DE102007062220A1

DE102007062220A1 - Querträger einer Verbundlenkerachse

Info

Publication number: DE102007062220A1
Application number: DE200710062220
Authority: DE
Inventors: Dirk Ehrlich; Jürgen Siebeneick
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Querträger (3) einer Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug, der zwei Längslenker (2) torsionselastisch miteinander verbindet und aus einem hohlzylindrischen Rohr mittels Pressumformung geformt ist, welcher sich dadurch auszeichnet, dass er ein doppelwandiges Profil aufweist, dessen Profilwände (7, 8) stets voneinander beabstandet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Querträgers, bei dem ein hohlzylindrisches Rohr durch ein erstes Pressmittel in ein zweites Pressmittel eingepresst wird, wobei vor dem Pressen ein drittes Pressmittel, das einen wählbaren Zwischenabstand der beiden Profilwände vorgibt, in den Hohlraum des Rohrs eingebracht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und betrifft nach ihrer Gattung einen Querträger einer Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Des Weiteren betrifft sie eine mit einem solchen Querträger ausgestattete Verbundlenkerachse.
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge werden häufig mit Verbundlenkerachsen ausgestattet, da sie vorteilhafte Fahreigenschaften mit einem einfachen technischen Aufbau vereinen. Verbundlenkerachsen umfassen zwei radführende Längslenker, die in Fahrzeugquerrichtung durch einen biegesteifen, aber torsionselastischen Querträger miteinander verbunden sind, welcher häufig als "Torsionsprofil" oder "Torsionsstab" bezeichnet wird. In einer typischen Gestaltung weist ein solches Torsionsprofil ein U- oder V-förmiges Querprofil auf.
Wie zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10102759 A1 beschrieben ist, kann ein Torsionsprofil aus einem hohlzylindrischen Rohr mittels Pressumformen hergestellt werden, wobei das Rohr mittels eines Pressstempels in eine dem Profil entsprechend geformte Pressmatrize eingepresst wird. Da die Rohrwand hierbei aufeinander gepresst wird, weist ein auf diese Weise hergestelltes Torsionsprofil eine doppelwandige Struktur mit einander anliegenden Profilwänden auf.
Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei einem doppelwandigen Torsionsprofil während des Betriebs des Kraftfahrzeugs Geräusche auftreten können, die durch ein Aneinanderreiben der anliegenden Profilwände erzeugt werden. Diese Geräusche können von im Fahrzeuginnenraum befindlichen Personen als unangenehmes Knarren wahrgenommen werden.
Zur Lösung dieses Problems zeigt die internationale Patentanmeldung WO 2006/038121 A1 ein doppelwandiges Torsionsprofil, bei dem die beiden Profilwände jeweils mit Buckeln versehen sind, welche die beiden Profilwände auf Abstand halten. Da durch die Buckel die Kontaktfläche zwischen den beiden Profilwänden verringert ist, kann eine Geräuscherzeugung während einer Tordierung des Torsionsprofils verringert werden. Gleichwohl haben die Buckel einen Berührungskontakt zur gegenüberliegenden Profilwand, so dass hierdurch während einer Tordierung des Querprofils Reibgeräusche erzeugt werden können.
Aufgabenstellung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Querträger einer Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, durch den eine unerwünschte Geräuschbildung bei der Tordierung des Querträgers vermieden werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Querträgers anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Querträger einer Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug, sowie durch ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Querträger einer Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Der Querträger verbindet zwei radführende, im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckende Längslenker der Verbundlenkerachse in Fahrzeugquerrichtung biegestarr, aber torsionselastisch miteinander.
Der erfindungsgemäße Querträger zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass er eine aus einem hohlzylindrischen Rohr geformte doppelwandige Profilstruktur mit zwei Profilwänden besitzt, wobei die beiden Profilwände im Querträger stets voneinander beabstandet sind und keinerlei Berührungskontakt haben. Da die beiden Profilwände der doppelwandigen Profilstruktur im Querträger einander nicht anliegen und keinen Berührungskontakt miteinander haben, kann mit dem erfindungsgemäßen Querträger in vorteilhafter Weise eine Geräuscherzeugung bei Tordierung des Querträgers vermieden werden.
