Stanzung von Federungswellen: Herstellungs- und Leitfaden

Zusammenfassung

Stanzgepresste Achsschenkel beschreibt den Automobilfertigungsprozess, bei dem Pressen mit hoher Tonnage Stahlbleche zu strukturellen Fahrwerksteilen formen. Im Gegensatz zu Rohr- oder hydrogeformten Alternativen verwenden gestanzte Untergestelle typischerweise ein „Muschel“-Design – zwei gestanzte Hälften, die miteinander verschweißt sind – um Kosteneffizienz mit ausreichender Steifigkeit für Serienfahrzeuge zu kombinieren.

Dieses Verfahren ermöglicht es OEMs, hochfeste, niedriglegierte Stähle (HSLA) einzusetzen, um das Gewicht zu reduzieren, während gleichzeitig die für moderne Fahrwerkgeometrien erforderliche Crash-Sicherheit und Verwindungssteifigkeit erhalten bleibt. Für Ingenieure und Einkaufsprofis ist das Verständnis der Kompromisse zwischen Stanztechnik, Hydroforming und Aluminiumstrangpressprofilen entscheidend, um die Fahrdynamik und Produktionskosten optimal zu gestalten.

Die Technik hinter gestanzten Unterrahmen

Die Herstellung gestanzter Unterrahmen ist ein Meisterstück präziser Metallumformung, das Werkstoffkunde mit hochkapazitiver industrieller Fertigung verbindet. Der Prozess beginnt mit Stahlcoils, die in Großpressen – oft mit einer Presskraft zwischen 600 und 3.000 Tonnen – eingelegt werden, die mit progressiven oder Transferwerkzeugen ausgestattet sind. Diese Werkzeuge schneiden, biegen und formen das Metall in aufeinanderfolgenden Stationen, um komplexe Geometrien zu erzielen, die mit einfachen Rohren nicht realisierbar wären.

In modernen Automobilanwendungen hat der Wechsel von Baustahl zu Hochfester niedriglegierter (HSLA) und Hochfeste Mehrphasenstähle (AHSS) hat die Gestaltung gestanzter Bauteile revolutioniert. Durch den Einsatz von Materialien mit höherer Zugfestigkeit (häufig über 590 MPa) können Hersteller dünneres Blech verwenden, um das Gewicht zu reduzieren, ohne die strukturelle Integrität des Unterrahmens zu beeinträchtigen. Diese „Leichtbau“-Strategie ist entscheidend, um Kraftstoffeffizienzstandards zu erfüllen und das zusätzliche Gewicht von EV-Batteriepacks auszugleichen.

Das Stanzen von AHSS birgt jedoch Herausforderungen wie das „Springback“ – die Neigung des Metalls, nach dem Umformen in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Um dies zu vermindern, setzen Hersteller wie F&P America auf fortschrittliche Simulationssoftware und spezialisierte Matrizenbeschichtungen, um die Maßhaltigkeit sicherzustellen. Zudem muss der Stanzprozess anschließende Montageschritte berücksichtigen; die gestanzten Hälften werden typischerweise mittels robotergestütztem MIG- oder Punktschweißen zu einer starren Kastenstruktur verbunden und anschließend zur Korrosionsbeständigkeit e-coat beschichtet.

Für Unternehmen, die diese Komplexitäten meistern möchten – von der ersten Prototyperstellung bis zur Serienproduktion – bieten Partner wie Shaoyi Metal Technology entscheidende Fachkompetenz. Ihre Fähigkeiten im Bereich IATF-16949-zertifiziertes Präzisionsstanzung (bis zu 600 Tonnen) schließen die Lücke zwischen der Niedrigvolumen-Validierung und der Hochvolumen-Lieferung für Komponenten wie Querlenker und Subframes. Sie können ihre technischen Spezifikationen unter Shaoyi Metal Technology überprüfen, um zu sehen, wie diese mit den globalen OEM-Standards übereinstimmen.

Gestanzt vs. Hydrogeformt vs. Rohrkonstruktion: Ein technischer Vergleich

Die Wahl der richtigen Querträger-Konstruktion beeinflusst alles von der Fahrzeugführung bis zu den Herstellungskosten. Während das Stanzpressverfahren bei der Massenproduktion führend ist, bieten Hydroforming und die Rohrkonstruktion spezifische Vorteile für Leistungsanwendungen.

