DE102010038260A1

DE102010038260A1 - Verfahren zum Herstellen einer Verbundlenkerachse in Mischbauweise

Info

Publication number: DE102010038260A1
Application number: DE102010038260A
Authority: DE
Inventors: Marc Simon
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-04-19
Also published as: RU2011142226A; CN102451902B; US20120090802A1; US8474511B2; CN102451902A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundlenkerachse, welche jeweils einen Leichtmetalllängslenker und eine Eisenmetallquerstrebe aufweist. Vorgeschlagen wird ein Verfahren mit zumindest den folgenden Schritten: Herstellen einer Gußform für den jeweiligen Längslenker, Einlegen eines entsprechenden Endes der Querstrebe in eine korrespondierende Ausnehmungen der Gußform, Erst dann Eingießen flüssigen Leichtmetalls in die Gußform des Längslenkers, Abkühlen lassen der in die Gußform eingefüllten Leichtmetallschmelze, Entnahme des mit dem Ende der Querstrebe verbundenen, abgekühlten Leichtmetalls aus der Gußform.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundlenkerachse, welche jeweils einen Leichtmetallängslenker und eine Eisenmetallquerstrebe aufweist.
Die EP 0 774 369 B1 offenbart eine Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge mit zwei radtragenden Längslenkern und einer zwischen diesen angeordneten Querstrebe. Die Längslenker sind in einem Thixoformingverfahren, also in einem (Aluminium) Druckgußverfahren mit nachfolgender Wärmebehandlung hergestellt. Ein Einlegeteil aus einem zum Material der Querstrebe artgleichen, also schweißbaren Werkstoff ist in den Längslenker eingelegt, und mit dem Längslenker mittels des Thixoformingverfahrens formschlüssig verbunden, so dass eine Schweißverbindung des Einlegeteils, also quasi des Längslenkers zur Quertrebe herstellbar ist. So kann eine Verbundlenkerachse in Mischbauweise hergestellt werden, bei welcher die Längslenker aus einem Aluminium und die Querstrebe aus einem festen Stahlwerkstoff gebildet ist. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die einander korrespondierenden Bauteile, also das Einlegeteil und die Querstrebe zur Herstellung der Schweißverbindung genauestens aufeinander ausgerichtet sein müssen. Ein solches Ausrichten der einander korrespondierenden Bauteile ist sehr zeitintensiv und aufwendig. Dies auch deshalb, weil insbesondere das Einlegeteil doch erheblichen Temperatureinflüssen bzw. -änderungen ausgesetzt ist, so dass dieses aus seiner ursprünglichen Lage, wenn auch minimal, verlagert wird. Zudem müssen die Wandstärken beider Bauteile aufeinander abgestimmt sein. Auch der nach dem Herstellen der Schweißverbindung entstehende Arbeitsaufwand ist erheblich, denn die Schweißnaht bzw. deren Decklage selbst sollte zur Vermeidung von Kerbbelastungen oberflächenglatt bearbeitet werden. Auch die Qualität der Schweißnahtwurzel ist noch zu überprüfen. Zudem muß die Schweißnaht nachfolgend einer Qualitätssicherung unterzogen werden, um feststellen zu können, ob diese Lebensdauer mindernde Fehler aufweist, was auch mit so genannten zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen wie Oberflächenrißprüfungen, Röntgenaufnahmen und/oder Ultraschalluntersuchungen durchgeführt werden muß. Zudem ist die Schweißnaht in einem Übergangsbereich zwischen Querstrebe und Längelenker angeordnet, welcher Übergangsbereich prinzipbedingt besonders hoch auf Torsion und Biegung belastet ist.
Die EP 0 788 903 B1 beschäftigt sich ebenfalls mit einer Verbundlenker-Hinterachse in Mischbauweise. Auch bei der EP 0 788 903 B1 wird die Querstrebe während des Druckgußverfahrens des Längslenkers mit diesem verbunden, indem das Aluminium bei dem Abkühlen schrumpft. Dabei hat die EP 0 788 903 B1 erkannt, dass im Verbindungsbereich des Längslenkers zur Querstrebe Korrosionsgefahr besteht, weswegen gesonderte Maßnahmen zur Oberflächenbehandlung vorgesehen sind.
