DE19720133A1 - Kraftfahrzeug-Hinterachse und Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeug-Hinterachse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.

Derartige Hinterachsen sind aus der DE 43 30 192 A1 und der DE 43 10 526 A1 bekannt. Durch das halboffene Querschnittsprofil, das vorzugsweise in V- oder U-Form ausgebildet ist, kann auf einfache Weise gewährleistet werden, daß der die beiden radtragenden Längslenker verbindende Achsträger hinreichend biegesteif ist gegenüber insbesondere durch einseitige Belastungen auftretende Biegemomente, jedoch Einfedervorgänge der Rä­ der ermöglicht und bei einseitigen Einfedervorgängen als Stabilisator wirkt.

Die Hinterachse wird dabei üblicherweise hergestellt, indem zunächst ein im wesentlichen geradliniger Achsträger mit halboffenem Querschnittsprofil an seinen Enden an biegesteife Übergangsglieder angeschweißt wird, wodurch ein erstes Bauteil ausgebildet wird. An die­ ses Bauteil werden die Längslenker anschließend seitlich angeschweißt, wobei die Schweißnaht überwiegend zwischen dem Längslenker und dem Übergangsglied verläuft. Die Herstellung der bekannten Hinterachse verlangt somit die Herstellung von fünf Bautei­ len, dem Achsträger, den beiden Längslenkern und den beiden Übergangsgliedern, wobei die Bauteile mit hoher Fertigungsgenauigkeit hergestellt und anschließend mit mehreren Schweißnähten zusammengefügt werden müssen. Beim Verschweißen der Bauteile tritt zu­ sätzlich eine Beeinträchtigung durch die Wärmeeinleitung im Bereich der Schweißnähte, z. B. in Form einer Verkohlung usw., auf, so daß gerade in den mechanisch besonders bean­ spruchten und empfindlichen Übergangsbereich zwischen Achsträger und Längslenkern Materialschwächungen und Materialdefekte auftreten können.

Aus diesem Grund sind neue Herstellungsverfahren für diese Hinterachsen vorgeschlagen worden, wie z. B. das hydraulische Innenhochdruck-Umformverfahren, bei dem ein Rohr ra­ dial aufgeweitet wird, bis es eine vorgegebene Endform erreicht. Durch dieses Verfahren lassen sich Hohlkörper herstellen, die eine homogene Materialzusammensetzung haben und deren Wandstärke kontinuierlich variiert werden kann, so daß die mechanischen Eigenschaf­ ten gezielt verändert werden können.

Die EP 0 650 860 A1 beschreibt eine Kraftfahrzeug-Hinterachse, bei der der Achsträger und die Längslenker durch einen Grundkörper gebildet werden, der aus einem Rohr durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren mit nicht konstanter Wandstärke und Querschnittsgeometrie ausgebildet wird. Um den als Hohlkörper ausgebildeten Grundkörper im Bereich des Achsträgers hinreichend torsionsweich auszubilden, wird der Querschnitt sternförmig mit drei Querschnittsflügeln ausgebildet, wohingegen der Übergangsbereich und die Längslenker mit einem viereckigen Querschnitt ausgebildet werden, um hier eine hohe Steifigkeit zu erreichen. Nachteilig an dieser im wesentlichen aus einem hohlen Grundkörper gefertigten Hinterachse ist jedoch, daß der Bereich des Achsträgers zweischalig ausgebildet ist und somit einen höheren Materialaufwand erforderlich macht und aufgrund der Steifigkeit eines Hohlkörpers nur eine geringe Torsionsweichheit zuläßt. Da der Längslenker bereits in dem hohlen Grundkörper enthalten ist, müssen zusätzliche notwendige Teile wie z. B. die Radträgerplatten, Federsitze und Augen zur Befestigung des Stoßdämpfers nachträglich mit mehreren Schweißnähten und mehreren Fertigungsschritten an dem Grundkörper angeschweißt werden.

