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Die Erfindung betrifft eine Trägerkonstruktion für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise zum Tragen von Feder- und/oder Dämpfungselementen, insbesondere für eine Kraftfahrzeugachse. Die Trägerkonstruktion ist vorzugsweise ein sogenannter Luftfederträger.
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Luftfederträger für Achsen von Kraftfahrzeugen sind im Stand der Technik in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Luftfederträger umfassen üblicherweise einen Basisabschnitt und zwei auf entgegengesetzten Seiten des Basisabschnitts angeordnete Tragarmabschnitte und weisen eine U- oder C-Form auf. Der Basisabschnitt dient zur achsseitigen Anbindung des Luftfederträgers und die Tragarmabschnitte dienen zum Tragen jeweils eines Luftfederelements (z. B. ein Luftfederbalg) und vorzugsweise eines Dämpfungselements (z. B. ein Stoßdämpfer). Die Luftfederelemente und die Dämpfungselements sind dabei zwischen dem Chassis des Kraftfahrzeugs und dem Luftfederträger angeordnet.
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Bei z. B. Reisebussen werden üblicherweise starre, luftgefederte Hinterachsen eingesetzt. Hierbei wird meist der Luftfederträger an die Unterseite der Achse geschraubt. In Abhängigkeit der Hinterachslast wird eine einachsige oder doppelachsige Bauweise eingesetzt, wodurch zweckmäßig zwei oder vier Luftfederträger benötigt werden. Die Luftfederträger werden insbesondere durch die Einleitung von Vertikalstößen stark belastet, wobei die Kraft über die Räder in die Achse, und anschließend über die Luftfederträger in die Luftfederelemente induziert wird. In Anbetracht der Bauteilgeometrie, welche durch den zur Verfügung stehenden Bauraum vorgegeben ist, resultieren kombinierte Belastungen aus Biegung und Torsion, welche auf den Luftfederträger einwirken. Die hieraus resultierenden Bauteilanforderungen gilt es in der Bauteilauslegung konstruktiv zu berücksichtigen.
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Eine aus der Praxis bekannte Fertigungsmethode für den Luftfederträger ist, den Luftfederträger als Schweißkonstruktion auszubilden. Hierbei werden Halbschalen aus Blech umgeformt und miteinander verschweißt, um einen den Luftfederträger darstellenden Hohlkörper auszubilden. Die U-Form des Luftfederträgers kann z. B. durch U-förmige Halbschalen gebildet werden oder durch separate Tragarme, welche an einen geradlinigen Basisabschnitt angeschweißt werden.
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Auf Grund der im Fahrbetrieb auftretenden Belastungen kommt der Schweißnahtqualität eine hohe Bedeutung zu, was jedoch auf Grund von üblicherweise relativ langen Schweißnahtlängen zu erheblichen Kosten führt. Weiterhin bedingt der Einsatz von thermischen Fügeverfahren eventuelle Richtarbeiten, da es in Abhängigkeit der Schweißnahtlänge zu Bauteilverzügen in Folge thermischer Einwirkung kommen kann. In diesem Fall sind möglicherweise Richtarbeiten erforderlich, woraus zusätzliche Kosten resultieren. Ferner ist für Schweißkonstruktionen die Schweißbarkeit des eingesetzten Grundmaterials entscheidend, was den Einsatz von hochfesten Werkstoffen limitiert. Daher sind Leichtbauanforderungen meist nur begrenzt umsetzbar, was sich unter anderem auch im Hinblick auf Anforderungen auf die Elektromobilität negativ auswirken kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative und/oder verbesserte Trägerkonstruktion zu schaffen, insbesondere ein alternatives und/oder verbessertes Herstellverfahren (Fertigungsverfahren).
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Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart.
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Die Erfindung betrifft eine Trägerkonstruktion für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise zum Tragen von Federelementen (z. B. Luftfederelemente, insbesondere Luftfederbälge) und/oder Dämpfungselementen (z. B. Stoßdämpferelemente).
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Die Trägerkonstruktion umfasst einen Basisabschnitt und zumindest einen zweckmäßig seitlich außenliegenden Tragarmabschnitt und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Basisabschnitt durch Hydroforming ausgebildet ist und/oder der Basisabschnitt und der zumindest eine Tragarmabschnitt durch Hydroforming aneinandergefügt sind.
