Gestanzte Fahrwerkskomponenten: Fertigungstechnologie und Vorteile

Zusammenfassung

Gestanzte Aufhängungskomponenten sind kritische strukturelle Bauteile – wie Querlenker, Teilrahmen und Dreieckslenker –, die durch Umformen von hochfestem Blech unter Hochtonnenpressen hergestellt werden. Dieser Prozess bietet im Vergleich zum Gießen oder Schmieden eine überlegene Festigkeits-zu-Gewichts-Relation und Kosteneffizienz für die Serienproduktion im Automobilbereich. Zu den wesentlichen Vorteilen zählen präzise Wiederholbarkeit, die Nutzung fortschrittlicher hochfester Stähle (AHSS) zur Leichtbauweise sowie Skalierbarkeit für Tier-1-Lieferketten.

Für Einkaufsleiter und Ingenieure hängt die Auswahl eines Stanzpartners von dessen Kompetenzen in der progressiven Stanztechnik, der Einhaltung der IATF-16949-Standards sowie der Erfahrung im Umgang mit modernen Materialien wie SPFH590 ab, um strenge Ziele für die Reichweite von Elektrofahrzeugen (EV) und Emissionsvorgaben zu erfüllen.

Was sind gestanzte Aufhängungskomponenten?

Gestanzte Fahrwerkbauteile bilden das Rückgrat moderner Automobilfahrgestellkonzepte und verbinden die statische strukturelle Integrität mit dynamischem Fahrverhalten. Im Gegensatz zum Gießen, bei dem geschmolzenes Metall in eine Form gegossen wird, erfolgt das Stanzen durch Kaltumformung von flachem Blech – typischerweise hochfester Stahl oder Aluminium – in komplexe Geometrien mithilfe präziser Werkzeugformen und mechanischer Pressen.

Die Hauptkomponenten, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, umfassen:

• Querlenker (A-Lenker): Die entscheidenden Verbindungen zwischen Radnabe und Fahrzeugrahmen, die die Radbewegung steuern. Gestanzte Querlenker zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, hohe Haltbarkeit mit geringem Gewicht zu kombinieren.
• Teilrahmen und Querverstrebungen: Große strukturelle Grundlagen, die Motor und Fahrwerkgeometrie tragen. Durch das Stanzen können diese Bauteile als zwei Hälften (Schalen) gefertigt und anschließend verschweißt werden, wodurch steife Kastenprofile entstehen.
• Fahrwerkshebel und Dreieckslenker: Verbindungen, die die Radausrichtung während der Fahrt aufrechterhalten und oft komplexes Biegen erfordern, um andere Fahrwerkteile zu umgehen.
• Federlager und -halterungen: Hochvolumige Montagepunkte, die eine extreme Konsistenz für eine sichere Montage erfordern.

Die Umstellung auf gestanzte Fahrwerksteile wird vor allem durch das dringende Erfordernis der Automobilindustrie nach leichtbau . Während die Hersteller darum kämpfen, die Reichweite von Elektrofahrzeugen (EV) zu verlängern und strengere Emissionsstandards für Verbrennungsmotoren einzuhalten, reduziert der Ersatz schwerer Gusseisenteile durch gestanzten hochfesten Stahl die ungefederte Masse erheblich. Diese Reduktion verbessert nicht nur die Kraftstoffeffizienz, sondern auch die Lenkpräzision und den Fahrkomfort.

Der Herstellungsprozess: Vom Coil zum Bauteil

Die Herstellung gestanzter Fahrwerksteile ist ein anspruchsvolles Verfahren, das eine strenge Prozesskontrolle erfordert, um sicherzustellen, dass jede Mikrometer der endgültigen Geometrie den Spezifikationen des OEM entspricht. Der Prozess folgt typischerweise einem linearen Weg vom Rohmaterial bis zur fertigen Baugruppe.

1. Konstruktion und Werkzeugherstellung

Die Produktion beginnt in der Konstruktionsabteilung, wo CAD/CAM-Software den Metallfluss simuliert, um mögliche Schwachstellen wie Dünnerwerden oder Rückfederung vorherzusagen. Formenbauer fertigen anschließend die Negativ- und Positivformen (Werkzeuge) aus gehärtetem Werkzeugstahl. Für komplexe Fahrwerkteile progressive Stempel kommen häufig mehrstationige Folgeverbundwerkzeuge zum Einsatz, bei denen ein Metallband nacheinander durch mehrere Stationen in einer einzigen Presse bewegt wird, um Schneid-, Biege- und Umformvorgänge sequenziell durchzuführen.