Grundsätzlich ist es also bekannt, Verbundlenkerachsen, insbesondere Verbundlenker-Hinterachsen in einer Mischbauweise herzustellen, bei welchem die Längslenker aus einem Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium, und die, die beiden Längslenker verbindende Querstrebe aus einem Eisenmetall, wie zum Beispiel aus einem hochfesten Stahl herzustellen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Fahrzeuge mit möglichst geringem Kraftstoffverbrauch entwickelt werden sollen, wobei das Gewicht einen erheblichen Einfluß auf den Kraftstoffverbrauch hat. Insofern ist es günstig, Leichtmetalle wie z. B. Aluminium einzusetzen, bzw. Stahlbauteile durch Aluminiumbauteile zu ersetzen, was erkennbar zur Gewichtsreduzierung und somit zu Kraftstoffeinsparungen führt. Allerdings stellt sich dabei das Problem, dass Leichtmetalle, wie z. B.: Aluminium nicht unbedingt in hoch beanspruchten und sich z. B. elastisch stark verformenden Bereichen, welche z. B. bei der die beiden Längslenker verbindenden Querstrebe, welche auch als Torsionsprofil bezeichnet werden kann, einsetzbar ist. Aus Festigkeits- und Steifigkeitsgründen wird daher in diesen Bereichen hochfester Stahl vorgesehen. Dabei stellt sich das Problem einer sicheren Verbindung der beiden artfremden Werkstoffe. Eine direkte Schweißverbindung ist dabei nicht möglich, weswegen die EP 0 774 369 B1 vorschlägt Stahleinsätze bei dem Thixoformingprozeß einzubinden, was aber zu den bereits genannten Nachteilen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundlenkerachse, insbesondere einer Verbundlenker-Hintersachse anzugeben, welches eine Verbundlenkerachse unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit bei Einhalten der erforderlichen Qualitätskriterien der Kraftfahrzeugindustrie unter Verzicht auf aufwendige Ausrichtarbeiten bzw. Nachbearbeitungen bereitstellt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Erfindungsgemäß umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse, insbesondere eine Verbundlenker-Hinterachse eines frontgetriebenen Kraftfahrzeugs zumindest folgende Schritte:
Herstellen einer Gußform für den jeweiligen Längslenker,
Einlegen eines entsprechenden Endes der Querstrebe in eine korrespondierende Ausnehmungen der Gußform,
Erst dann Eingießen flüssigen Leichtmetalls in die Gußform des Längslenkers, so dass während des Eingießens flüssiges Leichtmetall um die in die Ausnehmungen der Gußform eingelegten Enden der Quertrebe herum fließt,
Abkühlen lassen der in die Gußform eingefüllten Leichtmetallschmelze,
Entnahme des mit dem Ende der Querstrebe verbundenen, abgekühlten Leichtmetalls aus der Gußform.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse bereitgestellt, bei welchem flüssiges Leichtmetall, z. B. eine Aluminiumschmelze erst dann in die Gußform eingegossen wird, wenn das entsprechende Ende der Querstrebe in die Gußform eingelegt ist. Wird sodann die Leichtmetallschmelze in die Gußform eingefüllt, kann das flüssige Leichtmetall um das entsprechende Ende herum fließen. Insofern wird die Verbundlenkerachse, abweichend zum aus dem Stand der Technik bekannten Aluminiumdruckgußverfahren, im einfachen Kokillenguß hergestellt, wobei das Leichtmetallbauteil um das Stahlprofil herum gegossen wird.
In der für den Längslenker vorgesehenen Gußform sind zudem noch Anbindungsstellen benötigter Aufhängungs- bzw. Fahrwerkskomponenten vorgesehen, wobei der Vorteil ersichtlich ist, dass durch das Kokillengußverfahren eine besondere Freiheit in Ausgestaltung und Design der jeweiligen Längslenker erreichbar ist.
Günstig ist also, dass mit dem Kokillengußverfahren nach der Erfindung eine sehr komplexer Längslenker herstellbar ist, welcher zugleich mit der Querstrebe verbunden wird, wobei gleichzeitig Anbindungsstellen zum Beispiel für die Karosserie, Federn, Dämpfer und Rad mit eingegossen werden.
Zweckmäßig ist, dass die Leichtmetallschmelze bei dem Abkühlen schrumpft, so dass der Längslenker quasi kraft- oder reibschlüssig mit der Querstrebe, bzw. dessen Ende verbunden ist.
Die Querstrebe kann aus einem geschlossenen Hohlprofil unterschiedlichen Querschnitts hergestellt sein. Beispielsweise kann die Querstrebe aus einem Stahlrohr runden Querschnitts oder polygonalen Querschnitts gebildet sein. Denkbar ist aber auch, an den entsprechenden Enden der Querstrebe ein zum mittleren Bereich unterschiedliches Profil vorzusehen. Beispielsweise könnte die Querstrebe an den entsprechenden Enden U- oder V- ausgeführt sein, wobei der Rest ein geschlossenes Hohlprofil oder offenes Profil aufweisen kann. Die Enden können aber auch als geschlossenes Hohlprofil beispielsweise rund, elliptisch, polygonal oder mit stellenweisen Erhebungen ausgeführt sein.
Um einen Formschluß des Längslenkers zur Querstrebe bzw. zu deren entsprechenden Enden herstellen zu können, ist zweckmäßig im Sinne der Erfindung, an den entsprechenden Enden Ausnehmungen, wie Rundlöcher, Langlöcher oder dergleichen vorzusehen. Bei dem Eingießen des flüssigen Leichtmetalls in die Gußform umfließt die Leichtmetallschmelze so nicht nur den äußeren Umfang der Enden, sondern tritt auch in die Ausnehmungen ein. Während der Abkühlung schrumpft die Leichtmetallschmelze, so dass zusätzlich zum vorteilhaften Formschluß noch die bereits genannte kraft- und/oder reibschlüssige Verbindung herstellbar ist.
