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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Achskomponente für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zumindest zwei metallische Achsbauteile miteinander stoffschlüssig gefügt werden.
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Bei einer Achskomponente im Sinne der Erfindung handelt es sich insbesondere um eine Kraftfahrzeugachse, insbesondere eine Verbundlenkerachse. Eine solche Verbundlenkerachse ist beispielsweise in der
DE 10 2009 004 441 A1 beschrieben.
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Achsbauteile sind insbesondere Längslenker sowie Querträger bzw. Querprofile. Zur Herstellung einer Achskomponente in Form einer Verbundlenkerachse werden zwei Längslenker über ein Querprofil miteinander verbunden. An der Achskomponente können weitere Achsbauteile gefügt sein, beispielsweise Radträger oder Federteller.
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Achskomponenten müssen hohe Toleranzanforderungen erfüllen. Insbesondere werden Verbundlenkerachsen mit engen Toleranzen gefertigt. Die Anforderungen an die korrekte Einstellung der Spur- und Sturzwinkel sind hoch. Die Toleranzen werden dadurch erreicht, dass die seitlich angeordneten Radträger der Verbundlenkerachsen durch spanende Bearbeitung nachbearbeitet werden. Um eine spanabhebende Bearbeitung zu ermöglichen, muss bei jedem Bauteil ein gewisser Materialaufschlag als Bearbeitungszugabe berücksichtigt werden.
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Gemäß der
DE 40 08 706 C2 werden als Bearbeitungszugabe Trägerplatten aus Stahl an die Radträger angeschweißt.
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Materialaufschlag verursacht Mehrkosten. Hinzu kommen die Kosten für den Prozess der spanenden Bearbeitung. Die Kosten für die spanende Bearbeitung setzen sich zusammen aus den reinen Maschinenkosten und den Verschleißkosten für die Werkzeuge. Gleichzeitig ist bei der spanenden Bearbeitung eine Nacharbeit erforderlich, beispielsweise durch Entgraten und zusätzliche Säuberungsvorgänge.
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Durch die
DE 10 2016 109 796 A1 zählt eine Nutzfahrzeugachse und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Nutzfahrzeugachse zum Stand der Technik. Zur Herstellung wird ein Achsrohr und ein Achsstummel bereitgestellt, wobei an dem Achsrohr und dem Achsstummel einander zugeordnete Stirnflächen vorgesehen sind, die in Bezug aufeinander derart angeordnet sind, dass bei aneinander liegenden Stirnflächen von Achsrohr und Achsstummel die durch den Achsstummel definierte Drehachse in Bezug auf die Längsachse des Achsrohrs unter dem jeweiligen Sturzwinkel und/oder Vorspurwinkel ausgerichtet ist. Anschließend werden das Achsrohr und der Achsstummel entlang des Umfangs einer Fügezone verschweißt, in der das Achsrohr und der Achsstummel mit ihren Stirnflächen aneinander liegen.
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Die
DE 10 2008 021 155 A1 beschreibt die Herstellung einer Torsionskurbelachse in Schweißkonstruktion, bei der mehrere Blechformteile und zwei Radträger durch Schweißen miteinander verbunden werden. Vor dem Anschweißen der Radträger an die betreffenden Blechformteile erfolgt eine Bearbeitung der Anschlussstellen für die Radträger, um einen gewünschten Spur- und/oder Sturzwert an der Torsionskurbelachse einzustellen. Die Torsionskurbelachse wird durch abschließendes Anschweißen der Radträger an die Anschlussstellen fertig gestellt.
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Schließlich zählt durch die
DE 82 27 474 U1 ein Schwingungsdämpfer oder Federbein für Kraftfahrzeuge zum Stand der Technik. Hier werden Befestigungsteile oder Halter an einem äußeren Tragrohr verschweißt, wobei zur Schweißverbindung jeden das Tragrohr teilweise umgreifenden Befestigungsteiles oder Halters mindestens eine über den gesamten Umfang des Tragrohrs verlaufende Schweißnaht angeordnet ist.
