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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hinterachse für ein Kraftfahrzeug und insbesondere eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Hinterachse für ein Kraftfahrzeug.
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Bekannte Verbundlenkerachsen für ein Kraftfahrzeug weisen häufig zwei Lenker auf, welche mittels einer Querstrebe tordierbar verbunden sind. Oft sind Lenker und Querstrebe jeweils aus Stahllegierung ausgebildet.
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Es sind jedoch auch Verbundlenkerachsen für Kraftfahrzeug bekannt, bei denen, insbesondere um Gewicht einzusparen, die Lenker aus einem Material ausgebildet sind, welches leichter als Stahl ist, wie beispielsweise Aluminiumguss oder Kunststoff. Häufig wird dabei, insbesondere wegen der verhältnismäßig guten Tordierbarkeit einiger Stahllegierungen, die Querstrebe aus einer solchen Stahllegierung ausgebildet.
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An den Verbindungsstellen zwischen Querstrebe und einem Lenker werden dadurch Verbindungen zwischen sehr unterschiedlichen Materialien erforderlich, wobei diese Verbindungen gleichzeitig sehr hohen Anforderungen an Maximalbelastung und/oder Langzeitfestigkeit unterliegen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Hinterachse für ein Kraftfahrzeug sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen Hinterachse bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hinterachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Hinterachse sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Hinterachse mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 10 bis 13.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Hinterachse, insbesondere Verbundlenkerachse, für ein Kraftfahrzeug, wenigstens einen, insbesondere zwei, Lenker und wenigstens eine Querstrebe auf, wobei der Lenker ein Querstrebenansatzelement aufweist, und wobei die Querstrebe ein Lenkeransatzelement aufweist. Die Hinterachse ist gemäß einem Verfahren nach Anspruch 9 oder einem der darauffolgenden Ansprüche herstellbar.
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Das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement sind miteinander, insbesondere form- und/oder stoffschlüssig, verbunden, wobei insbesondere wenigstens Bewegungen des Lenkers und der Querstrebe zueinander um und entlang einer zu einer Längsachse der Querstrebe im Wesentlichen parallelen Achse wenigstens im Wesentlichen unterbunden sind.
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Das, insbesondere als Rohrelement ausgebildete, Querstrebenansatzelement weist ein anderes Material auf als der Lenker, wobei eines von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement an das andere von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement angeformt, insbesondere in das andere eingeformt, ist.
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Das Querstrebenansatzelement weist vorliegend insbesondere dann ein anderes Material auf als der Lenker, wenn sich die Materialien des Lenkers und des Querstrebenansatzelements in ihrem Hauptlegierungselement und/oder in ihrer Zugehörigkeit zu den metallischen Werkstoffen bzw. Kunststoffen unterscheiden. Wenn keine dieser Voraussetzungen zutrifft, ist vorliegend insbesondere auch von identischen oder gleichartigen Werkstoffen oder Materialien die Rede.
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Dadurch kann insbesondere vorteilhafter Weise eine Reduzierung des Gewichts der Hinterachse erreicht werden. Dadurch kann insbesondere vorteilhafterweise erreicht werden, dass trotz der Verwendung unterschiedlicher Materialien für Lenker und Querstrebe eine Verbindung zwischen einem Querstrebenansatzelement und einem Lenkeransatzelement aus einem gleichartigen, insbesondere gleichen Material realisiert werden kann. Dadurch kann insbesondere vorteilhafte Weise erreicht werden, dass die Verbindungspartner ihre eine hohe Festigkeit unterstützende Gefügestruktur beibehalten.
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Insbesondere, um vorteilhafter Weise eine kostengünstige Herstellung der Hinterachse zu erreichen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung die Verbindung zwischen dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Schmelzschweißverbindung oder einer Kaltschweißverbindung, hergestellt.