Besonders vorteilhaft weist der Querträger zumindest in einem mittleren Zwischenabschnitt ein im Querschnitt mindestens annähernd U-förmiges oder V-förmiges Querprofil auf, das (zumindest gedanklich) in eine U- oder V-förmige Innenwand und eine die Innenwand umgebende U- oder V-förmige Außenwand unterteilt werden kann. Wesentlich hierbei ist, dass Innen- und Außenwand beziehungsweise die einander gegenüberliegenden Wandflächen von Innen- und Außenwand, die gemeinsam einen einzigen Profilhohlraum formen, im Querträger stets voneinander beabstandet sind und keinerlei Berührungskontakt haben.
Der erfindungsgemäße Querträger ist bzw. wird durch ein Pressumformverfahren aus einem hohlzylindrischen Rohr hergestellt. Das hohlzylindrische Rohr wird hierbei zwischen zwei Pressmittel platziert, wobei ein als Pressstempel ausgebildetes erstes Pressmittel in ein als Pressmatrize mit einer zum Pressstempel komplementären Form ausgebildetes zweites Pressmittel eingepresst wird. Zudem wird ein drittes Pressmittel eingesetzt, das vor der Pressumformung des Rohrs in den Rohrhohlraum eingebracht wird. Das dritte Pressmittel bewirkt, dass beim Pressumformen ein Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Profilwänden der doppelwandigen Profilstruktur verbleibt. Bei dem dritten Pressmittel kann es sich um wenigstens ein als Abstandshalter dienendes Presswerkzeug oder um ein mit einem geeigneten Fluiddruck beaufschlagtes Fluid handeln.
Im Unterschied zu den herkömmlicher Weise eingesetzten Pressumformverfahren ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren dank des Einsatzes des dritten Pressmittels nicht erforderlich, dass die Profilwände der doppelwandigen Profilstruktur aufeinander gepresst werden, um hierdurch eine definierte Profilgeometrie zu erzielen. In der industriellen Serienfertigung kann auf diese Weise technisch einfach und kostengünstig ein genau definiertes Torsionsprofil mit einem gewünschten Abstand zwischen den beiden Profilwänden der doppelwandigen Profilstruktur hergestellt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Querträgers haben die beiden Profilwände der doppelwandigen Profilstruktur einen (senkrechten) Abstand voneinander, der im Bereich von 1 bis 10 mm liegt. Unterhalb von 1 mm ist es in der Regel technisch schwierig nach dem Pressumformen ein als Abstandshalter dienendes Presswerkzeug aus dem Hohlraum des profilierten Querträgers zu entfernen. Oberhalb von 10 mm werden die Torsionsprofile bei den üblicherweise eingesetzten Materialien und Materialstärken erfahrungsgemäß zu torsionshart, das heißt, das für eine Tordierung des Torsionsprofils pro Drehwinkel aufzubringende Drehmoment wird für die praktische Anwendung unerwünscht groß.
In dem erfindungsgemäßen Querträger kann durch eine gezielte Wahl des Abstands zwischen den beiden Profilwänden des doppelwandigen Torsionsprofils das für eine Tordierung pro Drehwinkel auf zubringende Drehmoment in gewünschter Weise eingestellt werden, wobei ein größerer Wandabstand mit einem größeren Drehmoment pro Drehwinkel und ein kleinerer Wandabstand mit einem kleineren Drehmoment pro Drehwinkel einher geht. Sollen kleinere Drehmomente pro Drehwinkel zum Zwecke einer Tordierung des Torsionsprofils realisiert sein, so ist es vorteilhaft, wenn die beiden Profilwände einen (senkrechten) Abstand voneinander einnehmen, der im Bereich von 1 bis 5 mm liegt. Sollen größere Drehmomente pro Drehwinkel zum Zwecke einer Tordierung des Torsionsprofils realisiert sein, so ist es vorteilhaft, wenn die beiden Profilwände (Innen- und Außenwand) einen (senkrechten) Abstand voneinander einnehmen, der im Bereich von 5 bis 10 mm liegt.