Die DE 44 16 725 A1 beschreibt eine Hinterachse, bei der der Achsträger als torsionswei­ cher Hohlkörper ausgebildet ist, an dem nachträglich die Längslenker seitlich angeschweißt werden. Die Längslenker können somit als Gußteile ausgearbeitet werden, an denen die er­ forderlichen zusätzlichen Teile bereits integriert sind. Der Achsträger kann dabei ebenfalls durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellt werden. Nachteilig an dieser Hinter­ achse ist jedoch weiterhin, daß der doppelwandige Querschnitt einen höheren Materialauf­ wand erforderlich macht und somit zu hohen Materialkosten und einem großen Gesamtge­ wicht der Hinterachse führt. Weiterhin kann der zur Einleitung der Torsionsschwingung der Räder über die Längslenker erforderliche Übergangsbereich nicht einteilig mit dem Achsträ­ ger hergestellt werden, so daß zusätzliche Schweißnähte in diesem mechanisch besonders beanspruchten Bereich notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hinterachse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einem einwandigen Achsträger und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 derartig weiterzubilden, daß sie kostengünstig, mit wenig Materialaufwand und geringer Fertigungszeit hergestellt werden kann und eine hohe Festigkeit, insbesondere auch in dem Übergangsbereich zwischen dem Achsträger und den Längslenkern aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeug-Hinterachse nach Anspruch 1 und ein Verfah­ ren nach Anspruch 6 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hinterachse und des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Erfindungsgemäß werden somit der Achsträger und die giebelförmigen Übergangsbereiche durch ein Bauteil gebildet, das durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren und einen an­ schließenden Beschnitt hergestellt worden ist, so daß die beiden Längslenker an dieses Bauteil nur noch seitlich angeschweißt werden müssen. Somit kann ein Achsträger durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellt werden, der somit aus homogenem Material hergestellt ist und eine hohe Festigkeit aufweist, und der dennoch einwandig ist. Indem er­ findungsgemäß die Übergangsbereiche ebenfalls durch das Innenhochdruck-Umformverfah­ ren hergestellt werden, sind diese mechanisch besonders beanspruchten Bereiche ebenfalls aus homogenem Material hergestellt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist dabei, daß die erfindungsgemäße Hinterachse nach Anspruch 2 genau der Hälfte eines durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umform­ verfahren hergestellten Bauteils entspricht bzw. gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 ein durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren verformtes Rohr halbiert wird und die beide Hälften jeweils als den Achsträger und die beiden Übergangsglieder enthaltendes Bauteil verwendet werden können. Somit können durch ein (hydraulisches) Innenhochdruck- Umformverfahren zwei Bauteile hergestellt werden, so daß die entsprechenden Fertigungs­ kosten für dieses Bauteil entsprechend halbiert werden können und nur ein relativ geringer Abfall durch den Beschnitt entsteht.

Der Übergangsbereich zwischen dem Achsträger und den Längslenkern kann dabei auf vorteilhafte Weise nach den Ansprüchen 3 bzw. 8 entsprechend den mechanischen Anforde­ rungen durch eine längliche Aufweitung hergestellt werden, so daß eine gute Übertragung der Radkräfte und der dadurch erzeugten Momente in den Achsträger gewährleistet wird.

Die Vorteile des Innenhochdruck-Umformverfahrens können dabei nach den Ansprüchen 4 bzw. 9 dahingehend ausgenutzt werden, daß das Bauteil mit einer veränderlichen Wand­ stärke ausgebildet wird, so daß insbesondere eine kontinuierliche Verringerung der Wand­ stärke im Übergangsbereich vom Achsträger hin zu den Längslenkern ausgebildet werden kann, die günstigere Spannungsübergänge unter Torsions- und/oder Biegebeanspruchung der Achse bewirkt.

Durch die direkte Verschweißung, d. h. Verschweißung ohne Verwendung zusätzlicher Zwi­ schenstücke, zwischen dem Achsträger und dem Längslenkern nach Anspruch 5 wird eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglicht.

Falls im Übergangsbereich zwischen dem Achsträger und den Längslenkern eine größere Dehnung des Materials erforderlich ist, kann der Achsträger nach Anspruch 8 durch ein zweistufiges Verfahren hergestellt werden, indem nach einem ersten Innenhochdruck-Um­ formvorgang das entsprechend vorgeformte Rohr zunächst geglüht wird, um innere Span­ nungen in dem Material abzubauen, und anschließend eine weitere Aufweitung in einem zweiten Innenhochdruck-Umformvorgang vorgenommen wird, um das so hergestellte Bauteil anschließend beschneiden zu können.

Die Erfindung wird im folgenden an einer Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Draufsicht auf eine Kraftfahrzeug-Hinterachse gemäß der Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

die Fig. 2 bis 4 verschiedene Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine Verbundlenker-Hinterachse weist gemäß Fig. 1 zwei Längslenker 10, 10′ auf, die mit jeweiligen Radträgern 7, 7′ zur Aufnahme der Fahrzeugräder verbunden sind und über Len­ kerlager 9, 9′ am Fahrzeugaufbau befestigt werden. Die Längslenker 10, 10′ sind über einen in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Achsträger 1 miteinander verbunden. Um Einfeder­ vorgänge der an den Radträgern 7, 7′ befestigten Räder gegenüber dem Fahrzeugaufbau zu ermöglichen, ist der Achsträger 1 mit einem halboffenen Profil, vorzugsweise in V-Form, aber auch z. B. in U- oder L-Form, gegebenenfalls auch in X-Form, ausgebildet.

