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Querverweis zu ähnlicher Patentanmeldung
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Diese Patentanmeldung beansprucht Vorrang vor der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/565,613, eingereicht am 1. Dezember 2011 unter dem Titel „Fahrzeugachse”, wobei die gesamte Offenbarung der Anmeldung als Teil der Offenbarung dieser Anmeldung betrachtet wird und hier als Referenz aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeugachsen und im Besonderen auf Verbundlenker-Hinterachsbaugruppen für Fahrzeuge und noch genauer auf eine Querstrebe einer Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe, die zwei Längslenker miteinander verbindet.
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2. Stand der Technik
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Eine Verbundlenker-Hinterachsenaufhängung, auch bekannt als Verbundlenkerachse bekannt, ist ein Typ einer Automobil-Aufhängung, der ein Paar Lenker enthält, die jeweils mit einem Rad eines Fahrzeugs gekoppelt sind, wobei sich eine Querstrebe zwischen den Lenkern erstreckt. Während des Betriebs des Fahrzeugs verformt sich die Querstrebe in einer Torsionsbewegung, wenn sich eines der Räder bezüglich des anderen bewegt, zum Beispiel während einer Rollbewegung des Fahrzeugs, oder wenn eines der Räder des Fahrzeugs zum Beispiel auf ein Schlagloch in der Straße trifft. Die Torsionsbewegung der Querstrebe fängt die Bewegung auf.
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Im Allgemeinen werden solche Querstreben durch Profilwalzen, Extrudieren, Schmieden und/oder spangebende Verfahren ausgebildet. Jedoch sind durch solche Verfahren ausgebildete Querstreben oft schwer und erfordern beträchtliche Materialmengen, um gewünschte Leistungseigenschaften zu erfüllen. Da Hersteller ständig danach streben, Fahrzeuggewicht zu reduzieren, um die Verbrauchswerte zu verbessern, versuchten einige Hersteller, kostspielige Legierungen zu verwenden, um Gewicht zu reduzieren. Während diese Legierungen das Gewicht der Verbundlenker-Hinterachse reduzieren können, erhöhen sie auch ihre Material- und Herstellungskosten. Daher besteht ein ständiger Bedarf an einer Querstrebe mit reduziertem Gewicht, die gewünschte Leistungseigenschaften erfüllt oder übertrifft, ohne auf kostspielige Legierungen zurückzugreifen, die die Kosten erhöhen würden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine verbesserte Querstrebe zur Verwendung in einer Verbundlenker-Achsbaugruppe eines Fahrzeugs vor. Die Querstrebe gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen länglichen und rohrförmigen Hauptteil, der sich entlang einer Länge zwischen entgegengesetzten Endabschnitten erstreckt und eine sich verändernde Wanddicke zwischen den entgegengesetzten Endabschnitten aufweist. Genauer enthält der längliche Hauptteil einen Mittelabschnitt und ein Paar Zwischenabschnitte, die zwischen dem Mittelabschnitt und den Endabschnitten angeordnet sind. Zumindest ein Teil des Mittelabschnitts weist eine erste Wanddicke auf, und zumindest ein Teil jedes der Endabschnitte weist eine zweite Wanddicke auf, die größer ist als die erste Wanddicke. Außerdem weist zumindest ein Teil jedes der Zwischenabschnitte eine dritte Wanddicke auf, die größer ist als die zweite Wanddicke. Weiter sind mindestens zwei aus den Mittel-, Zwischen- und Endabschnitten verformungsgehärtet. Die Querstrebe gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung beseitigt viele der Nachteile der anderen bekannten Querstrebe, weil sie eine veränderliche Wanddicke aufweist, die für sie erwünschte Torsionseigenschaften vorsieht, während sie auch Gewicht und Materialkosten reduziert.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Querstrebe für eine Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe. Das Verfahren enthält den Schritt des Schiebens eines Vorformlings mit einer allgemein zylindrischen Form auf einen Dorn, wobei sich der Vorformling entlang einer vorgegebenen Länge entlang einer Achse zwischen entgegengesetzten Enden erstreckt. Das Verfahren geht weiter entweder mit Vorwärts- oder mit Gegenlauf-Fließdrücken des Vorformlings zu einer Querstrebe. Jedes der beiden Fließdruckverfahren enthält die Schritte des Rotierens des Vorformlings um eine Achse und Verformens von Material des Vorformlings in einer axialen Richtung mit mindestens einer Walze während des Rotierens des Vorformlings, um einen rohrförmigen Hauptteil mit einem Mittelabschnitt, einem Paar Endabschnitten und einem Paar Zwischenabschnitten zwischen den Endabschnitten zu erzeugen. Genauer