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Unter einer Kaltschweißverbindung ist vorliegend insbesondere eine Schweißverbindung zu verstehen, bei welcher die, insbesondere beiden, Verbindungspartner mittels einer auf die Fügefläche wirkenden Anpresskraft derart stark aneinander gepresst werden, dass sich die Oberflächen der beiden Verbindungspartnern ausreichend nahe kommen um zwischenatomare Bindungskräfte auszubilden. Die Temperatur der Verbindungspartner bleibt dabei dauerhaft unterhalb deren Rekristallisationstemperatur.
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Unter einer Schmelzschweißverbindung ist vorliegend insbesondere eine Schweißverbindung zu verstehen, bei welcher wenigstens ein, insbesondere beide oder alle, Verbindungspartnern zeitweise Temperatur aufweisen, welche oberhalb ihrer Rekristallisationstemperatur liegt.
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Insbesondere, um vorteilhafterweise eine Gefügestruktur des Lenkers mit hoher Festigkeit zu erhalten, sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement an dem bezüglich der Längsachse der Querstrebe lenkerfernen Ende des Querstrebenansatzelements mittels einer Schweißverbindung, insbesondere mittels eines Schmelzschweißverfahrens, miteinander verbunden.
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Indem die Schweißverbindung an dem maximal von dem Lenker entfernten Ende des Querstrebenansatzelementes angeordnet ist, kann insbesondere der Wärmeeintrag in den Lenker und damit ein Überschreiten der Rekristallisationstemperatur diejenigen Teile des Lenkers, welche aus einem Gussmaterial ausgebildet sind, vermieden werden.
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Insbesondere, um vorteilhafter Weise eine Verbindung zwischen dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement mit hoher Dauerfestigkeit zu erreichen, weist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das Lenkeransatzelement der Querstrebe eine Stahllegierung auf, wobei auch das Querstrebenansatzelement des Lenkers eine Stahllegierung, insbesondere eine der Stahllegierung des Lenkeransatzelements entsprechende Stahllegierung, aufweist.
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Unter einander entsprechenden Stahllegierungen sind vorliegend insbesondere solche Stahllegierungen zu verstehen, welche eine identische oder ähnliche Legierungszusammensetzung aufweisen und/oder solche Stahllegierungen, welche bezüglich einer gemeinsamen Verschweißbarkeit eine hohe Festigkeit und/oder eine hohe Dauerfestlichkeit der geschweißten Verbindung ermöglichen.
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Insbesondere, um vorteilhafterweise ein verbessertes Ein- bzw. Anformen des Querstrebenansatzelementes an bzw. in den Lenker zu ermöglichen, weist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das Querstrebenansatzelement, insbesondere an seinem querstrebenfernen Ende und/oder über seinen Umfang verteilt, bezüglich der Längsachse der Querstrebe wenigstens eine, insbesondere zwei oder mehrere, axiale Ausnehmungen, insbesondere Durchbrüche, und/oder wenigstens eine, insbesondere zwei oder mehrere, radiale Ausnehmungen, insbesondere Durchbrüche, auf.
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Durch diese Ausnehmung in bzw. Durchbrüche kann bei dem Einformen bzw. Anformen des Querstrebenansatzelementes in den, insbesondere gegossenen Lenker, insbesondere Material in den Ausnehmung in bzw. Durchbrüchen, bevorzugt Form schlüssig, angeordnet werden, wodurch die Festigkeit der Verbindung zwischen Lenker und Querstrebenansatzelement verbessert werden kann.
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Insbesondere, um vorteilhafter Weise eine verbesserte Verbindung zwischen dem Querstrebenansatzelement und dem Lenker zu erreichen, weist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das Querstrebenansatzelement über seinen Umfang verteilt wenigstens eine, insbesondere mehrere, bezüglich der Längsachse der Querstrebe axiale Vertiefungen und/oder umfängliche Vertiefungen, insbesondere Kerben, Sicken, Prägungen, Rillen und/oder Randabstellungen, auf.
