WO2004110796A1 - Wattstrebe - Google Patents

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WO2004110796A1
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watt
wattage
strut body
longitudinal axis
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Uwe Hardtke
Rene Kratz
Stefan Schwarz
Ulrich Zech
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Daimlerchrysler Ag
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G9/00—Resilient suspensions of a rigid axle or axle housing for two or more wheels
    • B60G9/02—Resilient suspensions of a rigid axle or axle housing for two or more wheels the axle or housing being pivotally mounted on the vehicle, e.g. the pivotal axis being parallel to the longitudinal axis of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2200/00—Indexing codes relating to suspension types
    • B60G2200/30—Rigid axle suspensions
    • B60G2200/34—Stabilising mechanisms, e.g. for lateral stability
    • B60G2200/342—Watt linkage

Definitions

  • the invention relates to a wad strut according to the preamble of claim 1.
  • Watt struts are known as a stabilizing body for the chassis of a vehicle.
  • the wattage strut is part of the wattage linkage, which is mainly used in rigid-axle vehicles to reduce lateral movements of the rigid axle.
  • a lever which is rotatably mounted in the middle is mounted, for example, on the differential and is guided on both sides by an equally long wattage strut attached to the car body. With this articulation, only an exact vertical movement of the lever is possible.
  • the lengths of the two wattage struts can differ from one another.
  • a wattage strut which is formed from an elongated strut body as a profile.
  • the strut body is at least axially sectionally open on one side in cross section and joined in the longitudinal direction from at least two profile parts arranged one behind the other in axial extension.
  • the profile parts are partially overlapping in the longitudinal direction and connected to each other in the overlap area.
  • the object of the invention is to provide a wattage strut which can be produced in high quality with little manufacturing effort.
  • a wattage strut is formed by a strut body produced by hydroforming.
  • wattage struts can be shaped with high precision and are only relatively light. Various joining steps are omitted and there are also no corrosion problems that can arise with welded parts. These advantages apply in particular if additional structures, such as a socket for receiving a rubber bearing, in the internal high-pressure forming are formed with '. In addition, a complex geometry of the wattage strut is possible.
  • a left (a) and a right (b) watt strut are shown.
  • the left wadding strut 1 has an elongated, twisted strut body, on one axial end of which a bearing bush 12 and on the other axial end of which a U-shaped end section 11 is arranged.
  • the strut body extends along a longitudinal axis Ll.
  • the bottom of the U-shaped end section 11 is formed by the wattage strut itself.
  • the two legs of the U-shaped end section 11, which point away from the strut body in the direction of the longitudinal axis L1 each have a bore which is provided for fastening to a connecting device which connects the two Watt struts 10, 20 to one another.
  • the cross section of the strut body is approximately rectangular.
  • a surface 16 of the strut body has a first surface section 13 near the bearing bush 12 and a second surface section 15 near the U-shaped end section 11.
  • the strut body is twisted about 90 ° about the longitudinal axis L 1 along the longitudinal axis L 1, so that the surface 13 on the bearing bush 12 is oriented approximately perpendicular to the corresponding surface 15 on the U-shaped end section 11.
  • the strut body Approximately in the middle, the strut body has a knee 14, so that the strut body is angularly spaced there from the longitudinal axis L1.
  • Ib has a similar design and extends along a longitudinal axis L2 with an elongated, twisted strut body, at one axial end of which a bearing bush 22 and at the other axial end of which a U-shaped end section 21 is arranged.
  • the right wattage strut 20 also has a knee 24, so that the strut body on the knee 24 is angularly spaced from the longitudinal axis L2.
  • a twist of the right wattage strut 20 can be seen on the surface 26, which has a surface section 23 on the bearing bush 22 and a surface section 25 on the U-shaped end section 21, which are at a finite angle to one another.
  • the wattage struts 10, 20 have a relatively low weight since they do not require any internal stabilizing elements and there are no joining flanges and the like.
  • 2 shows an exploded view of the two wattage struts 10, 20 with a connecting device 30 in the installation position.
  • the U-shaped end sections 11, 21 are brought together and fastened in the connecting device 30 with a lower shell 31 and an upper shell 32.
  • the two shells 31, 32 encompass the end sections 11, 21 of the two wattage struts 10, 20.
  • Both end sections 11, 21 are articulated on pins in the connecting device 30.