wird das Material so verformt, dass mindestens ein Teil des Mittelabschnitts eine erste Wanddicke aufweist, mindestens ein Teil jedes Endabschnitts eine zweite Wanddicke aufweist, die größer ist als die erste Wanddicke, und mindestens ein Teil jedes Zwischenabschnitts eine dritte Wanddicke aufweist, die größer ist als die zweite Wanddicke. Dieses Verfahren kann kostengünstiger sein als andere Verfahren zum Ausbilden von Querstreben und führt zu einem Endprodukt mit erwünschten Torsionseigenschaften mit reduziertem Gewicht, verglichen mit anderen bekannten Querstreben. Außerdem verformungshärtet der Verformungsschritt zumindest einen Teilbereich der resultierenden Querstrebe, was zu Kostenersparnis durch Beseitigen des Bedarfs an Behandlungsvorgängen nach der Formung führen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die resultierende Querstrebe länger sein kann als der Vorformling, aus dem sie geformt wurde. Demgemäß können kleinere Vorformlinge zu der Fabrik geschickt werden, in der sie umgeformt werden, was zu Vorteilen beim Versand führt. Noch weiter ergibt das Fließdruckverfahren kein Ausschussmaterial und führt dadurch zu Materialeinsparungen, verglichen mit anderen bekannten Verfahren zum Ausbilden von Querstreben.
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Wenn das Vorwärts-Fließdrücken verwendet wird, dann erfolgt die Verformung in der Richtung der Bewegung der mindestens einen Walze bezüglich des Dorns. Dem steht das Gegenlauf-Fließdrücken gegenüber, während dessen die Verformung des Materials in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegung der mindestens einen Walze bezüglich des Dorns erfolgt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind leicht einzusehen, wenn diese besser verständlich werden durch Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung, betrachtet in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung, in der:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe ist, die eine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung konstruierte Querstrebe enthält;
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2 eine perspektivische Ansicht der Querstrebe in 1 ist;
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3 eine Schnittansicht der beispielhaften Querstrebe entlang der Linie 3-3 von 2 ist;
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4 eine Schnittansicht der beispielhaften Querstrebe entlang der Linie 4-4 von 2 ist;
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5 eine Schnittansicht der beispielhaften Querstrebe entlang der Linie 5-5 von 2 ist;
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6 eine Schnittansicht eines Aufbaus zum Vorwärts-Fließdrücken eines Vorformlings zu einer Querstrebe ist;
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7 eine Schnittansicht einer Querstrebe während des Vorwärts-Fließdrückvorgangs ist;
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8 eine Schnittansicht eines Aufbaus zum Gegenlauf-Fließdrücken eines Vorformlings zu einer Querstrebe ist;
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9 eine Schnittansicht einer Querstrebe während des Gegenlauf-Fließdrückvorgangs ist;
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10 eine Schnittansicht einer weiteren Querstrebe ist, die durch einen Fließdrückvorgang ausgebildet ist; und
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11 eine Schnittansicht noch einer weiteren Querstrebe ist, die durch einen Fließdrückvorgang ausgebildet ist.
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Genaue Beschreibung der nutzbringenden Ausführungsformen
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Mit Bezug auf die Zeichnung, in der durchgängig in den verschiedenen Ansichten ähnliche Nummern entsprechende Teile bezeichnen, ist eine beispielhafte Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe 20, die eine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung konstruierte Querstrebe 22 enthält, allgemein in 1 gezeigt. Wie gezeigt, enthält die Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe 20 ein Paar Lenker 24, die an jeder Seite der Querstrebe 22 zum Anbringen an Rädern (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) angebracht sind. Die Lenker 24 sind als von der Querstrebe 22 getrennte Teile ausgebildet und sind anschließend mit der Querstrebe 22 verbunden. Die Längslenker 24 können in einer Vielfalt von Größen, Formen und Gestaltungen ausgebildet sein, weitgehend abhängig von dem Fahrzeug, in das die Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe 20 gesetzt werden soll.