Obige Abstandsangaben beziehen sich beispielsweise auf einen Querträger, der aus einem hohlzylindrischen Rohr aus Stahlblech mit einem Durchmesser im Bereich von 70 bis 120 mm, beispielsweise 90 mm, und einer Blechstärke, die im Bereich von 2 bis 5 mm, insbesondere im Bereich von 2,8 bis 3,8 mm liegt, gefertigt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Querträgers ist dieser mit mindestens annähernd kreisförmig ausgebildeten Trägerenden bzw. Endabschnitten versehen, welche durch den U- oder V-förmig profilierten Zwischenabschnitt miteinander verbunden sind, was eine technisch einfache Anbindung des Querträgers an die beiden Längslenker ermöglicht. Zudem kann der Querträger in diesem Fall besonders einfach um seine Trägerachse verdreht und an den Längslenkern befestigt werden.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs mit zwei Längslenkern, die in Querrichtung durch einen wie oben beschriebenen Querträger torsionselastisch miteinander verbunden sind. Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf ein wie oben beschriebenes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Querträgers.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse;
2 eine Schnittansicht des Querträgers der Verbundlenkerachse von 1 gemäß Schnittlinie A-A;
3 in einer schematischen perspektivischen Ansicht den Querträger der Verbundlenkerachse von 1 mit Abstandshalterwerkzeugen zu dessen Herstellung;
4 in einer perspektivischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse;
5 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Querträgers analog der in 1 angegebenen Schnittlinie A-A.
Sei zunächst Bezug auf die 1 und 2 genommen, worin ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse gezeigt ist.
Demnach umfasst die insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Verbundlenkerachse 1 zwei radführende Längslenker 2, die durch einen biegesteifen, torsionselastischen Querträger (Torsionsprofil) 3 in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbunden sind. Der in Querrichtung gerade geformte Querträger 3 umfasst einen im Querschnitt U-förmig profilierten mittleren Zwischenabschnitt 4, der im Querschnitt kreisförmige Endabschnitte 5 miteinander verbindet. An seinen Endabschnitten 5 ist der Querträger 3 mit von den Längslenkern 3 geformten Rohrstutzen 6 verschweißt.
2 zeigt eine Schnittdarstellung des Querträgers 3 im Bereich des mittleren Zwischenabschnitts 4 gemäß Schnittlinie A-A in 1.
Wie 2 entnommen werden kann, weist der Zwischenabschnitt 4 des Querträgers 3 ein U-förmiges doppelwandiges Querprofil auf, das mit zwei im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Schenkelabschnitten 15 versehen ist, die durch einen annähernd kreisbogenförmig gekrümmten Bogenabschnitt 16 miteinander verbunden sind. Das Querprofil kann in eine U-förmige Innenwand 7 und in eine U-förmige Außenwand 8 unterteilt werden, welche in Stegabschnitten 9, die an den Enden der beiden Schenkelabschnitte 15 geformt sind, ineinander übergehen. Die Innenwand 7 und die Außenwand 8 umgeben gemeinsam einen einzigen Hohlraum 10.
Die Innenwand 7 des Querprofils weist zwei Wandflächen auf, nämlich eine dem Hohlraum 10 zugewandte erste Wandfläche 11 und eine vom Hohlraum 10 abgewandte dritte Wandfläche 13. Entsprechend weist die Außenwand 8 eine dem Hohlraum 10 zugewandte zweite Wandfläche 12, welche in den beiden Stegbereichen 9 in die erste Wandfläche 11 übergeht, und eine vom Hohlraum 10 abgewandte vierte Wandfläche 14, die in den beiden Stegbereichen 9 in die dritte Wandfläche 13 übergeht, auf. Der Hohlraum 10 wird durch die erste Wandfläche 11 und die zweite Wandfläche 12 der beiden Profilwände umgrenzt.
Im profilierten Zwischenabschnitt 4 des Querträgers 3 nehmen die beiden dem Hohlraum 10 zugewandten Wandflächen 11, 12 von Innen- und Außenwand 7, 8 stets einen Abstand voneinander ein, d. h. sie liegen einander an keiner Stelle des Zwischenabschnitts 4 bzw. des Querträgers 3 an. Der (senkrechte) Abstand zwischen der ersten Wandfläche 11 der Innenwand 7 und der zweiten Wandfläche 12 der Außenwand 8 variiert über den Querschnitt des Zwischenabschnitts 4, beträgt jedoch mindestens 2 mm, so dass ein Aneinanderreiben bzw. ein Berührungskontakt zwischen Innen- und Außenwand während einer Tordierung des Querträgers 3 sicher vermieden werden kann.
