DE102017107487A1 - Method for producing a torsion bar spring and stabilizer for a chassis of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Eine Torsionsstabfeder (3) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs wird hergestellt, indem zunächst eine Metallschmelze wird mittels eines keramischen Filters filtriert wird und im Anschluss aus der filtrierten Metallschmelze wird ein Metallprofil (7) gefertigt wird, welches zu einer Torsionsstabfeder (3), insbesondere einer Stabilisatorhälfte eines aktiven Wankstabilisators (1), weiterverarbeitet wird.

Figure DE102017107487A1_0000
A torsion bar spring (3) for a chassis of a motor vehicle is produced by first a molten metal is filtered by means of a ceramic filter and subsequently from the filtered molten metal, a metal profile (7) is made, which is a torsion bar spring (3), in particular a Stabilizer half of an active roll stabilizer (1), further processed.
Figure DE102017107487A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs geeigneten Torsionsstabfeder. Ebenso betrifft die Erfindung einen Stabilisator mit einer solchen Torsionsstabfeder.The invention relates to a method for producing a suitable for a chassis of a motor vehicle torsion bar. Likewise, the invention relates to a stabilizer with such a torsion bar spring.

Die DE 10 2014 214 592 A1 offenbart eine Schraubenfeder aus Federstahl und ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder. Der Federstahl, aus welchem die Schraubenfeder gefertigt ist, ist in mindestens einem schraubenförmig um die Federachse gewundenen Abschnitt um seine Längsachse verdrillt.The DE 10 2014 214 592 A1 discloses a coil spring of spring steel and a method of manufacturing a coil spring. The spring steel, from which the helical spring is made, is twisted about its longitudinal axis in at least one helically wound around the spring axis section.

Eine mögliche Zusammensetzung eines Federstahls ist zum Beispiel in der EP 1 966 407 B1 offenbart. Dieser Federstahl enthält Einschlüsse, welche in der EP 1 966 407 B1 als Quadrate angesehen werden.A possible composition of a spring steel is, for example, in EP 1 966 407 B1 disclosed. This spring steel contains inclusions, which are in the EP 1 966 407 B1 be regarded as squares.

Die EP 2 192 201 A1 beschreibt einen gehärteten Federstahl, dessen Randschicht eine von innen nach außen abfallende Härte aufweist. Dies soll erreicht werden, indem der Federstahl zunächst gehärtet und anschließend eine Randschicht des Federstahls durch eine Wärmebehandlung entfestigt wird.The EP 2 192 201 A1 describes a hardened spring steel whose edge layer has a hardness decreasing from the inside to the outside. This is to be achieved by first hardening the spring steel and then softening a surface layer of the spring steel by a heat treatment.

In Kraftfahrzeugen werden Federn in Form von Torsionsstabfedern häufig im Fahrwerk eingesetzt. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die DE 20 2015 102 243 U1 hingewiesen, welche einen Stabilisator für ein Kraftfahrzeug offenbart, der ein Mittelteil aufweist, das als Torsionsstabfeder ausgebildet ist. Im Fall der DE 20 1015 102 243 U1 sind an dem Mittelteil Endstücke befestigt, bei welchen es sich um separat gefertigte Teile handelt.In motor vehicles springs in the form of torsion bar springs are often used in the chassis. By way of example, in this context, the DE 20 2015 102 243 U1 which discloses a stabilizer for a motor vehicle having a central part, which is designed as a torsion bar spring. In the case of DE 20 1015 102 243 U1 are attached to the middle part end pieces, which are separately manufactured parts.

Verschiedene Beispiele aktiver Stabilisatoren, das heißt Wankstabilisatoren, für Kraftfahrzeuge sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 103 47 265 B4 , EP 1 275 535 B1 , DE 10 2015 205 045 A1 , sowie DE 10 2007 028 852 A1 offenbart.Various examples of active stabilizers, that is roll stabilizers, for motor vehicles are for example in the documents DE 103 47 265 B4 . EP 1 275 535 B1 . DE 10 2015 205 045 A1 , such as DE 10 2007 028 852 A1 disclosed.