2. Schneiden und Stanzen

Die rohe Coil wird in die Presse eingeführt. Der erste physikalische Schritt ist das ausschneiden und Stanzen ausschneiden (Blanken), bei dem die ungefähre Kontur des Teils aus dem Band geschnitten wird, und das Durchlöchern (Punzieren), bei dem notwendige Löcher für Buchsen oder Befestigungsschrauben erzeugt werden. Die Präzision ist hier entscheidend; bereits eine Fehlausrichtung von einem Millimeter kann später zu Montageproblemen führen.

3. Umformen und Biegen

Dies ist die zentrale Umformung. Das Ausgangsteil wird in den Formhohlraum gepresst, um seine dreidimensionale Form anzunehmen. Bei tiefen Bauteilen wie Subrahmenschalen kann dies mehrere tief zu ziehen , an denen das Metall gedehnt wird. Bei Querlenkern umfasst der Prozess typischerweise das Biegen von Flanschen, um strukturelle Steifigkeit zu erzeugen. Fortschrittliche transferwerkzeug systeme können für größere Teile eingesetzt werden, bei denen das Bauteil mechanisch zwischen separaten Pressen für verschiedene Umformoperationen bewegt wird.

4. Prägen und Kalibrieren

Um die strukturelle Steifigkeit weiter zu erhöhen, ohne Gewicht hinzuzufügen, setzen Hersteller Prägungen (Erhebung eines Metallabschnitts) und Kalibrieren (Zusammenpressen des Metalls, um Kanten zu verfeinern oder präzise Befestigungsflächen zu schaffen) ein. Diese Merkmale wirken wie Rippen und verhindern, dass das Bauteil unter starken Belastungen der Aufhängung knickt.

5. Montage und Endbearbeitung

Gestanzte Aufhängungsteile verlassen selten die Fabrik als einzelne Bleche. Sie werden oft verschweißt (z. B. zwei gestanzte Hälften zu einem hohlen Querlenker), mit Lagern und Kugelgelenken montiert und abschließend behandelt. Oberflächenbearbeitung e-Coating (Elektrobeschichtung) ist Standard, um die erforderliche hohe Korrosionsbeständigkeit für den Einsatz im Fahrzeugunterboden zu gewährleisten.

Materialien & Technologie: Der Wechsel zu hochfesten Stählen

Die Materiallandschaft für die Stanzung von Fahrwerkskomponenten hat sich dramatisch verändert. Während einst unlegierter Baustahl der Standard war, haben moderne Anforderungen die Industrie in Richtung Hochfeste Mehrphasenstähle (AHSS) .

Sorten wie SPFH590 und anderen hochfesten Stählen (mit einer Zugfestigkeit, die oft 590 MPa übersteigt), getrieben. Diese ermöglichen es Ingenieuren, dünnere Metallstärken zu verwenden, ohne die strukturelle Sicherheit zu beeinträchtigen. Der Ansatz „dünnwandig, hochfest“ ist heute der Goldstandard für die herstellung von Automobilfahrwerk-Komponenten im Zeitalter des Elektroantriebs.

Das Stanzen von AHSS bringt jedoch besondere Herausforderungen mit sich. Die hohe Festigkeit des Materials führt zu erheblichem „Springback“ – der Tendenz des Metalls, nach dem Umformen in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Hersteller müssen fortschrittliche Simulationssoftware einsetzen, um Teile gezielt überzubiegen, sodass sie genau in die gewünschte Toleranz zurückspringen. Zudem beschleunigt sich der Werkzeugverschleiß, was häufige Wartung und den Einsatz von Hartmetall-beschichteten Werkzeugen erforderlich macht.

Aluminium wird aufgrund der hervorragenden Gewichtseinsparungen ebenfalls häufig bei Premium- und Leistungsfahrzeugen eingesetzt, erfordert jedoch eine spezielle Handhabung, um Risse während des Umformprozesses zu vermeiden, und verursacht in der Regel höhere Materialkosten als Stahl.

Stanzen vs. Schmieden und Gießen: Eine vergleichende Analyse

Die Auswahl des richtigen Fertigungsverfahrens ist ein Kompromiss zwischen Stückzahl, Kosten und Leistung. Während Schmieden eine außergewöhnliche Festigkeit bietet und Gießen geometrische Freiheit ermöglicht, ist das Stanzverfahren bei hohen Stückzahlen am effizientesten.

Das Stanzpressen ist klar überlegen bei Bauteilen, die eine schalenartige Struktur erfordern, um das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht zu maximieren. Ein gestanzter Querlenker, aus zwei verschweißten Blechen gefertigt, bietet die erforderliche Torsionssteifigkeit für Kurvenfahrten und bleibt dabei deutlich leichter als ein vergleichbares massives Gussteil.