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Das Hydroforming ist insbesondere eine Innenhochdruckumformung (IHU, insbesondere IHU-Prozess).
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Es ist möglich, dass der Basisabschnitt und der zumindest eine Tragarmabschnitt formschlüssig aneinandergefügt sind.
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Der Basisabschnitt und der zumindest eine Tragarmabschnitt können z. B. durch eine Welle-Nabe-Verbindung und/oder mittels einer Verzahnung, insbesondere einer Klauen- oder Polygon-Verzahnung aneinandergefügt sein.
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Es ist möglich, dass der Basisabschnitt in einer Öffnung des zumindest einen Tragarmabschnitts aufgenommen ist und vorzugsweise durch Expansion im Hydroformingprozess (insbesondere von Innen) an den zumindest einen Tragarmabschnitt angefügt wird. Die Öffnung kann eine zweckmäßige Geometrie aufweisen, z. B. ringförmig, schlitzförmig, oval etc. ausgebildet sein.
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Die Öffnung kann z. B. durch einen in Umfangsrichtungen geschlossenen Fügeabschnitt gebildet werden.
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Es ist möglich, dass der Basisabschnitt vorzugsweise durch ein z. B. rohrförmiges Hohlprofil ausgebildet wird.
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Das Hohlprofil kann z. B. durch Hydroforming (zweckmäßig zumindest eines Halbzeugs, insbesondere zumindest eines Rohrhalbzeugs) hergestellt sein, insbesondere durch Hydroforming plastisch aufgeweitet sein.
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Es ist aber auch möglich, dass das Hohlprofil durch zumindest zwei mittels Hydroforming aneinandergefügte Halbschalen ausgebildet ist.
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Allerdings kann der Basisabschnitt und insbesondere das Hohlprofil auch ein vorgefertigtes, insbesondere im Strangpressverfahren und/oder nicht durch Hydroforming hergestelltes, Hohlprofil sein.
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Der Basisabschnitt kann z. B. in Form zumindest eines Halbzeugs (z. B. Rohrhalbzeugs) bereitgestellt werden und/oder der zumindest eine Tragarmabschnitt kann z. B. in Form zumindest eines Halbzeugs bereitgestellt werden. Allerdings ist es auch möglich, dass insbesondere der Basisabschnitt bereits als ausgeformtes Hohlprofil vorliegt, wenn der zumindest eine Tragarmabschnitt mittels Hydroforming daran angefügt wird.
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Das Hydroforming kann genutzt werden, um den Basisabschnitt als Hohlprofil auszubilden, und alternativ oder ergänzend, um den Basisabschnitt und den zumindest einen Tragarmabschnitt aneinanderzufügen.
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Das Hydroforming kann im Verfahren zum Herstellen, insbesondere Fertigen, der Trägerkonstruktion als Umformungs- und Fügeprozess genutzt werden.
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Der Basisabschnitt und/oder der zumindest eine Tragarmabschnitt kann z. B. zumindest eine durch Hydroforming ausgebildete insbesondere im Wesentlichen planare Anbindungsfläche zum Montieren zumindest eines Bauteils und/oder zumindest eine durch Hydroforming ausgebildete Versteifungsstruktur (z. B. Versteifungssicke, Versteifungswulst etc.) aufweisen.
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Die zumindest eine insbesondere im Wesentlichen planare Anbindungsfläche und/oder das zumindest eine Bauteil kann z. B. zumindest eine Montage- oder Durchgangsöffnung aufweisen.
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Die Trägerkonstruktion kann z. B. zwei vorzugsweise seitlich außenliegende Tragarmabschnitte aufweisen.
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Der Basisabschnitt und die zwei Tragarmabschnitt können z. B. im Wesentlichen eine U- oder C-Form bilden.
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Die Trägerkonstruktion ist vorzugsweise ein Luftfederträger.
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Es ist möglich, dass zumindest ein zusätzliches Bauteil (z. B. eine Spannplatte etc.) durch Hydroforming an den Basisabschnitt und/oder den zumindest einen Tragarmabschnitt angefügt ist.