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Das Flammrichten allgemein ist bekannt. Hierunter versteht man eine schnelle und örtlich begrenzte Erwärmung von Bauteilen mit dem Ziel, dem Bauteil eine gewünschte Form zu geben oder Formabweichungen, wie sie bei jeder schweißtechnischen Fertigung auftreten, zu beseitigen. Das Verfahrensprinzip ist beschrieben in „Praxiswissen Schweißtechnik, 5. Auflage, Wiesbaden: Springer Vieweg, 2014, S. 265-275“.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Achskomponente für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, welches die geforderten Sollgeometrien bzw. Toleranzanforderungen erfüllt und dabei die Herstellung vereinfacht sowie den Materialverbrauch reduziert.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Einstellung einer Sollgeometrie der Achskomponente die durch eine Schweißoperation induzierte Wärme genutzt.
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Die durch einen Schweißprozess in das Bauteil eingebrachte Wärme wird ausgenutzt, um die Sollgeometrie einzustellen, einen etwaigen Verzug zu kompensieren und die vorgegebenen Toleranzen einzuhalten. Es erfolgt eine bauteilgerechte lokale Einflussnahme auf die Bauteilgeometrie unter Anpassung an die thermomechanische Struktursituation der zur Achskomponente gefügten Achsbauteile. Durch eine oder mehrere Schweißoperationen, abgestimmt auf die zu erreichende Sollgeometrie, wird eine Ausgleichsverformung gezielt dort eingebracht, wo Verzugsursachen liegen oder Toleranzen gerichtet werden müssen.
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Bei der erfindungsgemäß vorgesehen Schweißoperation kann es sich um eine gezielt positionierte Schweißnaht und/oder um zumindest eine zusätzliche Schweißnaht und/oder um eine Blindschweißnaht handeln.
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Eine gezielt positionierte Schweißnaht ist eine Schweißnaht, die bei der Konstruktion bzw. dem Design der Achskomponente oder den Achsbauteilen mit entwickelt wird und beim Zusammenbau der Achsbauteile gesetzt wird.
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Eine zusätzliche Schweißnaht ist eine Schweißnaht, die entlang von Fügekanten zusätzlich aufgebracht wird oder aber die bei der Festlegung von weiteren Achsbauteilen gesetzt wird.
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Eine Blindschweißnaht ist eine Schweißnaht, die ohne Fügefunktion gezielt an ausgewählten Bauteilorten bzw. Positionen gesetzt wird, um die Sollgeometrie einzustellen, Verzug zu kompensieren und/oder die Achskomponente in ihrer Relativlage zueinander zu richten. Ein Fügen bzw. eine Verbindung mit einem weiteren Achsbauteil erfolgt beim Blindschweißen nicht.
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Ein Aspekt sieht vor, dass die Schweißnahtposition und/oder deren Geometrie rechnergestützt ermittelt und die Schweißnaht beim Zusammenbau der Achskomponente gesetzt wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass solche Schweißnähte im Vorfeld bei der Designauslegung der Achskomponente bestimmt werden und dann beim Zusammenbau gezielt gesetzt werden. Ziel ist die Kompensation von beim Zusammenbau der Achskomponente aufgetretenem Verzug und das gezielte Richten der Achsbauteile innerhalb der Achskomponente.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Schweißparameter in Echtzeit beim Zusammenbau der Achskomponenten ermittelt und eingestellt werden. Schweißparameter sind insbesondere die Einstellung des Schweißstroms bzw. der -stärke, die Schweißzeit oder die Elektrodenkraft, ebenso wie die Vorschubgeschwindigkeit. Neben den Schweißparametern spielt die Geometrie der Schweißnähte eine große Rolle, d, h. die Schweißnahtlänge und -richtung, der räumliche Verlauf und die Reihenfolge der Herstellung.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Achskomponente beim Herstellungsprozess zu vermessen und in Abhängigkeit der angestrebten Sollgeometrie der Achskomponente die Schweißoperation durchzuführen. Dies erfolgt während des Herstellungsprozesses der Achskomponente. Erfindungsgemäß wird die Achskomponente vor der letzten Schweißoperation vermessen und die letzte Schweißoperation wird so gesetzt, dass die Sollgeometrie der Achskomponente eingestellt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Achskomponenten hoher Qualität herstellen, welche die Toleranzanforderungen zuverlässig einhalten. Gleichzeitig ist die Herstellung vereinfacht und insbesondere der Materialeinsatz und -verbrauch reduziert.