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Nun ist unter Bezugnahme auf 2 die beispielhafte Querstrebe 22 allgemein gezeigt. Die beispielhafte Querstrebe 22 enthält ein Paar Endabschnitte 28, einen Mittelabschnitt 30, der zwischen den Endabschnitten 28 angeordnet ist, und ein Paar Zwischenabschnitte 32 (oder Übergangsabschnitte), die sich zwischen dem Mittelabschnitt 30 und den jeweiligen Endabschnitten 28 erstrecken. In der beispielhaften Ausführungsform weist jeder der Endabschnitte 28 ein allgemein kreisförmiges Profil auf, der Mittelabschnitt 30 weist ein allgemein U-förmiges Profil auf, und die Zwischenabschnitte 32 weisen ein Profil auf, das allmählich und glatt vom U-förmigen Profil des Mittelabschnitts 30 zum kreisförmigen Profil der Endabschnitte 28 übergeht. Jedoch sollte eingesehen werden, dass andere Anordnungen für die Mittel-, Zwischen- und Endabschnitte 30, 32, 28 in Betracht gezogen sind.
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Nun weist unter Bezugnahme auf die 3–5, die Schnittansichten durch den Mittelabschnitt 30, einen der Zwischenabschnitte 32 bzw. einen der Endabschnitte 28 sind, die beispielhafte Querstrebe 22 eine sich entlang ihrer Länge verändernde Wanddicke auf. Genauer weist der Mittelabschnitt 30 eine erste Wanddicke t1 auf, die Endabschnitte 28 weisen eine zweite Wanddicke t2 auf, die größer ist als die erste Wanddicke t1, und die Zwischenabschnitte weisen eine dritte Wanddicke t3 auf, die größer ist als die zweite Wanddicke t2. Mit anderen Worten, bei der beispielhaften Querstrebe 22 weist der Mittelabschnitt 30 die geringste Wanddicke auf, und die Zwischenabschnitte 32 weisen die größte Wanddicke auf, wobei die Wanddicke der Endabschnitte 28 zwischen denjenigen der Mittel- und Zwischenabschnitte 30, 32 liegt. Dies ist vorteilhaft, weil die Zwischenabschnitte 32, die während des Tordierens der Querstrebe 22 die meiste Spannung erleiden, mit zusätzlichem Material verstärkt sind, verglichen mit den Mittel- und Endabschnitten 30, 28. Ähnlich weist der Mittelabschnitt 30, der während des Tordierens der Querstrebe 22 den geringsten Betrag an Spannung erleidet, sehr dünne Wände auf, um Material und Gewicht zu sparen. Vorzugsweise weist der Mittelabschnitt 30 die erste Wanddicke im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge auf, und die Endabschnitte 28 weisen die zweite Wanddicke im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge auf, während sich die Wanddicke entlang den Zwischenabschnitten 32 verändert. Mit anderen Worten, die Wanddicke der Zwischenabschnitte 32 erhöht sich fortschreitend von der Nähe des Mittelabschnitts 30 zu dem Bereich mit der dritten Wanddicke t3 und erhöht sich fortschreitend von der Nähe des zugehörigen Endabschnitts 28 zu dem Bereich mit der dritten Wanddicke t3. Jedoch sollte einzusehen sein, dass die Wanddicke der Querstrebe 22 alternativ Stufen an oder nahe den Grenzen zwischen dem Mittelabschnitt 30 und den Zwischenabschnitten 32 sowie zwischen den Zwischenabschnitten 32 und den Endabschnitten 28 enthalten könnte. In der beispielhaften Ausführungsform beträgt die Wanddicke t1 des Mittelabschnitts 30 ungefähr 2,2 mm, die zweite Wanddicke t2 der Endabschnitte 28 beträgt ungefähr 3,0 mm, und die dritte Wanddicke t3 der Zwischenabschnitte 32 beträgt zwischen 3,1 und 3,3 mm.
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Wegen ihrer veränderlichen Dicke weist die beispielhafte Querstrebe 22 erhöhte Leistungsfähigkeit und reduziertes Gewicht auf, verglichen mit anderen bekannten Querstreben mit allgemein gleichmäßiger Wanddicke. Außerdem sind, wie unten genauer beschrieben, mindestens die Zwischen- und Endabschnitte 32, 28 verformungsgehärtet, um die Leistungsfähigkeit der Querstrebe 22 zu verbessern.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Querstrebe 22 für eine Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe 20 durch einen Vorwärts- oder Gegenlauf-Fließdrückvorgang. Ein beispielhafter Aufbau zum Herstellen der Querstrebe 22 durch den Vorwärts-Fließdrückvorgang ist in 6 gezeigt. Das beispielhafte Verfahren beginnt mit dem Aufschieben oder anderweitigen Aufbringen eines Vorformlings 34 mit einer allgemein zylindrischen Form auf einen angetriebenen Dorn 36. Der Vorformling 34 beginnt mit einer vorgegebenen Länge, einer allgemein gleichförmigen Wanddicke und einem allgemein gleichförmigen Durchmesser. Zum Beispiel könnte die Länge 700 mm betragen, die Wanddicke könnte 3,5 mm betragen, und der Außendurchmesser könnte 90 mm betragen.