Natürlich können auch anstelle der geöffneten Ausnehmungen nach innen gerichtete Abrundungen oder Einprägungen vorgesehen sein, in welche das flüssige Leichtmetall bei dem Eingießen in die Gußform einfließen bzw. eindringen kann.
Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist auch, wenn die Ausnehmungen der Gußform, in welche die Enden der Querstrebe vor dem Einfüllen des flüssigen Leichtmetalls in die Gußform eingelegt werden, einen solchen lichten Öffnungsbetrag aufweisen, welcher an das Profil der entsprechenden Enden angepaßt ist, so dass ein geringes Fügespiel vorhanden ist, welches so bemeßbar ist, dass die Enden bzw. die Querstrebe lagesicher, bevorzugt spaltfrei in den Ausnehmungen gehalten ist. Die Enden der Querstrebe liegen nach dem Zusammenfügen, und vor dem Einfüllen flüssigen Leichtmetalls in die Gußform also bevorzugt zumindest abschnittsweise an den Begrenzungswänden der Ausnehmungen an. Lediglich der in die Gußform hineinragende Endabschnitt wird so vom flüssigen Leichtmetall umflossen.
In günstiger Vorgehensweise ist vorgesehen, dass vor dem Einfüllen bzw. vor dem Eingießen flüssigen Leichtmetalls, also der Schmelze in die Gußform ein Ausrichten der beiden Komponenten zueinander stattfindet, wobei bevorzugt die Gußform und die Querstrebe ausgerichtet werden.
Natürlich hat eine Verbundlenkerachse zwei Längslenker zwischen denen sich die Quertrebe erstreckt. Selbstverständlich liegt es im Sinne der Erfindung, beide Längslenker gleichzeitig mit der Querstrebe gießtechnisch zu verbinden, oder zuerst den einen und dann den anderen mit der Querstrebe gießtechnisch zu verbinden.
Natürlich kann eine Gußform mehrfach verwendet werden.
Die erfindungsgemäß gießtechnische Verbindung der Längslenker mit der Querstrebe ist dynamisch hoch belastbar. Somit wird eine Überleitung der Torsions- und Biegekräfte von den Längslenkern in die Querstrebe zuverlässig ermöglicht. Die Querstrebe kompensiert als Torsionsstab die eingeleiteten Kräfte. Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse ist fertigungstechnisch rationell herzustellen und besitzt ein gutes statisches und dynamisches Lastverhalten. Ferner ist eine gewichtsoptimierte Ausführung möglich. Hierzu trägt die Einsparung von Schweißnähten, Schrauben oder Nieten bei. Ferner können durch die Gießverbindung sehr gut Längslenker und Querstreben aus verschiedenartigen metallischen Werkstoffen kombiniert werden. Besonders gut geeignet ist die Kombination von Längslenkern aus Leichtmetall auf Aluminium- und/oder Magnesiumbasis mit Querstreben aus Stahl bzw. hochfestem Stahl. Vorteilhaft ist weiter, dass zeitaufwendige Nachfolgearbeiten entfallen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0774369 B1 [0002, 0004]
EP 0788903 B1 [0003, 0003, 0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Verbundlenkerachse, welche jeweils einen Leichtmetalllängslenker und eine Eisenmetallquerstrebe aufweist, umfassend zumindest die Schritte Herstellen einer Gußform für den jeweiligen Längslenker, Einlegen eines entsprechenden Endes der Querstrebe in eine korrespondierende Ausnehmungen der Gußform, Erst dann Eingießen flüssigen Leichtmetalls in die Gußform des Längslenkers, Abkühlen lassen der in die Gußform eingefüllten Leichtmetallschmelze, Entnahme des mit dem Ende der Querstrebe verbundenen, abgekühlten Leichtmetalls aus der Gußform.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Leichtmetall während des Eingießens in die Gußform um das in die Gußform eingelegte Ende der Querstrebe herumfließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundlenkerachse gießtechnisch im Kokillenguß hergestellt wird, wobei das flüssige Leichtmetall, welches den Längslenker bildet um das Ende der Quertrebe herum gegossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gußform für den Längslenker Anbindungsstellen für Aufhängungs- bzw. Fahrwerkskomponenten vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Querstrebe zumindest kraft- oder reibschlüssig mit dem Längslenker verbunden ist, nach dem die Leichtmetallschmelze abgekühlt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Querstrebe formschlüssig mit dem Längslenker verbunden ist, indem an dem Ende Ausnehmungen vorgesehen sind, in welche das flüssige Leichtmetall bei dem Einfüllen in die Gußform einfließen kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Längslenker der Verbundlenkerachse gleichzeitig mit der Querstrebe gießtechnisch verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gußform und die Querstrebe vor dem Eingießen flüssigen Leichtmetalls in die Gußform zueinander ausgerichtet werden.