DE19939851A1 - Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle - Google Patents

Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle

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Abstract

Es wird eine zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle angegeben, welche einen Achsabschnitt umfaßt, welcher mittels Reibungsschweißens an einem Flanschabschnitt angebracht ist. Der Flanschabschnitt ist vorzugsweise aus einem relativ kohlenstoffreichen Stahlmaterial, wie SAE 1050 Mod (Mn 0,80-1,10%), hergestellt, um die Erfordernisse hinsichtlich der Härte für eine Lagerlauffläche zu bekommen, und der Achsabschnitt ist vorzugsweise aus einem vorrätigen Stangenstahlmaterial, wie SAE 1038, SAE 1040 oder SAE 8630, hergestellt, welches einen geringfügig niedrigeren Kohlenstoffgehalt hat, um eine günstige und ausgewogene Verknüpfung von Festigkeit und Duktilität zu bekommen. Der Reibungsschweißbereich ist vorzugsweise innerhalb der Lagerlauffläche angeordnet, und wenn die zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle einmal zusammengeschweißt ist, kann sie teilweise durch maschinelle Bearbeitung profiliert werden, es kann eine Wärmebehandlung vorgenommen werden und/oder es können maschinelle Bearbeitungen zur Erzielung der abschließenden Abmessungen ausgeführt werden.

