DE10352726A1

DE10352726A1 - Mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10352726A1
Application number: DE10352726A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen FAHRENTHOLZ; Walter Dipl.-Ing. Kupfer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-23
Also published as: EP1682359A1; WO2005047024A1; BRPI0416480A; US20070132307A1; JP2007510579A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Achsbrückengehäuse. Um dieses kostengünstig auszugestalten, wird das mittlere Trägerstück aus Blech gewalzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Achsbrückengehäuse für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung gemäß dem einteiligen Patentanspruch 6 ein Herstellungsverfahren für ein Achsbrückengehäuse für Kraftfahrzeuge.

Die nicht vorveröffentlichte DE 102 55 209.6-21 beschreibt eine mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge. Diese Trägereinheit ist als Umformteil ausgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige mittlere Trägereinheit für ein Achsbrückengehäuse für Kraftfahrzeuge zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und dem Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst.

Gewalztes Blech ist besonders kostengünstig. Im Gegensatz zu einem Umformbiegeteil, welches ohne Walzen aus Platinen gebogen bzw. gepresst wird, entsteht beim Walzen kein bzw. weni ger Verschnitt, da keine Platinen mit einem anteilig entsprechend hohen Verschnitt produziert werden müssen.

Im Gegensatz zu Grauguss ist Blech problemlos schweißbar. Somit können die Achseinheiten, durch welche die Achsschaftanteile führen, problemlos festgeschweißt werden. Als Schweißverfahren für die dünnwandige Bleche kann insbesondere das Laserschweißverfahren Anwendung finden. Ebenso sind jedoch auch beliebige andere Schweißverfahren möglich. Beispielsweise sei das Elektroschweißverfahren oder das Elektronenstrahlschweißverfahren genannt.

Gegenüber einer zweigeteilten Trägereinheit, die aus Blech gepresst wird, sind keine Umformpressen mit einem aufwändigem Umformprozess bei ca. 5000 Tonnen notwendig. Gegenüber dem Pressen muss beim erfindungsgemäßen Verfahren auch kein Platinenzuschnitt erfolgen, sondern es kann kostengünstiges Bandblech verwendet werden. Ebenso kann ein u-förmiges Blech zur Trägereinheit umgewalzt werden.

Besonders vorteilhaft ist die Herstellung der Trägereinheit aus einem Blech, welches als geschlossener verschweißter Ring ausgeführt ist, da somit nur ein einziges Bauteil den kompletten Grundkörper der Trägereinheit bildet. Eine Zweiteiligkeit ist in vorteilhafter Weise nicht notwendig. Die Form eines geschlossenen Ring benötigt in besonders vorteilhafter Weise nur eine kurze Schweißnaht an den Enden des zum Ring gewalzten Bleches. Somit ist die Verschweißung einer solchen ringförmigen Trägereinheit schnell und mit geringem Schweißmaterialeinsatz möglich. Der Ring muss dabei nicht kreisrund sein, sondern kann eine auf

– den Einbauraum, oder
– das Gewicht, oder
– die Steifigkeit, oder
– die Fahrwerksgeometrie, oder
– die Ausgleichsgehäuseform, oder

optimierte Form haben. Insbesondere teilelliptische Formen können von Vorteil sein.

Die Trägereinheit kann auch aus zwei Blechteilen besteht, die miteinander verschweißt sind. Wenn diese beiden Blechteile Gleichteile sind, so wirkt sich dies kostengünstig aus, da beide Teile auf der selbem Walzmaschine ohne Wechsel des Fertigungsprogramms gefertigt werden können. Die beiden Gleichteile können nach dem Walzvorgang unterschiedlich weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann ein oberes Blechteil zur Aufnahme eines Achsfedersystems weiterbearbeitet werden. Dieses Achsfedersystem kann ein Luftbalgträger sein, der in die Achsbrücke integriert ist und nahe an der Trägereinheit befestigt ist. Auch beim Walzen der Trägereinheit aus zwei Blechteilen kann sowohl kostengünstiges Bandblech als auch ein u-förmiges Blech verwendet werden.

Patentanspruch 8 zeigt ein besonders kostengünstiges Herstellungsverfahren für ein Achsbrückengehäuse. Dabei geht es um die Schweißnahtvorbereitung, d.h. insbesondere um das Herstellen einer Schweißfuge. Da beim erfindungsgemäßen Walzverfahren engere Toleranzen, als beispielsweise beim Pressen der Trägereinheit aus Blech, eingehalten werden können, muss die Schweißfuge nicht unbedingt zeitlich nach dem Walzen des Bleches eingearbeitet werden. Indem zur Herstellung der Schweißfuge bereits bei der Herstellung des Bandbleches bzw. des u-förmigen Bleches Schrägen an das Bandblech bzw. das u-förmige Blech gearbeitet werden, entfällt ein solcher Arbeitsgang „Schweißfuge" in den folgenden Arbeitsschritten. In besonders kostengünstiger Weise können die Schrägen, welche später die Schweißfuge bilden, spanlos in das Blech eingeformt sein.