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Es ist möglich, dass zumindest ein zusätzliches Anbauteil (z. B. eine Spannplatte) durch Hydroforming an den Basisabschnitt und/oder den zumindest einen Tragarmabschnitt angefügt ist Es ist möglich, dass an die Tragarmabschnitte jeweils ein Federelement und/oder ein Dämpfungselement montiert ist und alternativ oder ergänzend der Basisabschnitt eine (vorzugsweise im Wesentlichen planare) Anbindungsfläche zur Anbindung an eine Achse des Kraftfahrzeugs aufweist.
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Die Achse ist vorzugsweise eine Starrachse und/oder eine Hinterachse (z. B. eine vordere Achse und/oder eine hintere Achse insbesondere eines hinteren Doppelachsaggregats).
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Das Hydroforming ist vorzugsweise eine Innenhochdruckumformung (IHU).
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Der Hydroforming-Prozess ist vorzugsweise ein Innenhochdruckumformungs-Prozess (IHU-Prozess).
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen (insbesondere Fertigen) einer Trägerkonstruktion, vorzugsweise einer Trägerkonstruktion wie hierin offenbart.
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Dabei werden ein Basisabschnitt (z. B. in Form zumindest eines Halbzeugs, zumindest zweier Halbschalen oder eines insbesondere bereits vorgefertigten Hohlprofils) und zumindest ein Tragarmabschnitt (z. B. in Form zumindest eines Halbzeugs) bereitgestellt und zwar vorzugsweise in einem Formwerkzeug.
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Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Basisabschnitt durch Hydroforming ausgebildet wird und/oder der Basisabschnitt und der zumindest eine Tragarmabschnitt durch Hydroforming aneinandergefügt werden.
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Es ist möglich, dass während des Hydroformings zumindest eine Beschnittoperation insbesondere am Basisabschnitt und/oder am zumindest einen Tragarmabschnitt ausgeführt werden.
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Ebenfalls kann während des Hydroformings ein Umformungs- und Fügeprozess ausgeführt werden.
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Der Basisabschnitt kann wie bereits erwähnt vorzugsweise durch ein z. B. rohrförmiges Hohlprofil ausgebildet werden. Das Hohlprofil kann z. B. durch Hydroforming (zweckmäßig zumindest eines Halbzeugs, z. B. eines Rohrhalbzeugs) hergestellt werden, insbesondere durch Hydroforming plastisch aufgeweitet werden. Es ist aber auch möglich, dass das Hohlprofil durch zumindest zwei mittels Hydroforming aneinandergefügte Halbschalten ausgebildet wird.
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Allerdings kann der Basisabschnitt und insbesondere das Hohlprofil auch ein vorgefertigtes, insbesondere im Strangpressverfahren und/oder nicht durch Hydroforming hergestelltes, Hohlprofil sein.
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Der Basisabschnitt kann z. B. in Form zumindest eines Halbzeugs (z. B. Rohrhalbzeugs) bereitgestellt werden und/oder der zumindest eine Tragarmabschnitt kann z. B. in Form zumindest eines Halbzeugs bereitgestellt werden. Allerdings ist es auch möglich, dass insbesondere der Basisabschnitt als bereits ausgeformtes Hohlprofil oder in Form zumindest zweier Halbschalen vorliegt, wenn der zumindest eine Tragarmabschnitt mittels Hydroforming daran angefügt wird.
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Das Hydroforming kann genutzt werden, um den Basisabschnitt als Hohlprofil auszuformen, zwei Halbschalen aneinanderzufügen und/oder, um den Basisabschnitt und den zumindest einen Tragarmabschnitt aneinanderzufügen. Wie ebenfalls schon erwähnt, kann das Hydroforming auch genutzt werden, um ein zusätzliches Bauteil an die Trägerkonstruktion anzufügen.
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Das Hydroforming kann somit im Verfahren zum Herstellen der Trägerkonstruktion als Umformungs- und Fügeprozess genutzt werden.
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Zu erwähnen ist, dass der Basisabschnitt vorzugsweise metallisch ist und/oder der zumindest eine Tragarmabschnitt vorzugsweise metallisch ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen Omnibus oder einen Lastkraftwagen, mit z. B. einem Chassis und zumindest einer Trägerkonstruktion wie hierin offenbart. Die Trägerkonstruktion kann zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs umgreifen, so dass ein Feder- und/oder Dämpfungselement in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs vor dem zumindest einen Rad und ein Feder- und/oder Dämpfungselement in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs hinter dem zumindest einen Rad angeordnet ist.