  • the connecting device 30 is finally fastened approximately centrally in the usual way to an axle or a differential, while the outer bearing bushes 12, 22 are provided in the usual manner for mounting car bodies arranged on both sides of a vehicle.
  • wattage struts 10, 20 according to the invention can also have a different geometry.
  • a hollow starting work piece e.g. a pipe or profile section, expanded in a shaping tool by the action of a liquid pressure acting on the inside of the workpiece and forces applied from the outside to the ends of the workpiece.
  • a liquid pressure acting on the inside of the workpiece and forces applied from the outside to the ends of the workpiece.
  • the wall of the starting workpiece lies against the surrounding mold.
  • a suitable axial force acts on the workpiece at the same time as the internal pressure.
  • a workpiece geometry corresponding to this shape is created.
  • Suitable materials that can be processed using this method are all materials with sufficient shape-changing properties, especially all cold-formable materials that are also used in deep drawing or extrusion.
  • the use of light metals, in particular aluminum or, is particularly favorable Aluminum alloys, as this enables further weight savings.
  • the shape change capacity which is relatively low in comparison to steels, and the much greater roughening due to the larger grain size must be taken into account.
  • the use of heat-hardenable alloys is particularly favorable due to the possibility of changing the strength distribution in the workpiece already in the undeformed starting workpiece by simple heat treatment prior to forming, so that the material flow can be significantly influenced during the forming of the (cooled) workpiece.
  • the lower yield stress of aluminum alloys compared to that of steel also offers the possibility of using small additional forces, e.g. generated by an external flow to optimize the material flow and thus the forming process. In this way, highly complex geometries of the preferred wattage struts 10, 20 can be achieved.
  • hydroforming is able to meet the requirements for lightweight vehicle construction in an advantageous manner. Compared to the conventional production of such workpieces, hydroforming offers a number of advantages. It is possible to generate cross-sectional profiles adapted to the load along straight or curved component axes without strengthening or stiffness-reducing joints, while at the same time saving Workpiece material are generated. Furthermore, the production of parts with a high degree of integration, in which joining operations can be saved, accordingly joining flanges can be omitted and tolerance-compensating measures can be dispensed with. In addition, the process can be combined with other machining processes, such as punching and bending under internal pressure. Furthermore, workpieces can be produced without distortion due to welding influences with high dimensional and shape accuracy.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wattstrebe mit einem länglichen Strebenkörper, mit einer an einem axialen Ende angeordneten Lagerbuchse (12, 22), wobei der Strebenkörper durch Innenhochdruck-Umformen hergestellt ist.

Description

Wattstrebe
Die Erfindung betrifft eine Wattstrebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wattstreben sind als Stabilisierungskörper für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs bekannt. Die Wattstrebe ist Teil des Wattgestänges, das im wesentlichen bei starrachsigen Fahrzeugen eingesetzt wird, um seitliche Bewegungen der Starrachse zu reduzieren. Bei dem Wattgestänge ist ein in der Mitte drehbar gelagerter Hebel beispielsweise am Differential gelagert und nach beiden Seiten von je einer gleich langen, am Wagenkasten befestigten Wattstrebe geführt. Durch diese Anlenkung ist nur eine exakte vertikale Bewegung des Hebels möglich. In alternativen Ausgestaltungen können die Längen der beiden Wattstreben voneinander abweichen.
Aus der Patentschrift DE 100 14 603 C2 ist • eine Wattstrebe bekannt, die aus einem länglichen Strebenkörper als Profil ausgebildet ist. Der Strebenkörper ist im Querschnitt zumindest axial abschnittsweise einseitig offen ausgebildet und in Längsrichtung aus zumindest zwei in axialer Verlängerung hintereinander angeordneten Profilteilen gefügt. Die Profilteile sind in Längsrichtung teilweise einander überlappend angeordnet und im Überlappungsbereich miteinander verbunden. Aufgabe der Erfindung ist, eine Wattstrebe anzugeben, welche in hoher Qualität mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .
Gemäß der Erfindung ist eine Wattstrebe durch einen durch Innenhochdruck-Umformen hergestellten Strebenkörper gebildet . Ein Vorteil ist, dass Wattstreben hochpräzise geformt werden Können und nur ein relativ geringes Gewicht aufweisen. Es entfallen verschiedene Fügeschritte und zusätzlich entfallen Korrosionsprobleme, die bei geschweißten Teilen entstehen können. Diese Vorteile treffen insbesondere dann zu, wenn zusätzliche Strukturen, wie beispielsweise eine Buchse zur Aufnahme eines Gummilagers, im Innenhochdruck-Umformen mit' ausgebildet werden. Darüber hinaus ist eine komplexe Geometrie der Wattstrebe möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung und den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert .
