DE102006014730A1

DE102006014730A1 - Einteiliger Federlenker

Info

Publication number: DE102006014730A1
Application number: DE102006014730A
Authority: DE
Inventors: Marc Stehlin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Ein Federlenker (1) für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung ist einteilig ausgebildet und im Tiefziehverfahren aus einer Blechplatine aus Leichtbaustahl hergestellt. Die hierfür erforderlichen Werkzeuge sind kostengünstiger und änderungsfreundlicher als bei Innenhochdruckumformverfahren. Vorzugsweise kommt als Leichtbaustahl X60Mn23 zum Einsatz. Die während der Umformung auftretende hohe Kaltverfestigung ermöglicht eine steife, dünnwandige Ausgestaltung des Federlenkers (1), so dass eine deutliche Gewichtseinsparung, vergleichbar mit dem Einsatz von Tailored Blanks, erzielt wird. Der Federlenker (1) kann aus einem verhältnismäßig dünnen Blech mit einer Blechdicke von 1,6 bis 1,8 mm hergestellt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen einteiligen Federlenker für eine Krafffahrzeug-Radaufhängung.
Federlenker weisen üblicherweise zusätzlich zu rad- und aufbauseitigen Anbindungsabschnitten eine Abstützfläche für ein Federelement der Radaufhängung auf und sind daher im Betrieb komplexen Beanspruchungen ausgesetzt. Sie müssen dementsprechend dimensioniert werden, was in der Regel ein hohes Bauteilgewicht bedeutet.
Üblicherweise bestehen Federlenker aus mehreren Einzelteilen, die untereinander beispielsweise durch Schweißnähte verbunden sind. So kann ein Federlenker beispielsweise aus einer Unterschale, einem Schließblech und einer Lagerbuchse zusammengefügt sein. Aus Festigkeitsgründen werden Federlenker bisher aus hochfestem Stahl wie zum Beispiel S420MC oder S500MC mit Blechdicken in der Größenordnung von 2,0 bis 3,0 mm hergestellt. Sie sind dementsprechend schwer. Durch die Verwendung von sogenannten Tailored Blanks kann eine an die Bauteilbeanspruchung besser angepasste Wanddickenverteilung erzielt werden, wodurch im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Federlenker eine Gewichtseinsparung von etwa 20% erzielt wird. Allerdings ist der Einsatz von Tailored Blanks mit einem erheblichen Kostenmehraufwand verbunden.
In der DE 102 41 406 A1 wird ein einteiliger Federlenker beschrieben, der durch Innenhochdruckumformen aus einem Rohrelement hergestellt ist. Damit entfällt der Fügeaufwand herkömmlicher mehrteiliger Federlenker. Jedoch ist das Innenhochdruckumformen ebenfalls mit einem erheblichen Aufwand an Kosten und Fertigungsmitteln verbunden. Zudem ist in der Regel eine Nachbearbeitung des Rohrelements vom Halbzeug bis zum Produkt unter Einsatz eines Lasers erforderlich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen gewichtsoptimierten Federlenker zu schaffen, der sich mit geringerem Kosten- und Fertigungsaufwand herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird durch einen Federlenker nach Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Federlenker einteilig ausgebildet und im Tiefziehverfahren aus einer Blechplatine aus Leichtbaustahl hergestellt.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Verwendung eines anderen Fertigungsverfahrens im Verbund mit dem Einsatz eines besonderen Werkstoffes ein Federlenker schaffen lässt, der sich trotz einteiliger Bauweise mit verhältnismäßig geringem Aufwand besonders leichtgewichtig ausgestalten lässt und gleichwohl den komplexen Beanspruchungen im Betrieb standhält.
Im Vergleich zu Innenhochdruckumformverfahren sind Tiefziehwerkzeuge deutlich kostengünstiger und änderungsfreundlicher.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein geeignetes Herstellungsverfahren sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
In vorteilhafter Weise kommt als Leichtbaustahl X60Mn23-Stahl zum Einsatz. Dieser weist bei hohen Festigkeitseigenschaften eine sehr gute Kaltumformbarkeit auf. Die während der Umformung auftretende hohe Kaltverfestigung ermöglicht eine steife, dünnwandige Ausgestaltung des Federlenkers, so dass eine deutliche Gewichtseinsparung vergleichbar mit dem Einsatz von Tailored Blanks erzielt wird. Beispielsweise kann der Lenker aus einem verhältnismäßig dünnen Blech mit einer Blechdicke von 1,6 bis 1,8 mm hergestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels für einen Federlenker nach der Erfindung,
2 eine räumliche Ansicht des Federlenkers aus 1 von unten, und in
3 eine Detailansicht einer integral ausgebildeten Lagerbuchse an dem Federlenker.
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Federlenker 1 für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung. Der Federlenker 1 weist einen ersten Anbindungsabschnitt 2 zur Ankopplung an einen Radträger oder dergleichen sowie einen zweiten Anbindungsabschnitt 3 zur Ankopplung an den Fahrzeugaufbau oder einen Hilfsrahmen auf. Zwischen den Anbindungsabschnitten 2 und 3 befindet sich eine Federaufnahme 4, an der das Fahrzeuggewicht über ein Federelement abgestützt ist. Im Bereich der Federaufnahme 4 weist der Federlenker 1 eine größere Breite auf, als an den verjüngten Anbindungsabschnitten 2 und 3. Die Anbindungsabschnitte 2 und 3 sind derart ausgestaltet, um sowohl radseitig als auch aufbauseitig eine gelenkige Anbindung zu ermöglichen. So können an diesen beispielsweise eine Lagerbuchse 5 für einen Schwenklager oder Aufnahmeöffnungen 6 für einen Gelenkzapfen vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß ist der Federlenker 1 einteilig als reines Tiefziehbauteil ohne Fügestellen ausgeführt. Dieses wird aus einer Blechplatine hergestellt. Die Blechplatine weist ursprünglich eine konstante Wanddicke im Bereich von 1,6 bis 1,8 mm auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Federlenker 1 aus einer Platine mit einer Wanddicke von 1,7 mm gefertigt. Entsprechend beschnittene Platinen werden in mehreren Tiefziehschritten bis in die in Endform des Federlenkers 1 umgeformt.
Aufgrund seiner einteiligen Ausgestaltung ist der Federlenker 1 an seiner Unterseite offen und besitzt im Verlauf zwischen den Anbindungsabschnitten 2 und 3 ein etwa kastenförmiges Querschnittprofil. In die Oberseite 7 des Profils ist für die Federaufnahme 4 ein Topf 8 eingesenkt, der eine Mittenöffnung 9 aufweist. Die Einsenktiefe des Topfes 8 entspricht im wesentlichen der Höhe der Profilflanken, die als Seitenwände 10 und 11 jeweils die Anbindungsabschnitte 2 und 3 verbinden.
Die Lagerbuchse 5 sowie die Aufnahmeöffnungen 6 sind in den Seitenwänden 10 und 11 ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Lagerbuchse 5 durch Durchzüge 12 und 13 gebildet. Es ist jedoch auch denkbar, bei entsprechenden Abmessungen die Lagerbuchse 5 durch einen lediglich an einer Seitenwand vorgesehenen Durchzug auszubilden.
Die Seitenwände 10 und 11 sind mit einem Winkel von mehr als 90° aufgestellt und ermöglichen so die Kompensation eines unerwünschten Aufspringverhaltens beziehungsweise einer Rückfederung.
Erfindungsgemäß wird der Federlenker 1 aus einem besonderen Werkstoff hergestellt. Im Unterschied zur bisherigen Serienfertigung kommt nunmehr ein hochlegierter Leichtbaustahl zum Einsatz, dessen 0,2%-Dehngrenze bei mindestens 500 N/mm² liegen sollte.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Werkstoff X60Mn23. Dieser ist aufgrund seiner Kaltumformbarkeit und der während der Umformung auftretenden Kaltverfestigung für eine dünnwandige und damit leichtgewichtige Ausgestaltung besonders geeignet. Die maßgeblichen Werkstoffkennwerte stellen sich wie folgt dar:
Anstelle des genannten Werkstoffs können auch andere kaltumformgeeignete, hochlegierte Leichtbaustähle zum Einsatz kommen. Denkbar sind beispielsweise FeMn-Stähle, die in ihrem Kohlenstoff und Manganteil geringfügig von der oben genannten Zusammensetzung abweichen.
Mit dem erfindungsgemäßen Federlenker wird im Vergleich zu einem Lenker nach dem Serienstand eine Gewichtseinsparung von 19% erzielt. Dies liegt im Bereich dessen, was sonst nur mit erheblichem Aufwand durch den Einsatz von Tailored Blanks oder Aluminiumlegierungen realisiert werden kann.
Durch die einteilige Ausbildung entfällt zudem jeglicher Fügeaufwand sowie eine potentielle Schwächung der Struktur im Bereich der Fügestellen.
Im Vergleich zu Federlenkern, die durch Innenhochdruckumformen hergestellt werden, wird durch das Tiefziehverfahren eine deutliche Einsparung in Bezug auf die Fertigungsmittel ermöglicht, da Tiefziehwerkzeuge kostengünstiger und änderungsfreundlicher sind als Werkzeuge für das Innenhochdruckumformen.