Gestanzte Unterrahmen dominieren den OEM-Markt, da sie bei hohen Stückzahlen den niedrigsten Stückpreis bieten. Die Fähigkeit, komplexe Haltepunkte und Aussparungen direkt in die Hülle einzuprägen, reduziert den Bedarf an externen Halterungen. Allerdings führt die Abhängigkeit von langen Schweißnähten zu potenziellen Ermüdungsstellen und wärmebeeinflussten Zonen, die sorgfältig verwaltet werden müssen.

Hydrogeformte Unterrahmen , wie sie von Detroit Speed entwickelt wurden, nutzen Fluid-Druck, um Stahlrohre ohne die Hitze des Schweißens zu formen. Dies führt zu einer nahtlosen Schiene mit überlegener Maßgenauigkeit und strukturellen Effizienz. Interessanterweise verwenden selbst hochwertige hydrogeformte Baugruppen häufig gestanzte Querverbinder , um die Schienen miteinander zu verbinden, wodurch eine Hybridkonstruktion entsteht, die das Beste aus beiden Welten kombiniert – nahtlose Festigkeit für die Schienen und gestanzte Steifigkeit für die Verbindungselemente.

Materialinnovation: Stahl vs. Aluminium

Der Kampf um die Vorherrschaft bei der Fahrwerkskonstruktion dreht sich nicht mehr nur um Geometrie, sondern auch um Metallurgie. Während gestanzter Stahl weiterhin Standard ist, drängt Aluminium immer stärker in den Subrahmenmarkt, insbesondere bei Premium- und Elektrofahrzeugen. Laut dem Aluminum Extruders Council , kann der Ersatz eines aus gestanztem Stahl gefertigten Subrahmens durch eine Aluminium-Strangpresskonstruktion eine Gewichtsreduktion von bis zu 35 % bewirken.

Aluminium bietet Vorteile, die über das geringere Gewicht hinausgehen. Es bildet eine natürliche Oxidschicht, die korrosionsbeständig ist, während gestanzter Stahl aggressive Zink-Nickel-Beschichtungen oder E-Coat benötigt, um harten Streusalzen standzuhalten. Außerdem können Werkzeuge für Aluminium-Strangpressprofile erheblich kostengünstiger sein – manchmal bis zu 1.000 % weniger – als die massiven Werkzeuge, die für das Stahlstanzverfahren erforderlich sind. Dies macht Aluminium besonders attraktiv für Modelle mit geringeren Stückzahlen oder Modellpflegen in der Produktmitte, bei denen die Kapitalinvestition begrenzt ist.

Doch Stahl wehrt sich mit Kosteneffizienz und besseren Platzverhältnissen. Fortschrittliche Stanzschmierstoffe, wie von IRMCO , ermöglichen die Umformung von ultrahochfesten Stählen, deren Gewicht-für-Festigkeit-Verhältnis dem von Aluminium nahekommt, bei einem Bruchteil der Rohstoffkosten. Darüber hinaus entstehen hybride Konstruktionen, bei denen gestanzte Stahlgehäuse mit gegossenen Aluminium-Ecken verbunden werden, um die Materialeigenschaften gezielt entlang bestimmter Lastpfade zu optimieren.

Anwendungen und Leistungseinfluss

Die Wirkung eines Hilfsrahmens geht weit über die Motorhalterung hinaus; er ist eine wesentliche Bestimmungsgröße für NVH (Geräusch, Vibration und Härte) und die Geometrie der Aufhängung. Gestanzte Hilfsrahmen eignen sich besonders gut zur Beherrschung von NVH, da ihre hohlen, kastenförmigen Strukturen so abgestimmt werden können, dass sie bestimmte Frequenzen dämpfen und dadurch verhindern, dass Fahrgeräusche in den Innenraum gelangen.