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einer neuartig ausgelegten zweiteili­ gen, reibungsgeschweißten Kraftfahrzeug-Achswelle. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug- Achswelle, welche einen Achsabschnitt umfaßt, welcher mittels Reibungs­ schweißen an einem Flanschabschnitt angebracht ist.
Kraftfahrzeug-Achswellen sind beträchtlichen Belastungen ausgesetzt, wel­ che Belastungen durch Kräfte und Schwingungen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs umfassen. Manchmal tritt ein durch Torsionsüberbelastung verursachtes Versagen an den Kraftfahrzeug-Achswellen infolge von vor­ schriftswidrigen Betriebsbedingungen auf. Derartige Versagenserscheinungen können dazu führen, daß sich das Rad und/oder die Kraftfahrzeug-Achswelle von dem Fahrzeug lösen können.
Übliche Kraftfahrzeug-Achswellen wurden bisher einteilig aus einem Material, typischerweise Stahl, hergestellt, welches eine im wesentlichen gleichmäßige chemische Zusammensetzung über die gesamte Kraftfahrzeug-Achswelle hinweg hat. Obgleich sich die Eigenschaften an gewissen Teilen der Kraft­ fahrzeug-Achswelle sich durch Materialbehandlungsvorgänge, wie Wärmebe­ handlungen oder örtlich vorgenommene Materialbehandlungen, wie Induk­ tionshärten, Entspannungsbehandlungen, Tempern und/oder Kugelstrahlen, modifizieren lassen, sind die hierbei erhaltenen unterschiedlichen Eigen­ schaften durch die chemische Zusammensetzung des eingesetzten Materials beschränkt. Dies ist unerwünscht, da gewisse Teile der Kraftfahrzeug-Achs­ welle hohen Kontaktbelastungen ausgesetzt sind, und daher an dieser Stelle zusätzlich härtere Eigenschaften als an anderen Teilen der Kraftfahrzeug- Achswelle erforderlich sind, welche weniger hart sein sollten, aber zusätzlich eine Duktilität besitzen sollten. Derartige ausgewogene Eigenschaften lassen sich nur mit Schwierigkeiten erzielen, wenn ein Material eingesetzt wird, welches eine im wesentlichen gleichmäßige Zusammensetzung hat. Ferner können spezielle Materialbehandlungsarbeiten teuer werden und sie können zeitraubend sein.
Übliche reibungsgeschweißte Achswellen wurden bei solchen Anwendungs­ fällen eingesetzt, bei denen im wesentlichen keine Biegebeanspruchungen aufgenommen werden müssen. Jedoch ist es erwünscht, eine zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle auch bei solchen Anwen­ dungsfällen einzusetzen, bei denen Fahrzeugbiegebeanspruchungen aufge­ nommen werden müssen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird eine zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle bereitgestellt, welche einen Achsabschnitt umfaßt, welcher mittels Reibungsschweißen an einem Flanschabschnitt angebracht ist. Der Flanschabschnitt ist vorzugs­ weise aus einem relativ kohlenstoffreichen Stahlmaterial, wie SAE 1010 Mod (Mn 0,80-1,10%), hergestellt, um die Härte für die Lagerlauffläche bereitzu­ stellen, und der Achsabschnitt ist vorzugsweise aus einem vorrätigen Stan­ genmaterial, wie SAE 1038, SAE 1040 oder SAE 8630, hergestellt, welches einen geringeren Kohlenstoffgehalt hat, um günstige ausgewogene Eigen­ schaften hinsichtlich Festigkeit und Duktilität zu bekommen. Der Reibungs­ schweißbereich ist innerhalb der Lagerlauffläche angeordnet, und wenn die zweiteilige Kraftfahrzeug-Achswelle einmal zusammengeschweißt ist, kann sie zur abschließenden Profilierung maschinell bearbeitet werden, wärmebe­ handelt werden und schließlich maschinell auf die abschließenden Abmes­ sungen bearbeitet werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht mit Teilschnittdarstellung von einer zweiteiligen, reibungsgeschweißten Kraftfahrzeug-Achswelle gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiteiligen, reibungsgeschweißten Kraftfahr­ zeug-Achswelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, verdeutlicht in dem mit 2 in Fig. 1 verdeutlichten Kreisaus­ schnitt, und
Fig. 3 eine äußere Endansicht der zweiteiligen, reibungsgeschweißten Kraft­ fahrzeug-Achswelle gemäß der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform einer zweiteiligen, reibungsgeschweißten Kraftfahrzeug-Achswelle näher erläutert, welche nach der Erfindung ausge­ legt ist und insgesamt in den Zeichnungen mit 10 bezeichnet ist. Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wird an Hand den Fig. 1 bis 3 in einer Seitenansicht, in einer Teilquerschnittsansicht und in einer Draufsicht entsprechend der Schnittlinie 2-2 in Fig. 3 und einer außen­ seitigen Endansicht eine zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug- Achswelle 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt. Die zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle 10 umfaßt im allgemeinen einen Achsabschnitt 12, welcher mittels Reibungs­ schweißens an einem Schweißbereich 14 mit einem Flanschabschnitt 16 verbunden ist. Der Flanschabschnitt 16 ist vorzugsweise aus einem relativ kohlenstoffreichen Stahlmaterial, wie SAE 1050, Mod (Mn 0,80-1,10%), hergestellt, um die Anforderungen hinsichtlich der Härte für eine Lagerlauf­ fläche bereitzustellen, und der Achsabschnitt 12 ist vorzugsweise aus einem vorrätigen Stahlstangenmaterial, wie SAE 1038, SAE 1040 oder SAE 8630, hergestellt, welches einen geringfügig niedrigeren Kohlenstoffgehalt hat, um in ausgewogener Weise eine ausreichende Festigkeit sowie eine ausreichen­ de Duktilität zu erhalten. Der Schweißverbindungsbereich 14 ist vorzugs­ weise auf der Innenseite des innenseitigen Endes der Lagerlauffläche 18 vorgesehen, und wenn die zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug- Achswelle 10 einmal zusammengeschweißt ist, kann sie zur Profilierung teilweise maschinell bearbeitet werden, es kann eine Wärmebehandlung vorgenommen werden, und sie kann maschinell auf die abschließenden Abmessungen bearbeitet werden.
Manchmal tritt ein Versagen von Kraftfahrzeug-Achswellen durch Torsions­ überbelastungen infolge von vorschriftswidrigen Arbeitsbedingungen auf. Ein derartiges Versagen kann dazu führen, daß sich das Rad und/oder die Kraftfahrzeug-Achswelle von dem Fahrzeug trennen kann. Die zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle 10 nach der Erfindung kann als eine zweiteilige, reibungsgeschweißte, teilweise schwimmend gelagerte Kraftfahrzeug-Hinterachswelle eingesetzt werden, wobei die Lagereigen­ schaften mit der Duktilität und Überlastungseigenschaften eines relativ kohlenstoffarmen Stahlmaterials mit einer hohen Härte eines relativ kohlen­ stoffreichen oder eines Stahlmaterials mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ver­ knüpft werden können, welches als die auf der Welle liegende Lagerlauf­ fläche dient. Eine solche Auslegung bringt den Vorteil mit sich, daß man unterschiedliche, inhärente Materialeigenschaften bei einer solchen zweiteili­ gen, reibungsgeschweißten Kraftfahrzeug-Achswelle hat.
In typischer Weise wurden reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswellen bei solchen Anwendungsgebieten eingesetzt bei denen im wesentlichen keine Biegebelastungen auftreten. Die zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle 10 nach der Erfindung hingegen kann als eine zweiteilige, reibungsgeschweißte, teilweise schwimmend gelagerte Kraftfahr­ zeug-Hinterachswelle eingesetzt werden, wobei auch Lager wirksam sind und daher Biegebelastungen vom Fahrzeug aufgenommen werden müssen.
Obgleich die Erfindung voranstehend an Hand von bevorzugten Ausführungs­ formen erläutert worden ist, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht be­ schränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungs­ gedanken zu verlassen.

