DE3207358A1

DE3207358A1 - Fahrzeugbauteile fuer hohe wechselbiegebeanspruchungen

Info

Publication number: DE3207358A1
Application number: DE19823207358
Authority: DE
Inventors: Rütger Dr. 4650 Gelsenkirchen Berchem
Original assignee: Berchem and Schaberg GmbH
Current assignee: Berchem and Schaberg GmbH
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE3207358C2; GB2115728B; IT8319772A0; US4561908A; IT1161018B; GB8305503D0; JPS58197258A; FR2522690A1; GB2115728A

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich technologisch auf Fahrzeugbauteile für hohe Wechselbiegebeanspruchungen, insbesondere auf Fahrwerksbauteile..Hohe Wechselbiegebeanspruchungen bezieht sich dabei auf Zahl der Lastwechsel, Frequenz und Amplitude. Zahlreiche Fahrzeugbauteile sind in diesem Sinne hohen Wechselbiegebeanspruchungen ausgesetzt, insbesondere gilt dieses jedoch für Fahrwerkbauteile.

Die aus der Praxis bekannten Fahrzeugbauteile der beschriebenen Zweckbeziehung bestehen im allgemeinen aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 - 0,45 %, manchmal unter Zulegierung von geringen Mengen von Cr, Mn einzeln oder in Kombination (typische BaustähleCk 45, Ck 35, manchmal 16 Mn Cr 5, 41 Cr 4, größere Bauteile manchmal 42 Cr Mo 4). Die Bauteile werden im Rahmen der Regeln der Ingenieurkunst nach den aufzunehmenden Beanspruchungen dimensioniert. Zur Aufnahme der Beanspruchungen müssen die Bauteile dabei verhältnismäßig schwer ausgeführt werden. Bei der Verwendung von Blechkonstruktionen ergeben sich zwar häufig Möglichkeiten zur Gewichtseinsparung, andererseits im Fahrwerk häufig Platzprobleme. Im Zuge einer Optimierung des Fahrverhaltens sind ungefederte Massen möglichst zu verringern. Hieraus und aus der Forderung nach Kraftstoffeinsparung ergibt sich die Forderung nach Minimierung des Gewichts dieser Fahrzeugbauteile. Im übrigen beobachtet man bei den bekannten Fahrzeugbauteilen Ausfälle unter plötzlicher Überlast nach beträchtlicher vorheriger Dauerbeanspruchung. Der Prüfaufwand zur Aussortierung anfälliger Bauteile für diesen Schadensfall erreicht bis zu 5 % von den gesamten Bauteilkosten, in Einzelfällen noch höhere Beträge. Es ist also auch eine Forderung

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der erhöhten Wirtschaftlichkeit dafür zu sorgen, daß ein gutartiges Verhalten im Überlastfall es gestattet, mehrfache Gegenprüfung zur Risikominderung für den Fahrzeuginsassen zu vermeiden und möglichst nach dem Stand der Technik auf Stichprobenverfahren bei der Prüfung übergehen zu können. Die Gefahr von Einzelausreißern mit bösartigem plötzlichen Sprödbruchausfall erfordert andererseits diese aufwendigen 100 % Prüfungen (die Gefährdungen liegen insbesondere in Falten im Oberflächenbereich, liegen aber auch in unterschiedlichen Verdichtungszonen, z. B. beim Oberflächenverdichten durch Rollen, liegen in den typischen Fehlern, wie sie bei der spanlosen Verformung von Bauteilen auftreten können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Fahrzeugbauteile für die beschriebene Zweckbestimmung zu schaffen, die hohe Wechselbiegebeanspruchungen aufnehmen und sich durch hohe Dauerwechselfestigkeit auszeichnen, die außerdem gutartiges Bruchverhalten bei Ausfällen unter plötzlicher überlast, insbesondere bei Ausfällen unter Überlast nach beträchtlicher vorheriger Dauerbeanspruchung zeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines Werkstoffes vom Typ des Anspruches 1. Die Erfindung betrifft damit allgemein die Verwendung eines Werkstoffes, dem das sonst auffällige Streckverhalten für den behandelten Belastungsfall fehlt, bei dem also unter Beanspruchung vor dem Verformungsbereich und im Verformungsbereich eine Kaltverfestigung praktisch nicht auftritt. Das alles gilt auch für mehrachsige Beanspruchungszustände.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für Fahrzeugbauteile mit hohen Wechselbiegebeanspruchungen nicht nur im üblichen Temperaturbereich, sondern im Temperaturbereich bis -50 C eingesetzt ist. Der Werkstoff eignet sich insbesondere für Fahrzeugbauteile, die als Fahrwerkbauteile ausgeführt sind. Er eignet sich aber auch für Fahrzeugbauteile, die zur Dämpfung von Karosserieschwingungen eingesetzt sind. Ohne weiteres besteht die Möglichkeit, die Fahrzeugbauteile bereichsweise mit unterschiedlichen Festigkeiten auszurüsten, wodurch sich die sogenannte Gestaltfestigkeit der Bauteile häufig beachtlich verbessern läßt.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß die durch die erfindungsgemäße Verwendung gekennzeichneten Fahrzeugbauteile eine sehr hohe Dauerwechselfestigkeit aufweisen und gutartiges Bruchverhalten bei Ausfällen unter plötzlicher überlast, insbesondere nach beträchtlichen vorherigen Dauerbeanspruchungen aufweisen. Der erfindungsgemäß verwendete Werkstoff besitzt gutes Zähigkeitsverhalten, welches Sprödbrüche weitgehend ausschließt, überraschenderweise ist der Werkstoff oberflächenhärtbar, ohne daß er dabei seine außerordentlich zähe Grundstruktur verliert. Die Oberflächenhärtung kann z. B. induktiv mit geringer Schichtdicke erzeugt werden. Nach spanabhebender Bearbeitung kann im übrigen auf eine Materialfestigkeit vergütet werden, die hohe Festigkeiten und Streckgrenzen ermöglicht, und zwar bei Werten für Dehnung und Brucheinschnürung, die den für Fahrzeugbauteile üblichen Werten überlegen sind, überraschend ist fernerhin, daß sich diese günstigen Bedingungen auch in den angegebe-