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Die Erfindung nutzt den Effekt aus, dass durch die induzierte Wärme aus einer Schweißoperation mit der darauf folgenden Abkühlung der Schweißnaht sich die Achskomponente gezielt in die gewünschte Sollgeometrie zieht. Hierdurch kann ein verzugsneutraler Verzerrungszustand im Bauteil eingestellt werden, welcher der Sollgeometrie entspricht.
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Bei der Herstellung einer Achskomponente in Form einer Verbundlenkerachse werden z. B. zunächst zwei Längslenker über ein Querprofil bzw. einen Querträger miteinander verbunden. An die Längslenker werden die Radträger befestigt. Des Weiteren werden weitere Achsbauteile, beispielsweise Knotenbleche zwischen Längslenker und Querträger oder Federteller angefügt. Die Verbindung der Achsbauteile untereinander erfolgt über eine schweißtechnische Fügung. Die Fertigungsreihenfolge kann von der genannten Reihenfolge abweichen.
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Während des Zusammenbaus der Achsbauteile oder im Anschluss daran wird die Achskomponente vermessen. Die ermittelten Istwerte bilden die Istgeometrie. Die Istgeometrie wird mit Sollwerten einer Sollgeometrie verglichen um zu bestimmen, ob bei der Fertigung die vorgegebenen Toleranzen eingehalten werden bzw. eingehalten worden sind.
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Bei Abweichung der Istgeometrie von der Sollgeometrie außerhalb von Toleranzwerten bzw. -grenzen erfolgt ein Richten der Achsbauteile relativ zueinander. Dies erfolgt durch eine Schweißoperation und die Nutzung der dabei induzierten Wärme.
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Solche Schweißnähte zum Richten der Achskomponente in die Sollgeometrie können von vornherein bei der Konstruktion der Achskomponente berücksichtigt werden. Es kann aber auch eine Vermessung in Echtzeit beim Zusammenbau der jeweiligen Achskomponente vorgenommen werden und im Herstellungsverlauf zielgerichtet Schweißoperationen zur Einstellung der Sollgeometrie vorgenommen werden. Wie vorstehend bereits erläutert, kann eine Vermessung vor einer abschließenden letzten Schweißoperation erfolgen, so dass mit der letzten Schweißoperation ein Richten in die Sollgeometrie bewirkt wird.
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Auch eine nachträgliche Schweißoperation, insbesondere ein Blindnahtschweißen, zur Induktion von Wärme und ein Richten der Achskomponente in die Sollgeometrie ist möglich.
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Die erfindungsgemäß hergestellte Achskomponente zeichnet sich gegenüber nachträglich spanabhebend bearbeiteten Achskomponenten durch ein geringeres Gewicht, weniger Materialeinsatz und weniger Nacharbeit aus. Zudem kann teures Equipment eingespart und die Platz- und Werkzeugkosten reduziert werden, da die erfindungsgemäß vorgesehene Schweißoperation als Kompensations- bzw. Richtschweißnaht in eine Schweißzelle integrierbar ist. Die Taktzeiten können dadurch reduziert werden.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Achskomponente in Form einer Verbundlenkerachse;
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung der 1;
- 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Bereiches einer Achskomponente mit einer ersten Schweißnaht und
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Bereiches einer Achskomponente mit einer zweiten Schweißnaht.
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1 zeigt eine Achskomponente in Form einer Verbundlenkerachse 1. Die Verbundlenkerachse 1 ist aus mehreren Achsbauteilen 2 bis 6 hergestellt. Im Wesentlichen besitzt die Verbundlenkerachse 1 ein Querprofil 2, an dessen Enden jeweils ein Längslenker 3 festgelegt ist. An den Längslenkern 3 ist jeweils an einem Ende ein Radträger 4 gefügt. Des Weiteren sind zwischen dem Querprofil 2 und den Längslenkern 3 Federteller 5 befestigt. An dem anderen Ende eines Längslenkers 3 ist eine Lageraufnahme 6 angeordnet.