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Insbesondere, um vorteilhafterweise die Montage der Hinterachse zu erleichtern, sind gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement bezüglich der Längsachse der Querstrebe in einem axialen Bereich überlappend verbunden.
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Insbesondere weist dabei das eine von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement einen Außendurchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser des anderen von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement entspricht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Kraftfahrzeug wenigstens eine erfindungsgemäße Hinterachse auf.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Hinterachse für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Querstrebenansatzelement ein anderes Material aufweist als der Lenker.
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Eines von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement wird dabei an das andere von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement angeformt, insbesondere in das andere eingeformt, wobei dieses Querstrebenansatzelement und dieses Lenkeransatzelement miteinander, insbesondere form- und/oder stoffschlüssig, verbunden werden.
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Dadurch kann insbesondere vorteilhafter Weise eine Reduzierung des Gewichts der Hinterachse erreicht werden. Dadurch kann insbesondere vorteilhafterweise erreicht werden, dass trotz der Verwendung unterschiedlicher Materialien für Lenker und Querstrebe eine Verbindung zwischen einem Querstrebenansatzelement und einem Lenkeransatzelement aus einem gleichartigen, insbesondere gleichen Material realisiert werden kann. Dadurch kann insbesondere vorteilhafte Weise erreicht werden, dass die Verbindungspartner ihre eine hohe Festigkeit unterstützende Gefügestruktur beibehalten.
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Insbesondere, um vorteilhafter Weise eine kostengünstige Herstellung der Hinterachse zu erreichen, werden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement stoffschlüssig, insbesondere mittels eines Schmelzschweißverfahrens oder eines Kaltschweißverfahrens, miteinander verbunden.
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Unter einem Kaltschweißverfahren ist vorliegend insbesondere ein Schweißverfahren zu verstehen, bei welchem die, insbesondere beiden, Verbindungspartner mittels einer auf die Fügefläche wirkenden Anpresskraft derart stark aneinander gepresst werden, dass sich die Oberflächen der Verbindungspartnern ausreichend nahe kommen um zwischenatomare Bindungskräfte auszubilden. Die Temperatur der Verbindungspartner bleibt dabei dauerhaft unterhalb deren Rekristallisationstemperatur.
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Unter einem Schmelzschweißverfahren ist vorliegend insbesondere ein Schweißverfahren zu verstehen, bei welchem wenigstens ein, insbesondere beide oder alle, Verbindungspartner zeitweise Temperatur aufweisen, welche oberhalb ihrer Rekristallisationstemperatur liegen.
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Insbesondere, um vorteilhafterweise eine verbesserte Verbindung zwischen dem Querstrebenansatzelement und dem Lenker zu erreichen, werden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung in das Querstrebenansatzelement mittels Kaltumformung, insbesondere mittels zeitlich variierender elektromagnetischer Felder, vorzugsweise mittels EMPT-Kaltumformung, bezüglich der Längsachse der Querstrebe wenigstens eine, insbesondere mehrere, axiale Ausnehmungen und/oder wenigstens eine, insbesondere mehrere, radiale Ausnehmungen, insbesondere Durchbrüche, und/oder wenigstens eine, insbesondere mehrere, axiale Vertiefungen und/oder wenigstens eine, insbesondere mehrere, radiale Vertiefungen, jeweils insbesondere Kerben, Sicken, Prägungen, Rillen und/oder Randabstellungen, eingebracht.
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Unter einer mittels zeitlich variabler elektromagnetischer Felder hergestellten Verbindung ist vorliegend insbesondere eine Verbindung zu verstehen, bei welcher wenigstens ein, insbesondere beide oder alle, Verbindungspartner einen metallischen Werkstoff aufweisen, auf dessen metallische Atome durch die elektromagnetischen Felder Kräfte einwirken, wodurch eine Umformung wenigstens eines Verbindungspartners und/oder die Entstehung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens zwei Verbindungspartnern erreicht wird.