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Die Feder- und/oder Dämpfungselemente können dabei zweckmäßig zwischen dem Chassis und der Trägerkonstruktion positioniert sein.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele und Merkmale der Erfindung sind zweckmäßig miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
- 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Trägerkonstruktion gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
- 2 zeigt eine Detailansicht eines Fügebereichs der Trägerkonstruktion der 1.
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1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer insbesondere als Luftfederträger ausgebildeten Trägerkonstruktion 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Trägerkonstruktion 100 umfasst einen Basisabschnitt 1 und zwei an entgegengesetzten Enden des Basisabschnitts 1 seitlich außenliegende Tragarmabschnitte 2. 2 zeigt eine Detailansicht im Fügebereich zwischen dem Basisabschnitt 1 und einem der Tragarmabschnitte 2.
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Die Trägerkonstruktion 100 wird unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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Die Tragarmabschnitte 2 und insbesondere deren Fügeverbindung an den Basisabschnitt 1 können im Wesentlichen identisch sein, so dass die Trägerkonstruktion 100 im Folgenden unter Bezugnahme auf nur einen Tragarmabschnitt 2 beschrieben wird, wobei die Beschreibung sinngemäß auch für den anderen Tragarmabschnitt 2 gilt.
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Der Basisabschnitt 1 wird durch ein Hohlprofil ausgebildet. Das Hohlprofil wird vorzugsweise durch zwei mittels Hydroforming aneinanderzufügende Halbschalen gebildet. Allerdings ist es auch möglich, dass das Hohlprofil zweckmäßig ausgehend von einem oder mehreren Halbzeugen durch Hydroforming ausgebildet wird, insbesondere plastisch in die Hohlprofilform aufgeweitet wird. Ebenso möglich ist es, dass das Hohlprofil ein z. B. im Strangpressverfahren oder anderweitig hergestelltes, insbesondere vorgefertigtes Hohlprofil ist.
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Ein Tragarmabschnitt 2 wird auf der einen Seite des Basisabschnitts 1 durch Hydroforming an den Basisabschnitt 1 angefügt und ein Tragarmabschnitt 2 wird auf der anderen Seite des Basisabschnitts 1 durch Hydroforming an den Basisabschnitt 1 angefügt, insbesondere durch einen Innenhochdruckumformungs-Prozess (IHU-Prozess).
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Der Basisabschnitt 1 und die zwei Tragarme 2 bilden eine im Wesentlichen U- oder C-Form, wie insofern üblich für einen Luftfederträger. Dadurch wird ermöglicht, dass die Trägerkonstruktion 100 zumindest ein Rad eines Kraftfahrzeugs umgreifen kann, so dass ein Feder- und/oder Dämpfungselement in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs vor dem zumindest einen Rad und ein Feder- und/oder Dämpfungselement in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs hinter dem zumindest einen Rad angeordnet werden kann.
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Der in 1 rechte Tragarmabschnitt 2 ist zu Darstellungszwecken noch als Halbzeug dargestellt.
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Der in 1 linke Tragarmabschnitt 2 ist zu Darstellungszwecken in einem bereits mittels Hydroforming aufgeweiteten Zustand gezeigt.
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Der Basisabschnitt 1 wird vorzugsweise in einer zweckmäßig ring- oder schlitzförmigen Öffnung 3 des Tragarmabschnitts 2 aufgenommen und durch Expansion im Hydroformprozess von Innen an den Tragarmabschnitt 2 angefügt.
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Der Basisabschnitt 1 und alternativ oder ergänzend der Tragarmabschnitt 2 können eine vorzugsweise im Wesentlichen planare Anbindungsfläche und/oder zumindest eine Versteifungsstruktur (z. B. eine Versteifungssicke) aufweisen. Die planare Anbindungsfläche und/oder die zumindest eine Versteifungsstruktur können zweckmäßig durch Hydroforming ausgebildet werden.