Bei Leistungsanwendungen ist Steifigkeit von größter Bedeutung. Ein verformender Unterfahrrahmen ermöglicht es den Aufhängungspunkten, sich unter Last zu verschieben, was ein unvorhersehbares Fahrverhalten verursacht. Aus diesem Grund werden im Aftermarket häufig serienmäßige gestanzte Bauteile durch verstärkte Rohr- oder hydrogeformte Versionen ersetzt. Für 99 % der Straßenfahrzeuge bietet jedoch ein gut konstruierter gestanzter oder hybrider Unterfahrrahmen die optimale Balance aus Crash-Energieabsorption (Knautschzonen) und Fahrzeugkomfort. Europäische Aluminium industriedaten deuten darauf hin, dass ein gut entwickelter gestanzter oder hybrider Unterfahrrahmen die optimale Balance zwischen Crash-Energieverwaltung (Knautschzonen) und Komfort im Fahrgastraum bietet.

Haltbarkeit ist ebenfalls ein entscheidender Unterschiedsfaktor. Gestanzte Unterfahrrahmen können anfällig für innere Korrosion sein, wenn die Entwässerung schlecht ist, da sich Wasser innerhalb der „Clamshell“ sammelt. Eine regelmäßige Überprüfung der Schweißnähte und der Integrität der E-Coat-Beschichtung ist besonders in Regionen mit Streusalzeinsatz lebenswichtig. Im Gegensatz dazu weisen nahtlose hydrogeformte oder stranggepresste Konstruktionen weniger Ritzen auf, in denen Korrosion entstehen kann, und bieten so möglicherweise eine längere Lebensdauer in korrosiven Umgebungen.

Chassis-Strategie optimieren

Die Wahl zwischen Stanztechnik, Hydroforming und Strangpressen ist selten eine binäre Entscheidung; es handelt sich um eine strategische Abwägung, bei der Stückzahl, Budget und Leistungsziele berücksichtigt werden. Für Fahrzeuge im Massenmarkt bleibt stanzgepresste Achsschenkel der unangefochtene Spitzenreiter hinsichtlich Kosteneffizienz und struktureller Integration. Da sich die Stahltechnologie weiterentwickelt, können wir erwarten, dass stanzgepresste Bauteile dünner, fester und komplexer werden und so ihre Vorherrschaft in der Automobil-Chassis-Hierarchie behalten.

Häufig gestellte Fragen

1. Zählt ein Achsschenkel zur Aufhängung?

Ja, der Achsschenkel ist eine entscheidende Schnittstelle im Aufhängungssystem. Er fungiert als tragende Basis, die die Querlenker, die Lenkung und den Motor mit dem Haupt-Fahrzeugunibody verbindet. Indem Hersteller diese Komponenten auf einem Achsschenkel (häufig mit Gummilagern) isolieren, können sie Vibrationen deutlich reduzieren und die Fahrkomfortqualität verbessern.

2. Kann ein rostiger, stanzgepresster Achsschenkel repariert werden?

Im Allgemeinen kann Oberflächenrost behandelt werden, aber Strukturrott auf einem gestempelten Unterrahmen ist oft terminal. Da diese Unterrahmen aus dünnen, zusammen geschweißten, hochfesten Stahlplatten bestehen, beeinträchtigt eine starke Korrosion ihre Fähigkeit, mit Aufhängungsauflagen und Aufprallkräften umzugehen. Der Ersatz ist in der Regel die sichere und kostengünstigere Option als die Versuche, auf ermüdetem Metall komplexe Schweißreparaturen durchzuführen.

3. Die Warum bevorzugen OEMs Stempel statt Rohrfertigung?

OEMs legen Wert auf Zykluszeit und Konsistenz. Eine Stanzpresse kann alle paar Sekunden ein Teil des Unterrahmens mit perfekter Wiederholbarkeit herstellen, während die Rohrfertigung das Schneiden, Biegen und Abklingen von Rohren und anschließend das zeitaufwändige Schweißen umfasst. Während Rohrrahmen für leistungsstarke Fahrzeuge mit geringer Volumenstärke hervorragend geeignet sind, können sie nicht mit der Produktionsgeschwindigkeit oder der Leistungsfähigkeit der Stempelung für Millionen von Fahrzeugen auf einer Einheit messen.