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Unter EMPT („Elektromagnetische Pulsumformtechnologie”) ist vorliegend insbesondere ein, bevorzugt industriell ausgereiftes, Füge- und/oder Umformverfahren zu verstehen, durch welches Materialverbindungen und/oder Materialumformungen mittels zeitlich variabler, insbesondere gepulster und/oder hochenergetischer, elektromagnetischer Felder herstellbar sind. Unter EMPT-Schweißen wird entsprechend insbesondere ein Verfahren verstanden, durch welches stoffschlüssige bzw. Schweißverbindungen, vorzugsweise durch Aufbau einer metallischen Bindung der Kontakt- bzw. Fügepartner, mittels solcher Felder herstellbar sind. Unter EMPT-Kaltumformen wird entsprechend insbesondere ein Verfahren verstanden, durch welches form- und/oder reibschlüssige Verbindungen, vorzugsweise durch Kaltumformens eines oder beider Kontakt- bzw. Fügepartner, mittels solcher Felder herstellbar sind, vorzugsweise jeweils, wenigstens im Wesentlichen, ohne Zuführung von thermischer Energie. Vorteilhaft kann so eine Gefügebeeinflussung durch Wärmeeinwirkung reduziert bzw. vermieden werden. Zusätzlich oder alternativ kann das EMPT-Schweißen auch die stoffschlüssige Verbindung ungleicher und konventionell nicht schweißbarer Materialpaarungen, wie z. B. Aluminium und Stahl, ermöglichen, das EMPT-Kaltumformen deren form- und/oder reibschlüssige Verbindung.
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Insbesondere, um vorteilhafterweise die Montage der Hinterachse zu erleichtern, wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ein Verbindungsstück, insbesondere radial außen, an dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement angeordnet.
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Dieses Verbindungsstück wird derart mit dem Querstrebenansatzelement und mit dem Lenkeransatzelement verbunden, dass das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement dadurch mittelbar über das Verbindungsstück, verbunden werden.
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Ein Verbindungsstück kann insbesondere als Teil des Querstrebenansatzelements und/oder als separates Bauteil ausgebildet sein.
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Insbesondere, um vorteilhafterweise die Montage der Hinterachse zu erleichtern, weist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das eine von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist, als der Innendurchmesser des anderen von dem Querstrebenansatzelement und dem Lenkeransatzelement.
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Dabei werden das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement bezüglich der Längsachse der Querstrebe axial ineinander geschoben, und das Querstrebenansatzelement und das Lenkeransatzelement in dieser Position miteinander verbunden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 eine Verbundlenkerachse nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
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2 einen Lenker mit einem in den Lenker eingeformten Querstrebenansatzelement nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
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3 das Querstrebenansatzelement aus 2 in einer perspektivischen Ansicht;
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4 eine Verbundlenkerachse mit dem Lenker aus 2 in einer perspektivischen Ansicht; und
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5 eine seitliche Schnittansicht eines Ausschnitts der Verbundlenkerachse aus 4.
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1 zeigt eine Verbundlenkerachse 10 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Die Verbundlenkerachse 10 weist einen ersten Lenker 20.1 und im zweiten Lenker 20.2 auf, wobei die Lenker 20.1 und 20.2 mittels einer Querstrebe 40 miteinander biegesteif, jedoch tordierbar um die Längsachse L der Querstrebe 40, verbunden sind. In der hier beschriebenen Ausführung sind die beiden Lenker 20.1 und 20.2 zusätzlich durch ein Wattgestänge 11 miteinander verbunden, wobei dieses Wattgestänge an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs abgestützt ist.
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Die Verbundlenkerachse 10 ist zusätzlich an den Karosserieaufnahmen 21 der Lenker 20 um eine im Wesentlichen zu der Längsachse L der Querstrebe parallelen Achse drehbar gelagert. Die Verbundlenkerachse 10 stützt sich außerdem an Federn, welche in den Federaufnahmen 23 an den Lenkern 20 angreifen an der Karosserie ab. An den Radanbindungen 22 der Lenker 20 ist jeweils ein Rad des Fahrzeuges angeordnet.