Erfindungsgemäß wird ein einteiliges Bauteil 12 verwendet für die Ausbildung des Achsträ­ gers 1 und der Übergangsbereiche 6, 6′. An das Bauteil 12 sind seitlich die Längslenker 10, 10′ über Schweißnähte 8, 8′ angefügt. Die Wandstärke des Bauteils 12 nimmt dabei in den Übergangsbereichen 6, 6′ vom Achsträger 1 zu den Längslenkern 10, 10′ hin kontinuierlich ab, um eine gute Anbindung der Längslenker an den Achsträger 1 zu ermöglichen, die verti­ kale Auslenkungen der Radträger 7, 7′, insbesondere wechselseitig entgegengesetzte Aus­ lenkungen der Radträger 7, 7′ in vertikaler Richtung, d. h. aus der Zeichenebene hinaus, er­ möglicht. Das Bauteil 12 und die Längslenker 10, 10′ können dabei sowohl aus Stahl als auch aus einem Leichtmetall, z. B. Aluminium, hergestellt werden.

Die Hinterachse wird dabei durch mehrere aufeinanderfolgende Schritte hergestellt, die in den Fig. 2 bis 4 beschrieben sind, wobei die mehrteilige Form der herkömmlichen Hin­ terachse gemäß dem Stand der Technik durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Zunächst wird gemäß Fig. 2 ein als Halbzeug dienendes Rohr 2 mit rundem Querschnitt 14 seitlich eingespannt und anschließend gemäß Fig. 3 nach dem bekannten hydraulischen Innenhochdruck-Umformverfahren von innen mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit beaufschlagt. Aufgrund des hohen Innendrucks wird das Rohr radial gedehnt, wobei die Endform des verformten Rohrs 3 durch ein entsprechendes äußeres Formteil vorgegeben wird. Das verformte Rohr 3 ist dabei zu einer durch die axiale Mittelpunktslinie verlaufende vertikale, d. h. aus der Zeichenebene herausgehende Ebene spiegelsymmetrisch ausgebil­ det. Das Rohr wird gemäß Fig. 3 in mittleren Bereichen mit doppel-V-förmigen Querschnit­ ten 15, und in weiter außen gelegenen Bereichen mit länglichen ovalen oder ellipsoiden Querschnitten 16 ausgebildet, während die äußeren Endbereiche des Rohrs ihren runden Querschnitt beibehalten.

Falls die gewünschte Dehnung im weiter außen gelegenen Bereich, der dem späteren Übergangsbereich 6, 6′ des Bauteils entspricht, größer ist als die vom Material her zulässige maximale Dehnung, kann das Rohr auch in mehreren, z. B. in zwei Schritten, hergestellt werden, indem das Rohr 2 zunächst mittels eines hydraulischen Innendruck-Umformverfah­ rens in eine erste Vorform überführt wird, anschließend diese erste Vorform geglüht wird, um innere Spannungen in dem Material abzubauen, und die erste Vorform in einem zweiten In­ nenhochdruck-Umformverfahren in ihre Endform überführt wird.

Von dem so hergestellten verformten Rohr 3 werden anschließend gemäß Fig. 4 entspre­ chend dem gewünschten Beschnitt zwei gleiche Bauteile, ein erstes Bauteil 11 und ein zweites Bauteil 12 hergestellt. Dabei werden die Endbereiche des verformten Rohrs 3 ent­ fernt, wobei die für die späteren Übergangsbereiche 6, 6′ gewünschte Kontur ausgebildet wird. Die beiden Bauteile 11 und 12 werden anschließend durch Halbieren des beschnitte­ nen verformten Rohrs in einer vertikalen Ebene hergestellt, so daß zwei Bauteile 11 und 12 erzeugt werden, die jeweils in ihrem Mittelbereich, d. h. dem Bereich des Achsträgers 1, die gewünschte V- oder U-Profilform aufweisen und nach außen hin mit kontinuierlich abneh­ mender Wandstärke aufgeweitet sind zu Übergangsbereichen 6, 6′. Der Beschnitt des ver­ formten Rohrs und das Halbieren des beschnittenen verformten Rohrs kann z. B. durch ein Plasmaschneidverfahren erreicht werden.

Dabei kann das oben beschriebene Verfahren auch dahingehend abgewandelt werden, daß das verformte Rohr 3 zunächst halbiert und anschließend mit der gewünschten seitlichen Kontur beschnitten wird.

Auf diese Weise können durch ein Herstellungsverfahren gleichzeitig zwei Bauteile herge­ stellt werden, die jeweils einen Achsträger 1 und die Übergangsbereiche 6, 6′ einer Hinter­ achse bilden. An die jeweiligen Bauteile 11, 12 werden anschließend die Längslenker 10, 10′ gemäß Fig. 1 angeschweißt.