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine linke (Fig. Ia) und eine rechte (Fig. Ib)
Wattstrebe mit Lenkerauge und Befestigungsteil und Fig. 2 zwei Wattstreben in Einbaulage.
In Fig. 1 sind eine linke (a) und eine rechte (b) Wattstrebe abgebildet. Die linke Wattsrebe 1 weist eine länglichen, verwundenen Strebenkörper auf, an dessen einem axialen Ende eine Lagerbuchse 12 und an dessen anderen axialen Ende ein U- förmiger Endabschnitt 11 angeordnet ist. Der Strebenkörper erstreckt sich längs einer Längsachse Ll . Der Boden des U- förmigen Endabschnitts 11 wird durch die Wattstrebe selbst gebildet . Die in Richtung der Längsachse Ll von dem Strebenkörper weg weisenden beiden Schenkel des U-förmigen Endabschnitts 11 weisen jeweils eine Bohrung auf, die zur Befestigung an einer Verbindungsvorrichtung vorgesehen ist, welche die beiden Wattstreben 10, 20 miteinander verbindet. Der Querschnitt des Strebenkörpers ist ungefähr rechteckig. Eine Fläche 16 des Strebenkörpers weist einen ersten Flächenabschnitt 13 nahe der Lagerbuchse 12 und einen zweiten Flächenabschnitt 15 nahe des U-förmigen Endabschnitts 11 auf. Der Strebenkörper ist entlang der Längsachse Ll etwa um 90° um die Längsachse Ll verwunden, so dass die Fläche 13 an der Lagerbuchse 12 ungefähr senkrecht zu der entsprechenden Fläche 15 am U-förmigen Endabschnitt 11 ausgerichtet ist. Ungefähr in der Mitte weist der Strebenkörper ein Knie 14 auf, so dass der Strebenkörper dort zu der Längsachse Ll winklig beabstandet ist.
Die rechte Wattstrebe 20 in Fig. Ib ist ähnlich ausgebildet und erstreckt sich entlang einer Längsachse L2 mit einem länglichen, verwundenen Strebenkörper, an dessen einem axialen Ende eine Lagerbuchse 22 und an dessen anderen axialen Ende ein U-förmiger Endabschnitt 21 angeordnet ist. Auch die rechte Wattstrebe 20 weist ein Knie 24 auf, so dass der Strebenkörper am Knie 24 zur Längsachse L2 winklig beabstandet ist. Eine Verwindung der rechter Wattstrebe 20 ist an der Fläche 26 erkenntlich, die an der Lagerbuchse 22 einen Flächenabschnitt 23 und an der U-förmigen Endabschnitt 21 einen Flächenabschnitt 25 aufweist, die in einem endlichen Winkel gegeneinander stehen. Die erfindungsgemäßen Wattstreben 10, 20 weisen ein relativ geringes Gewicht auf, da sie keine inneren Stabilisierungselemente benötigen und Fügeflansche und dergleichen entfallen. Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der beiden Wattstreben 10, 20 mit einer Verbindungsvorrichtung 30 in Einbauposition. Die U-förmigen Endabschnitte 11, 21 werden zusammengeführt und in der Verbindungsvorrichtung 30 mit einer unteren Schale 31 und einer oberen Schale 32 befestigt. Die beiden Schalen 31, 32 umfassen die Endabschnitte 11, 21 der beiden Wattstreben 10, 20. Dabei sind beide Endabschnitte 11, 21 gelenkig an Zapfen in der Verbindungsvorrichtung 30 gelagert. Die Verbindungsvorrichtung 30 wird schließlich in etwa mittig in üblicher Weise an einer Achse oder einem Differential befestigt, während die außen liegenden Lagerbuchsen 12, 22 in üblicher Weise zur Lagerung zu beiden Seiten eines Fahrzeugs angeordneten Wagenkastens vorgesehen sind.
