DE102009027735A1

DE102009027735A1 - Zweipunktlenker

Info

Publication number: DE102009027735A1
Application number: DE102009027735A
Authority: DE
Inventors: Metin Ersoy; Frank Nachbar
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Es wird ein Zweipunktlenker zum Einsatz in Fahrwerks- oder Lenkungsbaugruppen von Kraftfahrzeugen mit einem Lenkermittelelement (1) und an den freien Enden des Lenkermittelelementes (1) angeordneten Gelenken (2, 3) in Axial- oder Radialbauweise, die ein Gehäuse (10) zur Aufnahme eiens Lagerbauteiles aufweisen, wobei sich an mindestens einem der Gehäuse (10) ein Verbindungsbereich (11) zur Kopplung an das Lenkermittelelement (1) befindet, der aus einer Ausnehmung (13) an einem der zu koppelnden Teile und einem in die Ausnehmung (13) einsetzbaren Ansatzstück (14) am anderen Teil besteht, vorgestellt, bei dem erfindungsgemäß das Ansatzstück (14) in der Ausnehmung (13) durch elektromagnetische Umformung der äußeren Randbereiche der Ausnehmung (13) festgelegt ist.

Description

Technisches Umfeld
Die Erfindung betrifft einen Zweipunktlenker zum Einsatz in Fahrwerks- oder Lenkungsbaugruppen von Kraftfahrzeugen mit einem Lenkermittelelement und an den freien Enden des Lenkermittelelementes angeordneten Gelenken in Axial- oder Radialbauweise, die ein Gehäuse zur Aufnahme eines Lagerbauteiles aufweisen, wobei sich an mindestens einem der Gehäuse ein Verbindungsbereich zur Kopplung an das Lenkermittelelement befindet, welcher aus einer Ausnehmung an einem der zu koppelnden Teile und einem in die Ausnehmung einsetzbaren Ansatzstück am anderen Teil besteht.
Stand der Technik
Zweipunktlenker der eingangs geschilderten Art sind in vielen Bereichen des Kraftfahrzeugbaus in unterschiedlicher Ausgestaltung im Einsatz. Sie werden hierbei je nach Verwendung beispielsweise als Pendelstützen, Spurstangen oder Stabilisatorlenker bezeichnet. Stabilisatorlenker dienen in dieser Hinsicht beispielsweise zum Verbinden der Stabilisatorstange mit dem Radträger bzw. mit einem Federbein.
Darüber hinaus sind Zweipunktlenker bei Mehrlenkeraufhängungen für die Hinterachsen bei Kraftfahrzeugen im Einsatz. Die hier verwendeten Zweipunktlenker bestehen bei kostengünstigen Ausführungen beispielsweise aus einem den Einbaubedingungen angepassten aus Blech geformten Lenkermittelelement mit daran angeformten Gelenkaugen an den freien Enden, in denen Gummilager mit einem Innen- und Außenring eingepresst werden. Um den kinematischen Bedingungen am Fahrwerk besser gerecht zu werden, werden bei höherpreisigen Fahrzeugen, und hier insbesondere bei Trapezlenkeraufhängungen statt der preiswerten Gummilager radseitig zur Vermeidung von Verspannungen bei elastokinematischer Bewegung des Fahrwerks Kugelgelenke eingesetzt. Für den Einsatz derartiger Zweipunktlenker ist dann allerdings ein erhöhter Herstellungs- und somit Kostenaufwand notwendig.
Aufgabe der Erfindung
Da im Kraftfahrzeugbau allgemein die verwendeten Baugruppen und deren Elemente einem immer höheren Kostendruck für die Herstellung ausgesetzt sind, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Zweipunktlenker der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen kostentechnisch zu optimieren. Der erfindungsgemäße Zweipunktlenker soll dabei insbesondere funktional die kinematischen Anforderungen im Fahrwerksbereich optimal erfüllen und darüber hinaus selbstverständlich den Anforderungen an die für einen Lenker notwendigen Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit und Lebensdauer genügen.
Lösung der Aufgabe
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruches 1 aus der im kennzeichnenden Teil offenbarten technischen Lehre.
Erfindungswesentlich dabei ist es, dass bei einem Zweipunktlenker das Ansatzstück im Verbindungsbereich zwischen Gehäuse und Lenkermittelelement in der dafür vorgesehenen Ausnehmung durch elektromagnetische Umformung der äußeren Randbereiche der Ausnehmung festgelegt ist.
Das neuartige elektromagnetische Umformverfahren arbeitet hierbei berührungslos, wobei sich während des Umformvorganges, welcher sich innerhalb eines Millisekundenbereiches abspielt, die üblicherweise bei Umformvorgängen eingesetzten Energien nicht unwesentlich reduzieren lassen. Bei magnetischen Umformverfahren wird um die zu verbindenden Bauteile eine elektromagnetische Spule gelegt und während einer äußerst kurzen Umformdauer eine Feldstärkeenergie durch Beaufschlagung des Magneten im Bereich von 60 bis 70 kJ erzeugt. Der Einsatz dieser Feldstärkeenergie führt zu einer Abstoßung, der das Ansatzstück umschließenden äußeren Randbereiche der Ausnehmung von der diese Randbereiche umschließenden Spule. Die Randbereiche werden somit an das innerhalb der Ausnehmung liegende Ansatzstück angepresst, wie dies auch bei herkömmlichen Pressmethoden mittels Pressstempeln oder dergleichen vonstatten geht.