Allgemein weisen aktive Wankstabilisatoren mindestens einen Aktor auf, welcher mit mindestens einem Federelement zusammenwirkt. Der Aktor kann hydraulisch oder elektrisch betätigt sein, wobei er ein Getriebe umfassen kann.In general, active roll stabilizers have at least one actuator which cooperates with at least one spring element. The actuator may be hydraulically or electrically actuated, wherein it may include a transmission.

Ein aus der EP 1 161 357 B1 bekannter elektromechanischer Stabilisator für das Fahrwerk eines Fahrzeuges weist ein Getriebe auf, dessen Übersetzungsverhältnis sich in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel zwischen zwei Stabilisatorhälften ändert.One from the EP 1 161 357 B1 known electromechanical stabilizer for the chassis of a vehicle has a transmission whose transmission ratio changes depending on the angle of rotation between two stabilizer halves.

Unabhängig von der Art der Betätigung eines Wankstabilisators sind dessen federnde Komponenten mechanisch stark beansprucht. Grundsätzlich gilt dies auch für einen passiven Stabilisator eines Kraftfahrzeugs.Regardless of the type of operation of a roll stabilizer its resilient components are mechanically stressed. Basically, this also applies to a passive stabilizer of a motor vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte. für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs geeignete Torsionsstabfeder bereit zu stellen, welche sich auch unter Bedingungen der Serienfertigung durch mit hoher Qualität reproduzierbare Eigenschaften auszeichnet.The invention is based on the object, a developed over the prior art. to provide for a chassis of a motor vehicle suitable torsion bar spring, which is characterized by high quality reproducible properties even under conditions of mass production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Torsionsstabfeder gemäß Anspruchs 1 sowie durch einen eine solche Torsionsstabfeder umfassenden Stabilisator gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für den für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten Stabilisator und umgekehrt.This object is achieved by a method for producing a torsion bar according to claim 1 and by a torsion bar comprising such comprehensive stabilizer according to claim 8. In the following in connection with the manufacturing method described embodiments and advantages of the invention apply mutatis mutandis to that for a chassis of a motor vehicle trained stabilizer and vice versa.

Das Herstellungsverfahren weist folgende Merkmale auf:

  • - Eine Metallschmelze wird bereitgestellt,
  • - die Metallschmelze wird mittels eines keramischen Filters filtriert,
  • - aus der filtrierten Metallschmelze wird ein Metallprofil gefertigt, welches zu einer Torsionsstabfeder weiterverarbeitet wird.
The manufacturing process has the following features:
  • A molten metal is provided
  • the molten metal is filtered by means of a ceramic filter,
  • - From the filtered molten metal, a metal profile is made, which is further processed to a torsion bar spring.

Bei dem Werkstoff, aus welchem die Torsionsstabfeder gefertigt ist, handelt es sich um Stahl. Hinsichtlich der Filtration von Metallschmelzen durch keramische Filter wird auf die Dokumente DE 10 2011 109 682 A1 und DE 10 2011 109 681 A1 verwiesen.The material of which the torsion bar spring is made is steel. Regarding the filtration of molten metal through ceramic filters will be on the documents DE 10 2011 109 682 A1 and DE 10 2011 109 681 A1 directed.

Eine mit keramischen Filtern gereinigte Metallschmelze zeichnet sich im Vergleich zu einer nichtfiltrierten Schmelze durch einen drastisch reduzierten Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen aus. Es hat sich gezeigt, dass dieser Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen für die Eigenschaften der fertiggestellten Torsionsstabfeder von wesentlicher Bedeutung ist. Die Effizienz der Filtration, welche durch einen keramischen Filter erreichbar ist, liegt bei etwa 70 bis 90 %.A metal melt cleaned with ceramic filters is characterized by a drastically reduced content of non-metallic inclusions compared to a non-filtered melt. It has been found that this content of non-metallic inclusions is essential for the properties of the finished torsion bar spring. The efficiency of the filtration, which can be achieved by a ceramic filter, is about 70 to 90%.

Zur Filtration der Metallschmelze ist insbesondere ein kohlenstoffhaltiger und/oder kohlenstoffgebundener Filter geeignet, welcher eine feuerfeste Oxidkörnung enthält. Das Oxid kann beispielsweise Aluminiumoxid aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Oxidkörnung zum Beispiel Zirkondioxid, Magnesiumaluminat-Spinell, Zirkonmullit, Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Titandioxid und/oder Mullit aufweisen.For filtering the molten metal, a carbonaceous and / or carbon-bonded filter is particularly suitable, which contains a refractory oxide grain. The oxide may, for example, comprise aluminum oxide. Additionally or alternatively, the oxide grain may comprise, for example, zirconia, magnesium aluminate spinel, zirconium mullite, silica, magnesia, calcia, titania and / or mullite.