Qualitätsstandards und Lieferantenauswahl

In der automobilen Zulieferkette der ersten Ebene (Tier 1) ist Qualität keine Option. Fahrwerkskomponenten sind sicherheitskritisch; ein Versagen bei Autobahngeschwindigkeit kann katastrophale Folgen haben. Deshalb müssen Einkäufer strenge Auswahlkriterien durchsetzen.

IATF-16949-Zertifizierung ist die Basisanforderung. Im Gegensatz zu allgemeinen ISO-9001-Standards konzentriert sich IATF 16949 speziell auf die Vermeidung von Fehlern, die Reduzierung von Variationen und die Minimierung von Abfall in der Automobilzulieferkette. Ein leistungsfähiger Hersteller muss nachweisen können:

• Rückverfolgbarkeit: Die Fähigkeit, eine bestimmte Charge von Stahlband einer fertigen Losnummer zuzuordnen.
• Ermüdungsprüfung: Eigene Kapazitäten zum Zyklen-Testen von Komponenten bis zum Ausfall, um sicherzustellen, dass sie den Millionen von Lastwechseln standhalten, denen ein Fahrzeug ausgesetzt ist.
• Prozesswiederholbarkeit: Der Einsatz automatisierter Inspektionssysteme, um sicherzustellen, dass das millionste Teil identisch mit dem ersten ist.

Die Suche nach einem Partner, der den gesamten Lebenszyklus – von der ingenieurtechnischen Validierung bis zur Serienproduktion – abdecken kann, ist oft die größte Herausforderung. Einige spezialisierte Hersteller schließen diese Lücke effektiv. Zum Beispiel Shaoyi Metal Technology umfassende Stanzlösungen die von der schnellen Prototypenerstellung bis zur Fertigung im hohen Volumen reichen und IATF-16949-Präzision für kritische Komponenten wie Querlenker und Rahmenteile nutzen. Die Zusammenarbeit mit einem Lieferanten, der diese Kontinuität bietet, verringert das Risiko von Fehlern beim Hochskalieren von einem Prototypen-Design zur serienreifen Werkzeugform.

Fazit

Gestanzte Fahrwerkskomponenten bleiben eine tragende Säule der Automobiltechnik und bieten eine unübertroffene Balance aus Kosten, Gewicht und Leistung. Während sich die Branche auf die Elektromobilität ausrichtet, wird die Nachfrage nach hochfesten, leichten gestanzten Teilen weiter steigen. Für Einkäufer und Ingenieure liegt der Schlüssel zum Erfolg darin, Fertigungspartner auszuwählen, die nicht nur über die erforderliche Pressentonnage verfügen, sondern auch über metallurgisches Know-how und Qualitätsysteme verfügen, um fehlerfreie Komponenten im globalen Maßstab bereitzustellen.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist der Unterschied zwischen Stufenfolge- und Transferstanzen?

Beim Stanzfortschritt wird ein einziger, kontinuierlicher Metallstreifen durch mehrere Stationen innerhalb einer Presse bewegt, was ihn ideal für kleinere, schneller herzustellende Teile wie Halterungen macht. Beim Transferstanzprozess werden einzelne Teile zwischen separaten Stanzstationen (oder Pressen) bewegt, wodurch größere und komplexere Komponenten wie Subrahmen möglich sind, die mehr Bewegungsfreiheit während der Umformung benötigen.

2. Warum wird hochfestes Stahl für Fahrwerkskomponenten bevorzugt?

Hochfester Stahl ermöglicht es Herstellern, dünnere Metallbleche zu verwenden, um die gleiche oder bessere Festigkeit im Vergleich zu dickerem Baustahl zu erreichen. Dadurch wird das Gesamtgewicht des Fahrzeugs (ungefederte Masse) reduziert, was die Kraftstoffeffizienz, die Reichweite von Elektrofahrzeugen (EV) und die Reaktionsgeschwindigkeit der Federung verbessert.

3. Kann Aluminium für Aufhängungskomponenten gestanzt werden?

Ja, Aluminium wird häufig für Aufhängungsteile gestanzt, um ein maximales Gewichtsreduzierung zu erzielen. Es erfordert jedoch andere Werkzeugüberlegungen als Stahl aufgrund seiner geringeren Umformbarkeit und höheren Neigung zum Reißen. Es kommt typischerweise in Premium- oder Leistungsfahrzeugen zum Einsatz, bei denen die höheren Materialkosten gerechtfertigt sind.