Es hat sich durch Versuche gezeigt, dass dabei der üblicherweise bei der Verbindung zweier Bauteile vorhandene Problemfaktor der Elastizität der verwendeten Materialien vernachlässigt werden kann. Es entsteht somit eine dauerhafte Verbindung von Gehäuse- und Lenkermittelelement, wie sie sonst nur durch aufwendige Schweiß- oder Pressverfahren zu erreichen ist. Da sich der Energieeinsatz durch die extrem kurze Einwirkdauer auf die Bauteile in Grenzen hält, ergibt sich durch den Einsatz des elektromagnetischen Umformens eine schnelle und kostengünstige Verbindung ohne stärkere Berücksichtigung von Werkstoffpaarungen bei den verwendeten Bauelementen.
Besondere Ausgestaltungen des Zweipunktlenkers ergeben sich zusammen mit der technischen Lehre des Anspruches 1 zusätzlich aus den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen.
Eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung sieht dabei vor, die Ausnehmung als Sacklochbohrung mit einem ringförmig umlaufenden Randbereich auszugestalten. Das in die Sacklochbohrung einzuführende Ansatzstück wird dabei stabförmig ausgebildet und im Querschnitt dem Durchmesser der Sacklochbohrung angepasst.
Zur weiteren Verbesserung der Festigkeit der Verbindung hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, dass das Ansatzstück an seiner äußeren Oberfläche eine Strukturierung aufweist. Diese Strukturierung kann als wellenförmige Kontur mit in Ansatzstück-Längsrichtung am Umfang nebeneinander angeordneten, umlaufenden, gegenüber dem Querschnitt des Ansatzstückes rückspringenden Einbuchtungen gestaltet sein.
Eine derartige Strukturierung ist aus Festigkeitsgesichtspunkten besonders dann vorteilhaft, wenn sie durch einen spanlosen Umformvorgang hergestellt ist.
Es hat sich darüber hinaus erwiesen, dass das elektromagnetische Umformverfahren dann besonders effizient ist, wenn für den Einsatz des elektromagnetischen Umformverfahrens das umzuformende Material aus metallisch nicht magnetischem Material besteht. Dieses Material kann vorzugsweise eine Aluminiumlegierung sein.
Figurenbeschreibung
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Abbildung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Zweipunktlenker in Gesamtansicht
und
2 eine vergrößerte Darstellung des Details A aus 1 mit schematisch dargestellter Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen.
Der Zweipunktlenker besteht im Wesentlichen aus drei Elementen: dem Lenkermittelelement 1 sowie den an den Enden des Lenkermittelelementes 1 angeordneten Gelenkbaugruppen 2 und 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lenkermittelelement als gerade Metallstange ausgeführt. Es sind jedoch je nach konstruktiver Anforderung und Bauraumverfügbarkeit auch Lenkerelemente üblich, welche eine gebogene und gegebenenfalls im Durchmesser über die Länge unterschiedliche Größe aufweisen. Aus der 1 ist ersichtlich, dass die Gelenkbaugruppe 2 als sogenanntes Axialgelenk ausgebildet ist. Das Axialgelenk besteht im Wesentlichen aus einem Gelenkgehäuse 7, einer im Gelenkgehäuse 7 aufgenommenen Lagerschale 6, in der wiederum eine Lagerkugel 5 aufgenommen ist. Das Gelenkgehäuse 7 weist an seiner dem Lenkermittelelement 1 abgewandten Seite im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Gewindebolzen 4 auf, mit dessen Hilfe der Zweipunktlenker an geeigneten radseitigen Befestigungspunkten im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges festgelegt werden kann. Natürlich sind in diesem Zusammenhang neben dem dargestellten Gewindebolzen 4 auch andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar.
An dem der Gelenkbaugruppe 2 gegenüberliegenden Ende des Lenkermittelelementes 1 befindet sich die Gelenkbaugruppe 3, die aus einem üblichen Gummilager besteht, welches dazu dient, Schwingungen aus dem Fahrwerksbereich von der Karosserie fernzuhalten. Zu diesem Zweck besitzt die Gelenkbaugruppe 3 eine ringförmige Hülse 8, mit deren Durchgangsbohrung eine karosserieseitige Anbindung der Gelenkbaugruppe erfolgt. Die Hülse 8 ist von einem Ring aus Elastomermaterial, wie beispielsweise Gummi, umgeben und an seiner Außenseite wiederum von einem mit einer Ausnehmung versehenen im Wesentlichen ringförmigen Gehäuse 10 umschlossen.
