. Wegen der Korrosionsfestigkeitseigenschaften des Aluminiumwerkstoffs ist zudem ein Lackieren oder eine andere Oberflächenbehandlung überflüssig. All dies zusammen hat ein Her stellungsverfahren zur Folge, das eine einzige Produktionsanlage umfasst. Das Herstellungsverfahren wird einfach und schnell geändert, z. B. wenn es gewünscht wird, die Form und den Querschnitt des Lenkers zu ändern.
• Das Profil selbst ist auf eine Weise entworfen, dass es, während es einen gewichtsoptimierten Querschnitt aufweist, außerdem eine Form hat, die mit einfachem Pressen und Schneiden eine richtig entworfene Gabel bei dem einen Ende (2), eine Befestigung für einen Becher in dem mittleren Teil (3) und eine Lagerfläche für eine Schraubenfeder (4) erzeugt.
• Benachbarte Wände des Profils haben unterschiedliche Dicken, wie es in 1B gezeigt ist. Hier sind die obere und die untere Wand dünner als die Seitenwände. Bei dem Herstellungsverfahren geben die obere und die untere Wand leicht nach und nehmen eine korrekte Form an, wenn lokalisierter Druck an den Seitenwänden angewendet wird.
• Wenn der Lenker auf eine derartige Weise entworfen ist, dass lediglich eine lokalisierte Formung bei jedem Ende erforderlich ist, erhält der Unterstützungslenker "saubere", glatte Oberflächen. Zusätzlich weist das Profilmaterial einen Querschnitt mit einer besonders entworfenen Rippe auf. Die Rippe ist so entworfen, dass sie den Luftstrom um den Führungslenker auf eine derartige Weise lenkt, dass Wasser und Schnee von dem Arm "weggerissen" werden und nicht auf das Rad geleitet werden (5). Das Wasser, bzw. der Schnee wird um den Arm geführt, bis es auf die Rippe trifft, die eine Stufe aufweist, bei der das Wasser den Lenker verlässt. Diese Stufe hat eine Funktion ähnlich jener des Wasserablaufs unter einem Fenster.
• Führungslenker sind üblicherweise in einem geneigten Winkel in Bezug auf das Rad angebracht, was bewirkt, dass Wasser und Verschmutzungen zu dem Radgehäuse geleitet werden.
• Die Form des Führungslenkers gemäß der Erfindung verhindert, dass Wasser entlang des Lenkers geleitet wird (5).

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Führungslenkers für eine Radaufhängung eines Autos, wobei das Verfahren das Herstellen des Lenkers aus einem einzelnen Stück eines geschlossenen Hohlprofils aus hochfestem stranggepresstem Aluminium beinhaltet, gekennzeichnet durch – Produzieren des Lenkers aus einem Profil, das anfänglich einen rechteckigen Querschnitt mit aneinander angrenzenden Wänden unterschiedlicher Dicke hat; – Formen des Profils nur mit mechanischer Kaltverarbeitung, die Reckbiegen, Pressen, Schneiden und Stanzen beinhaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker aus einem Profil mit trapezförmigem Querschnitt mit einer unteren Wand, nichtparallelen Seitenwänden und einer oberen Wand, die mit der unteren Wand parallel ist und breitere Abmessungen als die genannte untere Wand hat, und mit Flanschen an beiden Seiten des Profils in der Verlängerung der genannten oberen Wand produziert wird, wobei die Flansche die maximale Breite des fertigen Lenkers definieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker aus einem Profil produziert wird, bei dem die obere und die untere Wand eine kleinere Dicke als die Seitenwände haben.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Flansche zum Bilden einer Lagerfläche für eine Feder zugerichtet werden, ein erstes Ende des Profils gepresst und Öffnungen eingeschnitten werden, um eine Gabel zu bilden, an einem zweiten Ende des Profils lokalisierter Druck angewendet wird, um die Form passend zu einem entsprechenden Haltepunkt des Autos zu verschmälern, und Löcher in den Lenker gestanzt werden.
5. Führungslenker zur Verwendung in der Radaufhängung eines Autos, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 produziert wurde.
6. Führungslenker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker an seiner Außenfläche eine Rippe zum Abweisen von Luft, Wasser und Schnee aufweist.