In besonders vorteilhafter Weise ist es alternativ auch möglich, die Schweißnahtvorbereitung während des Walzverfahrens zur Herstellung der Trägereinheit durchzuführen. D.h, die Schrägen für die Schweißfuge werden während des Walzens ebenfalls in das Blech eingewalzt.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
1 eine mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses in einer ersten Ausgestaltungsalternative,
2 die mittlere Trägereinheit aus 1 in einer Ansicht gemäß Linie II-II aus 1,
3 eine mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses in einer zweiten Ausgestaltungsalternative,
4 die mittlere Trägereinheit aus 3 in einer Ansicht gemäß Linie IV-IV aus 3,
5 in einer Explosionsdarstellung eine mittlere Trägereinheit, einen Deckel und einen zweigeteilten Verstärkungsring und
6 schematisch zwei Walzen zur Herstellung einer mittleren Trägereinheit mit u-förmigen Profil.
Im folgenden wird auf die DE 102 55 209.6-21 Bezug genommen, deren Inhalt und Terminologie als in der vorliegenden Anmeldung aufgenommen gelten soll. Die DE 102 55 209.6-21 beschreibt dabei eine Achsbrücke, die sich u.a. aus einer mittleren Trägereinheit und zwei an deren gegenüberliegenden Seiten bewegungsfest befestigten Achseinheiten zusammensetzt.
1 zeigt eine mittlere Trägereinheit 1 eines Achsbrückengehäuses in einer ersten Ausgestaltungsalternative. Die Trägereinheit 1 hat dabei – vereinfacht gesehen – die Form eines Ringes mit u-förmigen Profil 2. Dabei ist die Grundform des Ringes ein Hohlzylinder, der an den beiden den Achseinheiten zugewandten Seiten teilelliptische Ausbuchtungen 3, 4 aufweist. Diese teilelliptischen Ausbuchtungen 3, 4 weisen jeweils eine zusätzliche Ausbiegung 5, 6 auf, aus der jeweils ein kreisrunder Ausschnitt 7, 8 ausgesägt ist, so dass dort die beiden in der DE 102 55 209.6-21 ersichtlichen Achseinheiten angeschweißt werden können. Diese Verschweißung kann beispielsweise mit dem Laserschweißverfahren erfolgen.
Die beiden Enden der ringförmigen Trägereinheit 1 sind auf Stoß angelegt und mittels einer Schweißnaht 9 ebenfalls laserverschweißt. Diese Schweißnaht 9 liegt in der mittleren senkrechten Teilungsebene der Trägereinheit 1. In der in 1 dargestellten Ausgestaltungsalternative liegt die Schweißnaht 9 in Einbaulage der Trägereinheit 1 unten. Alternativ könnte die Schweißnaht auch in Einbaulage des Trägereinheit 1 oben liegen.
2 zeigt die mittlere Trägereinheit 1 aus 1 in einer Ansicht gemäß Linie II-II aus 1. Dabei ist deutlich das u-förmige Profil 2 zu erkennen. Die Trägereinheit 1 erhält dabei Ihre Form im Walzverfahren. D.h. ein Bandstahl oder alternativ ein u-förmig vorgeformtes Stahlblech wird entlang zwei Walzen in die besagte Form gewalzt.
3 zeigt eine mittlere Trägereinheit 10 eines Achsbrückengehäuses in einer zweiten Ausgestaltungsalternative. Im Gegensatz zur ersten Ausgestaltungsalternative besteht hier die Trägereinheit aus zwei gewalzten u-förmigen Blechen 11, 12. Diese beiden Bleche 11, 12 haben die gleiche Form und sind bezüglich der mittleren Horizontalebene 13 der Trägereinheit 10 spiegelsymmetrisch angeordnet. Die beiden Bleche 11, 12 sind an deren beiden Endbereichen miteinander laserverschweißt. Im unverschweißten Mittelteil der Trägereinheit 10 klaffen die beiden Bleche 11, 12 auseinander so dass sich mittig eine Hohlzylinderform ergibt, die an den beiden diametral zueinander angeordneten Seiten spitz zuläuft. In den beiden sich dort bildenden Ausläufen 99, 98 wird nach dem Zusammenschweißen der beiden u-förmigen Bleche 11, 12 jeweils ein in der Zeichnung nicht dargestelltes näherungsweise dreieckiges Blechstück eingeschweißt. Damit wird der Materialverschnitt kleinstmöglich gehalten.
Die seitlichen Öffnungen 14a, 14b, an welche die beiden Achseinheiten angeschweißt werden, haben eine abgerundet rechteckige Form 15, da sich diese Form 15 aus den zwei miteinander verschweißten u-förmigen Blechen 11, 12 ergibt, welche einander geöffnet zugewandt sind, wie in 4 ersichtlich ist.
In 5 ist anhand eines kompletten Achsbrückengehäuses 100 dargestellt, wie die mittleren Trägereinheiten 1, 10 gemäß den ersten beiden Ausgestaltungsalternativen 1, 2 und 3, 4 verstärkt und verschlossen werden. Dazu ist zum einen ein Deckel 101 und zum anderen ein zweigeteilter Verstärkungsring 102 vorgesehen. Der zweigeteilte Verstärkungsring 102 umfasst die beiden Ringsegmente 103, 104.
Bei beiden Ausgestaltungsalternativen der Trägereinheit 1, 10 bildet sich mittig eine hohlzylinderförmige Öffnung. Diese hohlzylinderförmige Öffnung wird in Fahrtrichtung von hinten gesehen mittels des Deckels 101 verschlossen. Dieser Deckel 101 besteht aus tiefgezogenem Blech und ist mit der Trägereinheit 1 bzw. 10 laserverschweißt. In Fahrtrichtung von vorne gesehen werden geringfügig radial außerhalb der Außenkante der hohlzylinderförmigen Öffnung die beiden Ringsegmente 103, 104 an die Trägereinheit lasergeschweißt. Infolge der angeschweißten Ringsegmente 103, 104 ist der mittige Bereich besonders steif, so dass die hohen Abstützkräfte, aufgenommen werden können, welche von einem innerhalb der besagten Hohlzylinderform angeordneten Augleichsgetriebes in die Trägereinheit eingeleitet werden.
6 zeigt schematisch zwei Walzen 200, 201 zur Herstellung einer mittleren Trägereinheit 202 mit u-förmigen Profil. Die eine Walze 200 wird als Positivform bezeichnet und zieht das Bandblech beim Rotieren gemeinsam mit der zweite Walze, welche die Negativform bildet, durch einen u-förmigen Spalt zwischen den beiden Walzen 200, 201. Somit wälzen sich die Walzen beidseitig am Bandblech ab.
Das Bandblech kann sowohl als flaches Blechband ausgestaltet sein, als auch als vorgeformtes u-förmiges Blechband ausgestaltet sein.
Das Blech ist vorzugsweise Stahlblech. Die Verwendung von Aluminiumblech ist auch möglich, um Gewicht zu sparen und um das Walzverfahren mit geringeren Kräften ausführen zu können.
Der Aluminiumwerkstoff ist mit aus Aluminium gefertigten Achseinheiten schweißbar.
Bei sämtlichen der in den Ausführungsbeispielen ausgeführten Verschweißungen ist jedes technisch machbare Schweißverfahren möglich. Dies betrifft insbesondere