Das Gehäuse 10 besitzt einen Verbindungsbereich 11, der zur Kopplung an das Lenkermittelelement 1 dient. Gehäuseseitig ist dieser Verbindungsbereich gekennzeichnet durch einen Ansatz 12, welcher eine Ausnehmung 13 in Form einer Sacklochbohrung besitzt, wobei die Ränder der Ausnehmung 13 eine ringförmige Gestalt aufweisen. In die Ausnehmung 13 ist ein Ansatzstück 14 am freien, der Gelenkbaugruppe 2 abgewandten Ende des Lenkermittelelementes 1 eingesetzt.
Eine Besonderheit der dargestellten Konstruktion ist es, dass, wie dies aus der 1 ersichtlich ist, das Lenkermittelelement 1 mit der Lagerkugel 5 der Gelenkbaugruppe 2 einstückig ausgeführt ist. Es ist bei einer derartigen Konstruktion nicht notwendig, das Mittelelement 1 mit einer separaten Gelenkbaugruppe in Form eines Axialgelenktes zu koppeln.
Insbesondere aus der 2 ist ersichtlich, dass im Verbindungsbereich 11 von Gehäuse 10 und Ansatzstück 14 eine formschlüssige Verbindung geschaffen worden ist. Diese formschlüssige Verbindung ist erfindungsgemäß durch einen elektromagnetischen Umformvorgang hergestellt. Zu diesem Zweck wird der Verbindungsbereich 11 von einer elektromagnetischen Spule 15 ringförmig umschlossen, wie dies schematisch der 2 zu entnehmen ist.
Beim Umformvorgang wird die Spule 15 kurzzeitig, d. h. im Millisekundenbereich mit Strom beaufschlagt, der eine Feldstärkeenergie von 60 bis 70 kJ bereitstellt. Die Wandung 16 der Ausnehmung 13, die vor dem Umformvorgang eine geradlinige Gestalt aufweist, wird in Folge der aufgebrachten magnetischen Energie von der Innenseite der Spule 15 abgestoßen in Richtung auf das innerhalb der Ausnehmung 13 vorhandene Ansatzstück 14. Im Zuge der Abstoßung legt sich die ringförmige Wandung 16 um das Ansatzstück 14 herum, wie dies in ähnlicher Form auch durch einen herkömmlichen Pressvorgang geschehen würde.
Aus der 2 wird ergänzend deutlich, dass zur Verbesserung der Festigkeit der durch den elektromagnetischen Umformvorgang hergestellten Verbindung das Ansatzstück 14 an seinem Außenumfang eine Strukturierung aufweist. Diese Strukturierung besteht aus einer umlaufenden, in Ansatzstück-Längsrichtung wellenförmigen Kontur, wobei die wellenförmige Struktur durch Einbuchtungen 17 hervorgerufen wird, die gegenüber dem Normalquerschnitt des Ansatzstückes 14 einen geringeren Querschnitt aufweisen und somit rückspringend sind.
Wie sich aus der 2 zusätzlich ergibt, wird dem berührungslosen Umformvorgang in Folge des durch die Spule 15 erzeugten elektromagnetischen Feldes die ringförmige Wandung 16 so umgeformt, dass sich auch an deren Außenseite die ursprünglich nur an der äußeren Oberfläche des Ansatzstückes 14 vorhandene wellenförmige Kontur ergibt.
Hinsichtlich der Effizienz der elektromagnetischen Umformung hat es sich ergeben, dass ein besonders energiesparender Einsatz, d. h. eine besonders gute Umformbarkeit der Wandung 16 des Gehäuses 10 immer dann herbeigeführt werden kann, wenn das Gehäuse 10 aus nicht magnetischem metallischem Material, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung, besteht.
Es ergibt sich somit durch den Einsatz des elektromagnetischen Umformens ein Zweipunktlenker, der sich fertigungstechnisch erheblich günstiger produzieren lässt als dies bei üblichen aus dem Stand der Technik bekannten Zweipunktlenkern der Fall ist, bei denen eine Verbindung von Lenkermittelelement 1 und Gehäuse 10 durch Pressung oder Schweißung vorgenommen wird. Die Vorteile ergeben sich insbesondere durch die kurze Einwirkdauer des elektromagnetischen Feldes. Es entsteht somit eine schnelle, zuverlässige und kostengünstige Verbindung zweier Bauteile, wobei zusätzlich von Vorteil ist, dass eine Rücksichtnahme auf entsprechende Werkstoffpaarungen von Lenkermittelelement 1 und Gehäuse 10 entfallen kann, solange diese Bauteile aus metallischen Werkstoffen bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkermittelelement
2: Gelenkbaugruppe
3: Gelenkbaugruppe
4: Gewindebolzen
5: Lagerkugel
6: Lagerschale
7: Gelenkgehäuse
8: Hülse
9: Ring
10: Gehäuse
11: Verbindungsbereich
12: Ansatz
13: Ausnehmung
14: Ansatzstück
15: Spule
16: Wandung
17: Einbuchtung