Die derartig hergestellte Hinterachse weist somit ein Bauteil 12 auf, das den Achsträger 1 und die Übergangsbereiche 6, 6′ umfaßt. Somit kann gegenüber der herkömmlichen Kon­ struktion Material gespart werden, da im Übergangsbereich an die Querstrebe keine zusätz­ lichen Schuhe angeschweißt werden, bei denen eine unnötige doppelwandige Struktur im äußeren Endbereich auftritt. Weiterhin wird durch die kontinuierliche Verringerung der Wandstärke des Bauteils vom Achsträger 1 zu den äußeren Endbereichen hin Material ge­ spart. Da das Bauteil 12 einteilig hergestellt ist, treten im Übergangsbereich 6 keine Material­ schwächungen oder Materialdefekte durch ein Schweißverfahren auf.

Da aufgrund des einteiligen Bauteils 12 etwa die Hälfte der Scheißnähte entfällt, kann die erfindungsgemäße Hinterachse kostengünstiger hergestellt werden. Es werden nur ein Bauteil 12 und die beiden Längslenker 10, 10′ benötigt, und die Fertigungszeit kann verrin­ gert werden, da durch ein mehrstufiges Verfahren gleichzeitig zwei Bauteile 11 und 12 her­ gestellt werden, die anschließend lediglich mit den Längslenkern verschweißt werden müs­ sen.

Da das Bauteil 12 einteilig hergestellt ist, besitzt es aufgrund des homogenen Materials eine höhere Festigkeit.

Die Wandstärke im Übergangsbereich 6, 6′ kann entsprechend dem mechanischen Erfor­ dernissen kontinuierlich verändert werden, so daß die mechanischen Eigenschaften der Hinterachse verbessert werden. Somit können die Vorteile eines Innenhochdruck-Umform­ verfahrens für die Hinterachse verwendet werden, und es kann dennoch der Achsträger einwandig ausgebildet werden, so daß die Hinterachse ein geringes Gesamtgewicht auf­ weist. In die Längslenker 10, 10′ können dabei in bekannter Weise die weiteren notwendigen technischen Mittel zur Aufnahme weiterer Bauteile integriert werden.

Claims (10)

1. Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere Verbundlenker-Hinterachse, mit zwei Längslenkern (10, 10′) zur Aufnahme von Radträgern (7, 7′), wobei die Längslenker über biegesteife Übergangsbereiche (6, 6′) mit einem torsionsweichen und biegestei­ fen einwandigen Achsträger (1) verbunden sind, der ein halboffenes Profil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsträger (1) und die Übergangsbereiche (6, 6′) durch ein Bauteil gebildet wer­ den, das durch Beschnitt eines durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformver­ fahren verformten Rohrs hergestellt ist und die Längslenker (10, 10′) an dieses Bauteil angeschweißt sind.

2. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (12) der Hälfte des beschnittenen, durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren verformten Rohrs entspricht.

3. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biegesteife Über­ gangsbereich (6, 6′) zwischen dem Achsträger (1) und den Längslenkern (10, 10′) gebildet ist durch eine längliche Aufweitung des Bauteils (12).

4. Hinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Bauteils (12) in den Übergangsbereichen (6, 6′) verändert, vorzugs­ weise vom Mittelbereich zu den Endbereichen hin kontinuierlich verdünnt ist.

5. Hinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (10, 10′) direkt an das Bauteil (12) angeschweißt sind.

6. Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere einer Ver­ bundlenker-Hinterachse, mit zwei Längslenkern (10, 10′), die über biegesteife Über­ gangsbereiche (6, 6′) mit einem torsionsweichen und biegesteifen einwandigen Achs­ träger (1) verbunden sind, insbesondere einer Hinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (2) durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren verformt wird, das verformte Rohr an äußeren axialen Endbereichen und in seiner Längsrichtung derartig beschnitten wird, daß ein so hergestelltes Bauteil (11, 12) zumindest in sei­ nem Mittelbereich ein halboffenes Profil aufweist, und die Längslenker (10, 10′) an dieses Bauteil angeschweißt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verformte Rohr in sei­ ner Längsrichtung derartig halbiert wird, daß zwei einander zumindest ähnliche, vor­ zugsweise gleiche, Bauteile (11, 12) entstehen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr derartig verformt wird, daß es in axial weiter außen gelegenen Übergangsbereichen (6, 6′) eine längliche Aufweitung erfährt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem hydraulischen Innenhochdruck-Umformverfahren die Wandstärke des Rohrs variiert wird, vorzugsweise vom Mittelbereich zu den Übergangsbereichen (6, 6′) hin verdünnt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) in einem ersten Innenhochdruck-Umformverfahren verformt wird₁ daß so verformte Rohr anschließend erhitzt wird, und in einem weiteren Innenhochdurck-Umformverfah­ ren in seine endgültige Form überführt wird.