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Die Trägerkonstruktion 100 umfasst mehrere zusätzliche Bauteile 10, insbesondere Spannplatten. Die zusätzlichen Bauteile 10 können ebenfalls durch Hydroforming an insbesondere den Basisabschnitt 1 angefügt werden. Allerdings ist es z. B. auch möglich, dass ein oder mehrere Bauteile 10 an den Basisabschnitt 1 und/oder den Tragarmabschnitt 2 angeschweißt oder angeschraubt werden, insbesondere an die planaren Anbindungsflächen.
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2 zeigt eine Detailansicht der Trägerkonstruktion 100 der 1 und zwar insbesondere einen Fügungsbereich zwischen dem Basisabschnitt 1 und einem Tragarmabschnitt 2.
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Der Basisabschnitt 1 und der Tragarmabschnitt 2 sind durch Hydroforming formschlüssig aneinandergefügt und zwar insbesondere mittels einer (z. B. sternförmigen) Welle-Nabe-Verbindung und/oder mittels einer Klauenverzahnung.
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Im Kontext der Erfindung ist das Hydroforming vorzugsweise eine Innenhochdruckumformung (IHU, insbesondere IHU-Prozess).
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Das Verfahren zum Herstellen der Trägerkonstruktion 100 kann zweckmäßig einen Innenhochdruckumformungs-Prozess (IHU -Prozess) umfassen. Der IHU-Prozess kann hierbei vorteilhaft als Umformungs- und Fügeprozess genutzt werden.
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Dabei können die erforderlichen Bauteile und/oder Halbzeuge für den Basisabschnitt 1, die Tragarmabschnitte 2 und optional zumindest ein zusätzliches Bauteil 10 vor dem IHU-Prozess in einem Formwerkzeug positioniert werden.
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Der Basisabschnitt 1, welcher einen Hohlkörper bilden kann, wird vorzugsweise durch ein Rohrhalbzeug mit zweckmäßigem Durchmesser dargestellt. Im IHU-Prozess kann das Rohrhalbzeug in eine gewünschte Form plastisch umgeformt werden, wobei optional zugleich eine oder mehrere Beschnittoperationen in einem Prozessschritt erfolgen können.
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Eine vorteilhafte Anwendung stellt die Kombination aus Umformen und Fügen im IHU-Prozess dar. So können neben dem Rohrhalbzeug für den Basisabschnitt 1 die Tragarmabschnitte 2, welche vorzugsweise als Halbzeuge vorliegen können, im Formwerkzeug positioniert werden. Die Halbzeuge können jeweils eine Öffnung 3 aufweisen, in welche das Rohrhalbzeug eingesteckt werden kann. Durch Expansion im IHU -Prozess formt sich das Rohrhalbzeug in die Öffnung 3 der Tragarmabschnitte 2, was zu einer formschlüssigen Fügeverbindung führt. Zur Gewährleistung der erforderlichen Kraftübertragung, insbesondere Torsion, kann diese beispielsweise sternförmig oder alternativ beliebig andere Formen aufweisen. Die Geometrie ist hierbei den Belastungen entsprechend zu wählen.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit, z. B. Versteifungssicken als Versteifungsstruktur ebenfalls im IHU-Prozess in der Trägerkonstruktion 100 auszubilden. Hieraus ergibt sich z. B. die Möglichkeit, Leichtbauanforderungen zu berücksichtigen. Durch die erhebliche Reduzierung von thermischen Fügeprozessen und der Einbringung einer oder mehrerer Versteifungsstrukturen kann insbesondere die Wanddicke des Basisabschnitts 1 durch den Einsatz hochfester Stahlwerkstoffe herabgesetzt werden, was mit einer Reduzierung des Bauteilgewichts einhergeht. Auch können eventuelle Anbindungs-/Montageflächen etc. in die Bauteilgeometrie aufgenommen werden.
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Als mögliche Vorteile können z. B. genannt werden:
- Verzicht oder Reduzierung von Schweißverbindungen, insbesondere in Bezug auf Halbschalen für den Basisabschnitt 1.
- Einsatz des IHU-Prozess als Umform- und Fügeprozess.
- Reduzierung Bauteilgewicht durch Einsatz hochfester Werkstoffe.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Merkmalen und Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Basisabschnitt
- 2
- Tragarmabschnitt
- 3
- Öffnung
- 10
- Bauteil
- 100
- Trägerkonstruktion, vorzugsweise Luftfederträger