Im Bereich der Schenkelabschnitte 15 haben Innen- und Außenwand 7, 8 einen Abstand von ca. 2–3 mm voneinander, wohingegen im Bereich des Bogenabschnitts 16 Innen- und Außenwand einen Abstand von ca. 7–8 mm einnehmen, wodurch in gezielter Weise ein für eine Tordierung des Querträgers 3 pro Drehwinkel aufzubringendes Drehmoment eingestellt ist. Soll das für eine Tordierung des Querträgers 3 pro Drehwinkel aufzubringende Drehmoment verringert werden, so ist hierzu lediglich der Abstand von Innen- und Außenwand insbesondere im Bereich des Bogenabschnitts 16 zu verringern. Im umgekehrten Fall, ist der Abstand von Innen- und Außenwand insbesondere im Bereich des Bogenabschnitts 16 zu vergrößern. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt das pro Drehwinkel aufzubringende Drehmoment beispielsweise im Bereich von 300 bis 700 Nm/Grad.
Der Querträger 3 ist bzw. wird aus einem hohlzylindrischen Rohr mittels eines Pressumformverfahrens hergestellt. Das hierzu eingesetzte Rohr besteht aus Stahlblech und hat einen Durchmesser von 100 mm und eine Wandstärke von 3,0 mm.
Zur Herstellung des Querträgers wird das Rohr durch einen Pressstempel in eine entsprechend geformte Pressmatrize eingepresst, um hierdurch den Zwischenabschnitt 4 U-förmig zu profilieren. In 3 ist der profilierte Querträger 3 der Verbundlenkerachse von 1 mit einem U-förmig profilierten Zwischenabschnitt 4 und den beiden kreisförmigen Endabschnitten 5 dargestellt.
Vor dem Pressen werden in den Hohlraum des Rohrs als Abstandshalter dienende Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 von den beiden Rohrenden her eingeschoben und nach dem Pressvorgang wieder herausgezogen. Die beiden Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 sind jeweils mit einem U-Profil-Werkzeugabschnitt 19, welcher im Querschnitt ein U-förmiges Querprofil aufweist, und einem Kreisprofil-Werkzeugabschnitt 20, welcher im Querschnitt ein kreisförmiges Querprofil aufweist, versehen. Die Rohrwand wird durch den Pressstempel auf die beiden Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 gepresst, wobei durch die geometrische Form der beiden U-Profil-Werkzeugabschnitte 19 der mittlere Zwischenabschnitt 4 des Querträgers 3 U-förmig profiliert wird. Hierbei wird durch die Dicke der U-Profil-Werkzeugabschnitte 19 der beiden Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 der Abstand zwischen Innen- und Außenwand 7, 8 des Querträgers 3 vorgegeben. Im Bereich der Kreisprofil-Werkzeugabschnitte 20 der beiden Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 bleibt das Rohr kreisförmig. Die beiden Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 bewirken somit, dass beim Pressumformen ein definierter Abstand zwischen Innen- und Außenwand verbleibt. Ein Mimimalabstand von 2 mm zwischen Innen- und Außenwand ermöglicht ein einfaches Herausziehen der beiden Abstandshalterwerkzeuge 17, 18 aus dem fertig profilierten Querträger 3.
In 4 ist in einer perspektivischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse gezeigt. Es werden lediglich die Unterschiede zu dem in den 1 bis 3 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Im Übrigen wird Bezug auf die zum ersten Ausführungsbeispiel gemachten Ausführungen genommen. Die in 4 gezeigte Verbundlenkerachse 1 ist mit einem gekröpften Querträger 3 versehen, dessen Kröpfung im eingebauten Zustand einen vergrößerten Bauraum für eine Kardanwelle zur Verfügung stellt. Zudem ist der Querträger 3 im Vergleich zum Querträger von 1 um seine Längsachse verdreht, wobei die Öffnung des U-Profils zur Fahrzeugoberseite gerichtet ist. Hierdurch wird erreicht, dass das Rollzentrum der Verbundlenkerachse des Fahrzeugs tiefer liegt als bei der in 1 gezeigten Verbundlenkerachse, wodurch ein entsprechendes Roll- bzw. Wankverhalten des Kraftfahrzeugs in gewünschter Weise erhalten werden kann.