1: Federlenker
2: Anbindungsabschnitt
3: Anbindungsabschnitt
4: Federaufnahme
5: Lagerbuchse
6: Öffnung
7: Oberseite
8: Topf
9: Öffnung
10: Seitenwand
11: Seitenwand
12: Durchzug
13: Durchzug

Claims

Einteiliger Federlenker für eine Kraftfahrzeug-Radaufhängung, der im Tiefziehverfahren aus einer Blechplatine aus Leichtbaustahl hergestellt ist.
Einteiliger Federlenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) aus einem hochlegierten Leichtbaustahl hergestellt ist.
Einteiliger Federlenker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbaustahl eine 0,2%-Dehngrenze von mindestens 500 N/mm² aufweist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) aus einem FeMn-Stahl hergestellt ist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) aus einem kaltumformbaren Leichtbaustahl hergestellt ist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbaustahl während der Umformung kaltverfestigt.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) aus X60Mn23-Stahl hergestellt ist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) aus einem Blech mit einer Blechdicke von 1,6 bis 1,8 mm hergestellt ist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) schweißnahtfrei ist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (1) eine integral ausgebildete Lagerbuchse (5) aufweist.
Einteiliger Federlenker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (5) durch einen Durchzug oder zwei gegenüberliegende Durchzüge (12, 13) gebildet ist.
Einteiliger Federlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federaufnahme (4) als in die Oberseite (7) des Federlenkers (1) eingesenkter Topf (8) ausgebildet ist.
Einteiliger Federlenker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenktiefe des Topfes (8) der Höhe von Seitenwänden (10, 11) des Lenkers (1) entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Federlenkers (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Blechplatine aus einem Leichtbaustahl in Tiefziehschritten bis in die in Form des Federlenkers (1) umgeformt wird.