Claims

Zweipunktlenker zum Einsatz in Fahrwerks- oder Lenkungsbaugruppen von Kraftfahrzeugen mit einem Lenkermittelelement (1) und an den freien Enden des Lenkermittelelementes (1) angeordneten Gelenkbaugruppen (2, 3) in Axial- oder Radialbauweise, die ein Gehäuse (10) zur Aufnahme eines Lagerbauteiles aufweisen, wobei sich an mindestens einem der Gehäuse (10) ein Verbindungsbereich (11) zur Kopplung an das Lenkermittelelement (1) befindet, der aus einer Ausnehmung (13) an einem der zu koppelnden Teile und einem in die Ausnehmung (13) einsetzbaren Ansatzstück (14) am anderen Teil besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansatzstück (14) in der Ausnehmung (13) durch elektromagnetische Umformung der äußeren Randbereiche der Ausnehmung (13) festgelegt ist.
Zweipunktlenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (13) als Sacklochbohrung mit einem ringförmigen Randbereich ausgestaltet ist.
Zweipunktlenker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansatzstück (14) stabförmig ausgebildet ist.
Zweipunktlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansatzstück (14) an seiner äußeren Oberfläche eine Strukturierung aufweist.
Zweipunktlenker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung als wellenförmige Kontur mit in Ansatzstücklängsrichtung am Umfang umlaufenden, nebeneinander angeordneten, gegenüber dem Querschnitt des Ansatzstückes rückspringenden Einbuchtungen (17) versehen ist.
Zweipunktlenker nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der das Ansatzstück (14) umschließende Randbereich der Ausnehmung (13) aus metallischem, nichtmagnetischem Material besteht.
Zweipunktlenker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmagnetische, metallische Material eine Aluminiumlegierung ist.
Zweipunktlenker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung am Ansatzstück (14) durch einen spanlosen Umformvorgang hergestellt ist.