Zusätzlich zu einer Oxidkörnung oder alternativ zu einer Oxidkörnung kann der keramische Filter eine Nicht-Oxidkörnung aufweisen, welche zum Beispiel Siliziumkarbit, Siliziumnitrit und/oder Bornitrit enthält. In addition to an oxide grain or alternatively to an oxide grain, the ceramic filter may have a non-oxide grain containing, for example, silicon carbide, silicon nitrite, and / or boron nitride.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird zur Filtrierung der Metallschmelze ein Filter mit einer aktiven Oberflächenbeschichtung verwendet. Die aktive Oberflächenbeschichtung enthält beispielsweise Karbide, Boride, Nitride und/oder Chloride. According to an advantageous further development, a filter with an active surface coating is used for filtering the molten metal. The active surface coating contains, for example, carbides, borides, nitrides and / or chlorides.

Bei dem Metallprofil, welches aus der Metallschmelze gefertigt wird, kann es sich entweder um ein Hohlprofil oder um ein Vollprofil handeln. In beiden Fällen kann aus dem Profil entweder ein passiver oder ein aktiver Wankstabilisator gefertigt werden. Im Fall eines passiven Wankstabilisators kann dieser mit der Torsionsstabfeder identisch sein. Ebenso ist es möglich, einen mehrteiligen passiven Stabilisator zu fertigen, dessen Torsionsstabfeder mit weiteren Bauteilen verbunden ist. Im Fall eines aktiven Wankstabilisators ist in jedem Fall eine Wirkverbindung der Torsionsstabfeder mit mindestens einem Aktor, das heißt einem elektromechanischen oder hydraulischen Aktor, vorgesehen.In the metal profile, which is made from the molten metal, it may be either a hollow profile or a solid profile. In both cases, either a passive or an active roll stabilizer can be made from the profile. In the case of a passive roll stabilizer, this may be identical to the torsion bar spring. It is also possible to manufacture a multipart passive stabilizer whose torsion bar spring is connected to other components. In the case of an active roll stabilizer, an operative connection of the torsion bar spring with at least one actuator, that is to say an electromechanical or hydraulic actuator, is provided in each case.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

  • 1 ausschnittsweise einen aktiven Wankstabilisator in einer schematisierten Darstellung,
  • 2 ein zur Herstellung des Wankstabilisators zu verwendendes Halbzeug,
  • 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Herstellung eines Stabilisatorteils des Wankstabilisators.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:
  • 1 a section of an active roll stabilizer in a schematic representation,
  • 2 a semifinished product to be used for producing the roll stabilizer,
  • 3 a flowchart for explaining the preparation of a stabilizer part of the roll stabilizer.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wankstabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Aktor 2 sowie zwei Stabilisatorteile 3, welche als Torsionsstabfedern fungieren. In 1 ist nur eines der Stabilisatorteile 3 abgebildet. Während eines der Stabilisatorteile 3 mit dem Gehäuse des Aktors 2 fest verbunden ist, ist das andere Stabilisatorteil 3 mit einer innerhalb des Aktors 2 verdrehbaren Welle verbunden. Bei der verdrehbaren Welle handelt es sich um die Ausgangswelle eines Untersetzungsgetriebes, welches Teil des Aktors 2 ist und durch einen Elektromotor betätigbar ist, der als weitere Aktorkomponente ebenfalls in dem in 1 sichtbaren Gehäuse des Aktors 2 angeordnet ist. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wankstabilisators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.A total with the reference numeral 1 characterized roll stabilizer for a chassis of a motor vehicle comprises an actuator 2 and two stabilizer parts 3 , which act as Torsionsstabfedern. In 1 is just one of the stabilizer parts 3 displayed. During one of the stabilizer parts 3 with the housing of the actuator 2 is firmly connected, is the other stabilizer part 3 with one inside the actor 2 connected to a rotatable shaft. The rotatable shaft is the output shaft of a reduction gear, which is part of the actuator 2 is and can be actuated by an electric motor, which as a further actuator component also in the in 1 visible housing of the actuator 2 is arranged. With regard to the principal function of the roll stabilizer 1 Reference is made to the cited prior art.