Selbstverständlich können Wattstreben 10, 20 gemäß der Erfindung auch eine abweichende Geometrie aufweisen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wattstrebe 10, 20 wird bevorzugt ein hohlförmiges Ausgangswerkstück, z.B. ein Rohroder Profilabschnitt, in einem formgebenden Werkzeug durch die Wirkung eines im Werkstückinneren angreifenden Flüssigkeitsdruckes und von außen an den Werkstückenden aufgebrachten Kräfte aufgeweitet . Durch diese umformenden Belastungen legt sich die Wand des Ausgangswerkstückes an das umgebende Formwerkzeug an. Um die Bildung von Falten und Rissen zu vermeiden, wirkt eine geeignete Axialkraft gleichzeitig mit dem Innendruck auf das Werkstück ein. Es entsteht eine dieser Form entsprechenden Werkstückgeometrie.
Geeignete Werkstoffe, die nach diesem Verfahren bearbeitet werden können, sind alle Werkstoffe mit einem ausreichenden Formänderungsvermögen, besonders alle kalt umformbaren Werkstoffe, die auch beim Tiefziehen oder Fließpressen Anwendung finden. Besonders günstig ist die Verwendung von Leichtmetallen, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierungen, da dies eine weitere Gewichtsersparnis ermöglicht .
Bei der Verwendung von Aluminiumlegierungen für eine bevorzugte Wattstrebe 10, 20 ist das im Vergleich zu Stählen relativ geringe Formänderungsvermögen und die wesentlich stärkere Aufrauhung aufgrund der größeren Korngröße zu beachten. Besondere günstig ist die Verwendung von warm aushärtbaren Legierungen durch die Möglichkeit, bereits im unverformten Ausgangswerkstück durch eine einfache, dem Umformen vorgeschaltete Wärmebehandlung die Festigkeitsverteilung im Werkstück zu verändern, so dass bei der Umformung des (erkalteten) Werkstückes der Werkstofffluss signifikant beeinflusst werden kann. Die geringere Fließspannung von Aluminiumlegierungen gegenüber der von Stahl bietet außerdem die Möglichkeit, bereits durch kleine zusätzliche Kräfte, die z.B. durch eine Außenströmung erzeugt werden, den Werkstofffluss und damit den Umformprozess zu optimieren. Damit können hochkomplexe Geometrien der bevorzugten Wattstreben 10, 20 erreicht werden.
Vorteilhaft für den Einsatz dieses Verfahrens ist unter anderem die genaue Kenntnis über eine zielgerichtete Prozessführung, durch die der Innendruck und die mechanischen Belastungen im Hinblick auf das angestrebte Umformergebnis gesteuert und geregelt aufgebracht werden. Dies wird zweckmäßigerweise durch wiederholte Simulationen des Innenhochdruck-Umformprozesses optimiert werden.
Die Technologie der Innenhochdruck-Umformung ist in der Lage, die Anforderungen an einen Fahrzeugleichtbau in vorteilhafter Weise zu erfüllen. Im Vergleich zur konventionellen Fertigung solcher Werkstücke bietet die Innenhochdruck-Umformung eine Reihe von Vorteilen. Es können Erzeugung belastungsangepasste Querschnittsverläufe entlang gerader oder gekrümmter Bauteilachsen ohne festigkeits- oder steifigkeitsmindernde Fügestellen bei gleichzeitiger Einsparung von Werkstückwerkstoff erzeugt werden. Weiterhin gelingt die Herstellung von Teilen mit hohem Integrationsgrad, bei dem Fügeoperationen eingespart werden können, dementsprechend Fügflansche entfallen können und auf toleranzausgleichende Maßnahmen verzichtet werden kann. Darüber hinaus lässt sich das Verfahren mit anderen Bearbeitungsverfahren, etwa Lochen und Biegen unter Innendruck kombinieren. Weiterhin können Werkstücke ohne Verzug durch Schweißeinflüsse mit hoher Maß- und Formgenauigkeit hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wattstrebe mit einem länglichen Strebenkörper, mit einer an einem axialen Ende angeordneten Lagerbuchse (12, 22), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strebenkörper durch Innenhochdruck-Umformen hergestellt ist.
2. Wattstrebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strebenkörper einstückig ausgebildet ist.
3. Wattstrebe nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strebenkörper um eine Längsachse (Ll, L2) in sich verwunden ist.
4. Wattstrebe nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strebenkörper in einem mittleren Bereich ein Knie (14, 24) aufweist, welches von der Längsachse (Ll, L2) winklig beabstandet ist.
5. Wattstrebe nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strebenkörper aus einem Leichtmetall gebildet ist. Wattstrebe nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strebenkörper aus Stahl gebildet ist.
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