– die Schweißnaht am Stoß des Trägerteils gemäß 1,
– die Schweißnähte zwischen den beiden u-förmigen Blechen gemäß 3,
– die Schweißnähte an den näherungsweise dreieckigen Blechstücken, welche sich in den Ausläufen gemäß 3 befinden und
– die Schweißnähte an dem zweigeteilten Verstärkungsring.

Insbesondere können

– das Laserschweißverfahren
– das Metall-Aktivgas-Schmelzschweißverfahren, d.h. das MAG-Schweißverfahren
– das Laser-Hybrid-Schweißverfahren, bei dem es sich um eine Kombination aus dem Laserstrahl-Schutzgasschweißen und dem Metall-Schutzgasschweißen handelt,

Die Wälzmaschine ist programmierbar, um die von der einfachen Kreisform abweichenden Formen gemäß der ersten und der zweiten Ausgestaltungsalternative der mittleren Trägereinheit 1 bzw. 10 herzustellen.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1, 10) aus gewalztem Blech besteht.
Mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Achseinheiten an der mittlere Trägereinheit (1, 10) festgeschweißt sind.
Mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1) einen Ring bildet, dessen Enden miteinander verschweißt sind.
Mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (10) aus zwei Blechteilen besteht, die miteinander verschweißt sind.
Mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge nach Patentanspruche 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blechteile (11, 12) baugleich sind.
Herstellungsverfahren für eine mittlere Trägereinheit eines Achsbrückengehäuses für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1, 10) in einem Walzverfahren bearbeitet wird.
Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit nach dem Walzverfahren zusammengeschweißt und mit Öffnungen (7, 8) versehen wird, in deren Bereich Achseinheiten befestigt werden.
Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißnaht zumindest eines Blechteils der Trägereinheit zeitlich vor dem Walzverfahren der Trägereinheit vorbereitet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Patentansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1, 10) in einer Symmetrieebene verschweißt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1, 10) eine in Einbaulage im Fahrzeug nach hinten gerichtete Öffnung aufweist, die mittels eines Deckels (101) verschweißt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1, 10) mittels eines Versteifungsringes verschweißt ist.