Das Stabilisatorteil 3 weist einen Querabschnitt 4 auf, welcher in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet ist. An den Querabschnitt 4 schließt ein Längsabschnitt 5 an, welcher in Form eines Anschlusselementes 6 endet. An das Anschlusselement 6 ist eine nicht dargestellte Koppelstange des Fahrwerks angeschlossen. Bei dem Stabilisatorteil 3 handelt es sich um ein einstückiges Metallteil.The stabilizer part 3 has a transverse section 4 on, which is aligned in the vehicle transverse direction. At the cross section 4 closes a longitudinal section 5 on, which in the form of a connection element 6 ends. To the connection element 6 An unillustrated coupling rod of the chassis is connected. In the stabilizer part 3 it is a one-piece metal part.

Bei der Herstellung des Stabilisatorteils 3 wird von einem Halbzeug 7 ausgegangen, welches in 2 skizziert ist. Das Halbzeug 7 liegt im Ausführungsbeispiel in Form eines Vollprofils mit kreisrundem Querschnitt vor. Alternativ könnte es sich bei dem Halbzeug 7 auch um ein Rohr handeln. In jedem Fall ist das Halbzeug 7, nachdem das Profil abgelängt wurde, in die Form des Stabilisatorteils 3 zu bringen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach 1 könnte das Stabilisatorteil 3 auch mehrteilig aufgebaut sein, wobei zusätzlich zum Halbzeug 7 weitere mechanisch belastbare, jedoch nicht notwendigerweise federnde Teile zur Herstellung des Stabilisatorteils 3 verwendet werden.In the preparation of the stabilizer part 3 is made of a semi-finished product 7 gone out, which in 2 outlined. The semi-finished product 7 is in the embodiment in the form of a solid profile with a circular cross section. Alternatively, it could be in the semifinished product 7 also act around a pipe. In any case, this is the semi-finished product 7 After the profile has been cut to length, in the shape of the stabilizer part 3 bring to. Deviating from the embodiment according to 1 could be the stabilizer part 3 also be constructed in several parts, in addition to semi-finished 7 other mechanically resilient, but not necessarily resilient parts for the preparation of the stabilizer part 3 be used.

Das Halbzeug 7, aus welchem zumindest die federnde Komponente des Stabilisatorteils 3 gefertigt wird, enthält in 2 symbolisiert dargestellte nichtmetallische Einschlüsse 8. Die nichtmetallischen Einschlüsse 8 entstehen beispielsweise während des Schmelzprozesses oder in der Weiterverarbeitung. In jedem Fall handelt es sich bei den Einschlüssen 8 um anorganische nichtmetallische Einschlüsse.The semi-finished product 7 , from which at least the resilient component of the stabilizer part 3 is manufactured in contains 2 symbolizes represented non-metallic inclusions 8th , The non-metallic inclusions 8th arise, for example, during the melting process or in further processing. In any case, the inclusions are 8th inorganic non-metallic inclusions.

Die nichtmetallischen Einschlüsse 8 haben wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Halbzeugs 7 und damit auch des späteren Stabilisatorteils 3 und werden in einem der Form des Halbzeugs 7 vorausgehenden Prozess, welcher in 3 veranschaulicht ist, drastisch, nämlich um 70 bis 90 %, reduziert.The non-metallic inclusions 8th have a significant influence on the quality of the semi-finished product 7 and thus also the later stabilizer part 3 and become in one of the form of the semi-finished product 7 preliminary process, which in 3 is drastically reduced by 70 to 90%.