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nen tiefen Temperaturbereichen nicht wesentlich verschlechtern. Die durch die erfindungsgemäße Verwendung ausgezeichneten Fahrzeugbauteile geben die zusätzliche Möglichkeit, am Bauteil stark unterschiedliche Festigkeiten vorzusehen und dadurch das Bauteil hinsichtlich steifer und elastischer Bereiche oder Komponenten zu optimieren. Insbesondere ergibt sich die Möglichkeit einer Verlagerung von Belastungsspitzen in Bereiche, die durch die Vergütung und/oder Oberflächenhärtung für die Aufnahme dieser Belastungsspitzen besonders eingerichtet worden sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels ausführlich erläutert. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Fahrzeugbauteil, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schwenklager für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb, Fig. 2 einen Lenkhebel in einem Omnibus.

Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeugbauteil besteht aus einem Werkstoff vom Legierungstyp des Anspruchs 1. Das Fahrzeugbauteil wurde durch Schmieden im Gesenk geformt und nach der Formgebung in den Bereichen 1 spanabhebend bearbeitet. Es wurde in den Bereichen 2 auf eine erhöhte Festigkeit vergütet und erfuhr in den Bereichen 3 eine Oberflächenhärtung.

In Fig. 2 wurde im Bereich 2 die sonst vollständig abgestanzte Gratbahn zur Erhöhung des Widerstandsmomentes herangezogen. Die so geschaffene Rippe wurde so optimiert, daß bei etwaigen Anrissen der Rißverlauf außen beginnt, um dann längs der Rippe zu laufen und den Hauptquerschnitt zu schonen.

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Somit sind Möglichkeiten zur Inspektion vor dem endgültigen Ausfall des Bauteils gegeben.

Claims

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-Ing. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: ⁴³⁰° ^{Essen ]} - Theaterplatz 3, Postf. 10 02

56 755/MS- 25. Februar 1982

Patentanmeldung
Berchem & Schaberg GmbH
Am Dördelmannshof 5
4650 Gelsenkirchen

"Fahrzeugbauteile für hohe Wechselbiegebeanspruchungen "

Patentansprüche:
1. Verwendung eines Werkstoffes vom Typ einer Richtanalyse

C 0,35 - 0,45,
Si <0,5,
Mn 0,6 - 0,9,
Cr 0,7-1,1,
Mo 0,25 - 0,45,
Ni 1,6-2,1,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, für durch Schmieden geformte Fahrzeugbauteile für hohe Wechselbiegebeanspruchungen, wobei die Fahrzeugbauteile nach der Formgebung zumindest bereichsweise spanabhebend bearbeitet und zumindest bereichsweise vergütet und/oder oberflächengehärtet werden.

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2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für Fahrzeugbauteile mit hohen Wechselbiegebeanspruchungen im Temperaturbereich bis -50 C eingesetzt ist.
3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fahrzeugbauteile als Fahrwerksbauteile ausgeführt sind.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fahrzeugteile als Bauteile für die Dämpfung von Karosserieschwingungen eingesetzt sind.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fahrzeugbauteile bereichsweise
unterschiedliche Festigkeiten aufweisen.
6. Verwendungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiedegrat eine Verstärkungsrippe zur Erhöhung des Widerstandsmomentes bildet und gleichzeitig dazu dient, im Überlastungsfall des Bauteils für einen gutartigen Schadensverlauf zu sorgen.