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Jeder Lenker 20 ist mit einer Verbindung 15 mit einem Ende der Querstrebe 40 verbunden, wobei diese Verbindung 15 in der hier beschriebenen Ausführung stoffschlüssig ausgebildet und mittels eines Schweißverfahrens durch zeitlich veränderliche elektromagnetische Felder hergestellt ist bzw. wird.
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2 zeigt einen Lenker 20 mit einem in den Lenker 20 eingeformten, als Rohrabschnitt ausgebildeten, Querstrebenansatzelement 30 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
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Der Rohrabschnitt 30 wird bei dem Gießen des Lenkers 20 von dem Gussmaterial, hier Aluminiumguss, umflossen. Nach Abkühlen der Gussmasse ist der Rohrabschnitt 30 in den Lenker 20 eingeformt bzw. an den Lenker 20 angeformt.
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3 zeigt die Gestaltung des als Rohrabschnitt 30 ausgebildeten Querstrebenansatzelements aus 2. Der Rohrabschnitt 30 weist acht bezüglich seiner Längsachse axial verlaufende Sicken 31, eine in Umfangsrichtung verlaufende Sicke 32 sowie eine Randabstellung 37 auf. An diesen Elementen 31, 32, 37 kann Gussmaterial angeformt werden, wodurch eine feste, nicht zerstörungsfrei lösbare, Verbindung zwischen Rohrabschnitt 30 als Querstrebenansatzelement und dem Lenker 20 realisiert ist bzw. wird.
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Außerdem sind aus dem Umfang des Rohrabschnitts 30 wenigstens zwei Durchbrüche 35 ausgenommen. In diese Durchbrüche 35 kann Gussmaterial eingeformt werden, wodurch eine feste, nicht zerstörungsfrei lösbare, Verbindung zwischen Rohrabschnitt 30 als Querstrebenansatzelement und dem Lenker 20 realisiert ist bzw. wird.
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4 und 5 zeigen eine Verbundlenkerachse 10 mit dem Lenker 20 aus 2 und dem Rohrabschnitt 30 aus 3 in einer perspektivischen Ansicht und einer seitlichen Schnittansicht. Der Rohrabschnitt 30 weist in dieser Ausführung einen Innendurchmesser auf, welcher größer ist als ein Außendurchmesser des Lenkeransatzelements 50, wobei der Unterschied der beiden Durchmesser maximal wenige Millimeter, insbesondere weniger als einen Millimeter oder weniger als 0,1 Millimeter, beträgt.
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Die Querstrebe 40 wird mit dem Lenkeransatzelement 50 in den Rohrabschnitt 30 eingeschoben. Zur Herstellung der Verbindung 15 wird bzw. ist zwischen dem lenkerfernen Ende 33 des Rohrabschnitts 30 und dem Außendurchmesser des Lenkeransatzelements 50 im Wesentlichen über dessen gesamten Umfang eine Schmelzschweißnaht ausgebildet. Durch diese Schmelzschweißnaht werden bzw. sind der Lenker 20 und die Querstrebe 40 stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 10 | Verbundlenkerachse |
| 11 | Wattgestänge |
| 15 | Verbindung zwischen Lenker und Querstrebe |
| 20 | Lenker |
| 21 | Karosserieaufnahme |
| 22 | Radanbindung |
| 23 | Federaufnahme |
| 30 | Querstrebenansatzelement |
| 31 | axial verlaufende Sicke |
| 32 | in Umfangsrichtung verlaufende Sicke |
| 33 | lenkerfernes Ende |
| 35 | radialer Durchbruch |
| 37 | Randabstellung |
| 40 | Querstrebe |
| 50 | Lenkeransatzelement |
| 51 | axial verlaufende Sicke |
| 52 | in Umfangsrichtung verlaufende Sicke |
| 60 | Verbindungsstück |
| L | Längsachse der Querstrebe |