In 5 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Querträgers gezeigt, wobei die Schnittansicht der Schnittansicht von 2 in analoger Weise entspricht. Der insgesamt mit der Bezugszahl 101 bezeichnete Querträger umfasst eine Innenwand 102 und eine Außenwand 103, die jeweils in Stegabschnitten 104 ineinander übergehen. In dem herkömmlichen Querträger 101 liegen die Innen- und Außenwand der doppelwandigen Profilstruktur einander im Bereich der Schenkelabschnitte 105 weitgehend und im Bereich des die beiden Schenkelabschnitte 105 miteinander verbindenden Bogenabschnitts 106 vollständig an. Bei einer Tordierung des Querträgers 101 kann durch ein Aneinanderreiben von Innen- und Außenwand 102, 103 in nachteiliger Weise ein Knarrgeräusch auftreten.
Durch einen Abstand zwischen Innen- und Außenwand der doppelwandigen Profilstruktur ermöglicht der erfindungsgemäße Querträger in einfacher Weise, dass die Erzeugung eines unerwünschten Knarrgeräuschs bei der Tordierung des Querträgers vermieden wird. In vorteilhafter Weise kann hierdurch der Fahrkomfort im Fahrgastinnenraum verbessert werden. Zudem ist durch eine geeignete Wahl der Abstandweite zwischen Innen- und Außenwand eine Einstellung des pro Drehwinkel zur Tordierung des Querträgers erforderlichen Drehmoments möglich.

1: Verbundlenkerachse
2: Längslenker
3: Querträger
4: Zwischenabschnitt
5: Endabschnitt
6: Rohrstutzen
7: Innenwand
8: Außenwand
9: Stegabschnitt
10: Hohlraum
11: erste Wandfläche
12: zweite Wandfläche
13: dritte Wandfläche
14: vierte Wandfläche
15: Schenkelabschnitt
16: Bogenabschnitt
17: erstes Abstandshalterwerkzeug
18: zweites Abstandshalterwerkzeug
19: U-Profil-Werkzeugabschnitt
20: Kreisprofil-Werkzeugabschnitt
101: Querträger
102: Innenwand
103: Außenwand
104: Stegabschnitt
105: Schenkelabschnitt
106: Bogenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10102759 A1 [0003]
- WO 2006/038121 A1 [0005]

Claims

Querträger (3) einer Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug, der zwei Längslenker (2) torsionselastisch miteinander verbindet und aus einem hohlzylindrischen Rohr mittels Pressumformung geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (3) ein doppelwandiges Profil aufweist, dessen Profilwände (7, 8) stets voneinander beabstandet sind.
Querträger (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger zumindest in einem Zwischenabschnitt (4) ein im Querschnitt mindestens annähernd U- oder V-förmiges Querprofil mit einer Innen- und Außenwand (7, 8) aufweist.
Querträger (3) nach einem der beiden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilwände (7, 8) einen Abstand voneinander haben, der im Bereich von 1 bis 10 mm liegt.
Querträger (3) nach einem der beiden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilwände (7, 8) einen Abstand voneinander haben, der im Bereich von 1 bis 5 mm liegt.
Querträger (3) nach einem der beiden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilwände (7, 8) einen Abstand voneinander haben, der im Bereich von 5 bis 10 mm liegt.
Querträger (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens annähernd kreisförmig ausgebildeten Endabschnitten (5) versehen ist.
Verbundlenkerachse (1) eines Kraftfahrzeugs mit zwei Längslenkern (2), die in Querrichtung durch einen Querträger (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 torsionselastisch miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Querträgers (3) einer Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem dop pelwandigen Profil, dessen Profilwände (7, 8) stets voneinander beabstandet sind, bei welchem ein hohlzylindrisches Rohr durch ein erstes Pressmittel in ein zweites Pressmittel eingepresst wird, wobei vor dem Pressen ein drittes Pressmittel, das einen wählbaren Zwischenabstand der beiden Profilwänden vorgibt, in den Hohlraum des Rohrs eingebracht wird.