Beim Prozess nach 3 wird im Schritt S1 von der Bereitstellung einer Schmelze ausgegangen, welche in signifikantem Umfang nichtmetallische Einschlüsse 8 enthält. Im Schritt S2 wird diese Schmelze einer Filtration durch einen keramischen Filter unterzogen, welcher beispielsweise eine in der DE 10 2011 109 682 A1 oder in der DE 10 2011 109 681 A1 offenbarte Beschaffenheit aufweist. Optional wird nach diesem Filtrationsvorgang im Verfahrensschritt S3 die Schmelze auf verbleibende nichtmetallische Einschlüsse 8 hin untersucht. Ist die Konzentration der nichtmetallischen Einschlüsse 8 noch zu hoch, so wird der Schritt S2 wiederholt. Andernfalls wird das Verfahren mit dem Schritt S4 abgeschlossen. Die Weiterverarbeitung der Schmelze zum Halbzeug 7 erfolgt mit an sich bekannten Verfahrensschritten. Dies gilt für die Formgebung des Halbzeugs 7 ebenso wie für Schritte der Wärmebehandlung, mit welchen die federnden Eigenschaften des Stabilisatorteils 3 erzielt werden. At the process after 3 is in the step S1 from the provision of a melt, which to a significant extent non-metallic inclusions 8th contains. In step S2, this melt is subjected to filtration through a ceramic filter, which, for example, one in the DE 10 2011 109 682 A1 or in the DE 10 2011 109 681 A1 has revealed property. Optionally, after this filtration process in method step S3, the melt is processed for remaining non-metallic inclusions 8th examined. Is the concentration of non-metallic inclusions 8th still too high, the step S2 is repeated. Otherwise, the process goes to the step S4 completed. The further processing of the melt to the semi-finished product 7 takes place with known method steps. This applies to the shaping of the semifinished product 7 as well as for steps of heat treatment, with which the resilient properties of the stabilizer part 3 be achieved.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wankstabilisatorroll stabilizer
22
Aktoractuator
33
Stabilisatorteil, TorsionsstabfederStabilizer part, torsion bar spring
44
Querabschnittcross section
55
Längsabschnittlongitudinal section
66
Anschlusselementconnecting element
77
Halbzeug, MetallprofilSemi-finished product, metal profile
88th
nichtmetallischer Einschluss non-metallic inclusion
S1 ... S4S1 ... S4
Verfahrensschrittesteps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer Torsionsstabfeder (3) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden Merkmalen: - Eine Metallschmelze wird bereitgestellt, - die Metallschmelze wird mittels eines keramischen Filters filtriert, - aus der filtrierten Metallschmelze wird ein Metallprofil (7) gefertigt, welches zu einer Torsionsstabfeder (3) weiterverarbeitet wird.Method for producing a torsion bar spring (3) for a chassis of a motor vehicle, having the following features: A molten metal is provided the molten metal is filtered by means of a ceramic filter, - From the filtered molten metal, a metal profile (7) is made, which is further processed to a torsion bar spring (3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filtrierung der Metallschmelze ein kohlenstoffhaltiger und/oder kohlenstoffgebundener Filter mit einer feuerfesten Oxidkörnung verwendet wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a carbonaceous and / or carbon-bonded filter with a refractory oxide grain is used for filtering the molten metal. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filtrierung der Metallschmelze ein Aluminiumoxid enthaltender Filter verwendet wird.Method according to Claim 2 , characterized in that an alumina-containing filter is used for filtering the molten metal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filtrierung der Metallschmelze ein Filter mit einer aktiven Oberflächenbeschichtung verwendet wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that a filter with an active surface coating is used for filtering the molten metal. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter mit einer Karbide, Boride, Nitride oder Chloride enthaltenden Oberflächenbeschichtung verwendet wird.Method according to Claim 4 , characterized in that a filter is used with a surface coating comprising carbides, borides, nitrides or chlorides. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil (7) in Form eines Hohlprofils hergestellt wird.Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the metal profile (7) is produced in the form of a hollow profile. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil (7) in Form eines Vollprofils hergestellt wird.Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the metal profile (7) is produced in the form of a solid profile. Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, welcher mindestens eine durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellte Torsionsstabfeder (3) aufweist.Stabilizer for a chassis of a motor vehicle, which at least one by the method according to Claim 1 having produced torsion bar spring (3). Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als passiver Stabilisator ausgebildet ist.Stabilizer after Claim 8 , characterized in that it is designed as a passive stabilizer. Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als aktiver, einen Aktor (2) umfassender Wankstabilisator (1) ausgebildet ist.Stabilizer after Claim 8 , characterized in that this is designed as an active, an actuator (2) comprehensive roll stabilizer (1).
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