Claims (20)

1. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle, welche folgendes aufweist:
einen Flanschabschnitt (16) mit einem innenliegenden Ende, wobei der Flanschabschnitt (16) aus eine Stahlmaterial hergestellt ist, welches einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt hat; und
einen Achsabschnitt (12), welcher ein äußeres Ende hat, wobei der Achsabschnitt (12) aus einem Stahlmaterial hergestellt ist, wel­ ches einen relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt hat, und wobei das innenliegende Ende des Flanschabschnitts (16) an dem außenliegen­ den Ende des Achsabschnitts (12) mittels eines Reibungsschweißver­ fahrens angeschweißt ist, um die zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle (10) zu bilden.
2. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsabschnitt (12) aus einem Stahlstangenmaterial hergestellt ist.
3. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlstangenmaterial SAE 1038 ist.
4. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlstangenmaterial SAE 1040 ist.
5. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlstangenmaterial SAE 8630 ist.
6. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch­ abschnitt (16) aus SAE 1050 Mod (Mn 80-1,10%) hergestellt ist.
7. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungs­ schweißbereich (14) von einer Lagerlauffläche nach innen angeordnet ist.
8. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiteilige, reibungs­ geschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle (10) zur Profilierung teilweise maschinell bearbeitet ist, gegebenenfalls eine Wärmebehandlung erfolgt und dann eine maschinelle Bearbeitung auf die Endabmessun­ gen ebenfalls im Anschluß auf den Reibungsschweißvorgang erfolgt.
9. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungs­ schweißbereich (14) von der Lagerlauffläche nach innen liegt.
10. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiteilige, reibungs­ geschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle (10) zur Profilierung teilweise maschinell bearbeitet ist, gegebenenfalls eine Wärmebehandlung erfolgt und dann eine maschinelle Bearbeitung auf die Endabmessun­ gen ebenfalls im Anschluß auf den Reibungsschweißvorgang erfolgt.
11. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiteili­ ge, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle (10) zur Profilierung teilweise maschinell bearbeitet ist, gegebenenfalls eine Wärmebe­ handlung erfolgt und dann eine maschinelle Bearbeitung auf die Endabmessungen ebenfalls im Anschluß auf den Reibungsschweiß­ vorgang erfolgt.
12. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Achs­ abschnitt (12) aus SAE 1038 Material hergestellt ist.
13. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsschweißbe­ reich (14) von der Lagerlauffläche nach innen liegt.
14. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Achs­ abschnitt (12) aus SAE 1040 Material hergestellt ist.
15. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsschweißbe­ reich (14) von der Lagerlauffläche nach innen liegt.
16. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiteilige, reibungs­ geschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle (10) zur Profilierung teilweise maschinell bearbeitet ist, gegebenenfalls eine Wärmebehandlung erfolgt und dann eine maschinelle Bearbeitung auf die Endabmessun­ gen ebenfalls im Anschluß auf den Reibungsschweißvorgang erfolgt.
17. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Achs­ abschnitt (12) aus SAE 8630 Material hergestellt ist.
18. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsschweißbe­ reich (14) auf der Lagerlauffläche nach innen liegt.
19. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch­ abschnitt (16) aus SAE 1050 Mod (Mn 0,80-1,10%) hergestellt ist.
20. Zweiteilige, reibungsgeschweißte Kraftfahrzeug-Achswelle nach An­ spruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsschweißbe­ reich (14) von der Lagerlauffläche nach innen liegt.
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