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Es handelt sich um eine Schweißkonstruktion, d. h. die Achskomponenten, also Querprofil 2, Längslenker 3, Radträger 4, Federteller 5 und Lageraufnahme 6 sind durch Schweißoperationen stoffschlüssig miteinander gefügt.
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Zur Einstellung einer Sollgeometrie der Achskomponente 1 bzw. der Verbundlenkerachse wird die durch eine Schweißoperation induzierte Wärme genutzt.
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In der 2 ist schraffiert der Bereich B dargestellt, in dem zusätzliche Schweißnähte S gelegt werden, um die Sollgeometrie der Verbundlenkerachse 1 einzustellen bzw. die Achsbauteile, insbesondere den Radträger 4 und die Längslenker 3, relativ zueinander zu richten. Hierdurch erfolgt eine toleranzkonforme Einstellung der Achsbauteile relativ zueinander. Insbesondere erfolgt eine Einstellung von Spur- und/oder Sturzwinkel der Radträger 4.
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Bei der anhand der 2 verdeutlichten Vorgehensweise zur Herstellung der Achskomponente 1 werden bei der Schweißoperation Blindschweißnähte B gelegt. Diese sind am Längslenker 3 im Bereich des radträgerseitigen Endes angeordnet. Grundsätzlich kann die Einstellung der Sollgeometrie durch Ausnutzung der durch eine Schweißoperation induzierten Wärme auch über eine gezielt positionierte Schweißnaht oder eine zusätzliche Schweißnaht erfolgen. Die jeweilige Schweißnahtposition und -geometrie wird rechnergestützt ermittelt und beim Zusammenbau der Achsbaubeile 3, 4, 5 und 6 oder nach dem Zusammenbau der Achskomponenten 1 gesetzt.
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Die durch die Schweißoperation induzierte Wärme wird genutzt, um eine Ausgleichsverformung zu erzielen und Verzugszustände auszugleichen sowie die Achskomponente 1 zu richten und auf diese Weise die Toleranzvorgaben einzuhalten und die Sollgeometrie der Achskomponente 1 zu gewährleisten.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, anhand dessen noch deutlicher zu erkennen ist, dass die Schweißnaht S in dem Bereich B an dem Längslenker 3 parallel zu dem Radträger 4 verläuft. Durch diese parallel zum Radträger 4 verlaufende Schweißnaht S soll der Sturzwinkel der Achskomponente 1 eingestellt werden.
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Die 4 zeigt einen weiteren Bereich B mit einer Schweißnaht S am Längslenker 3. Die Schweißnaht S bzw. der Bereich B erstreckt sich in Längsrichtung des Längslenkers 3. Die Längsrichtung des Längslenkers 3 ist in diesem Fall gekrümmt, da der Längslenker 3 in seinem dem Radträger 4 zugewandten Längenabschnitt nach schräg außen verläuft, d. h. vom Querprofil 2 weg weist. In diesem Bereich zwischen der Anbindung an den Querprofil 2 und den Radträger 4 befindet sich gegenüberliegend zum Federteller 5, an der Außenseite des Längslenkers 3 wenigstens eine Schweißnaht S. Diese zusätzliche Schweißnaht S, auch in Form einer Blindschweißnaht, bewirkt eine Veränderung des Spurwinkels der Achskomponente 1.
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Die besagten Schweißnähte zur Beeinflussung von Spur- und/oder Sturzwinkel befinden sich vorzugsweise in der Nähe des Radträgers 4. Je nachdem ob Spur- oder Sturzwinkel beeinflusst werden sollen, befinden sich die besagten zusätzlichen Schweißnähte S in Fahrtrichtung vor bzw. hinter dem Radträger (Spurwinkel) bzw. oberseitig und/oder unterseitig des Längslenkers 3 (Sturzwinkel).
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Bezugszeichen:
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- 1
- Achskomponente in Form einer Verbundlenkerachse
- 2
- Querprofil
- 3
- Längslenker
- 4
- Radträger
- 5
- Federteller
- 6
- Lageraufnahme
- B
- Bereich
- S
- Schweißnaht