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Nun setzt sich das Verfahren unter Bezugnahme auf 7 mit Rotieren des Dorns 36 und des Vorformlings 34 entlang einer Achse und plastischem Verformen von Material in einer axialen Richtung mit mindestens einer Walze 38 während des Rotierens des Vorformlings 34 fort. Vorzugsweise werden drei Walzen 38 mit allgemein gleichförmigem Abstand voneinander verwendet, um das Material des Vorformlings 34 plastisch zu verformen. Die Walzen 38 werden bezüglich des sich drehenden Dorns 36 (oder umgekehrt) über einen vorgegebenen Weg bewegt, um sowohl den Vorformling 34 zu längen als auch die Wanddicken des Vorformlings 34 an vorgegebenen Bereichen einzustellen, sodass er einen Mittelabschnitt 30 mit einer ersten Wanddicke t1, ein Paar Endabschnitte 28 mit einer zweiten Wanddicke t2, die größer ist als die erste Wanddicke t1, und ein Paar Zwischenabschnitte 32 mit einer dritten Wanddicke t3 aufweist, die größer ist als die zweite Wanddicke t2, wie die in 2 gezeigte und oben beschriebene Querstrebe 22. Vorzugsweise werden drei Walzen 38 mit allgemein gleichförmigem Abstand voneinander um den Dorn 36 herum verwendet, um den Vorformling 34 umzuformen. Nachdem der Fließdrückvorgang abgeschlossen ist, kann das Verfahren mit dem Schritt des Pressens einer Vertiefung 40 in den Vorformling 34 weitergehen, um dem Mittelabschnitt 30 das oben beschriebene und in 3 gezeigte allgemein U-förmige Profil zu verleihen. Diese Vertiefung 40 wirkt mit der reduzierten Wanddicke im Mittelabschnitt 30 zusammen, um die Torsionssteifigkeitseigenschaften der Querstrebe 22 zu verbessern. Die Länge, Tiefe und Form der Vertiefung 40 können gewählt werden, um für die Querstrebe 22 erwünschte Leistungseigenschaften vorzusehen.
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Der Vorformling 34 (und somit die resultierende Querstrebe 22) kann aus einem Bereich verschiedener Metalle ausgebildet sein, einschließlich beispielsweise Stahl, legiertem Stahl, Aluminium, Nickel usw. Kein Material wird während des Fließdrückvorgangs vom Vorformling 34 abgeschnitten oder anderweitig abgetrennt, und somit weist die resultierende Querstrebe 22 dasselbe Materialvolumen wie der Vorformling 34 auf, aus dem sie ausgebildet wurde. Weil jedoch Material axial verformt wird, kann die resultierende Querstrebe 22 länger sein als der Vorformling 34, von dem sie abstammte. Vorzugsweise ist die Querstrebe 22 zwischen fünfzig und sechzig Prozent (50–60%) länger als der Vorformling 34, von dem sie abstammte.
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Außer dass er das Material formt, weist der plastische Verformungsvorgang den Effekt auf, dass er das Material der Querstrebe 22 verformungshärtet und dadurch ihre Leistungsfähigkeit verbessert, wenn sie in eine Verbundlenker-Hinterachsbaugruppe 20 eingebaut ist. Dies kann Kostenersparnis vorsehen, indem der Bedarf an Behandlungsarbeiten nach dem Umformen zum Erhöhen der Festigkeit der Querstrebe beseitigt oder zumindest reduziert ist. Bei Bedarf kann die Querstrebe 22 jedoch immer noch Behandlungsvorgängen nach dem Umformen unterworfen werden. Ein Wärmebehandlungsvorgang kann erforderlich sein, um das verformungsgehärtete Material der Querstrebe 22 zu normalisieren oder rekristallisieren, bevor die Vertiefung 40 in die Querstrebe 22 gepresst wird, um dem Mittelabschnitt 30 den allgemein U-förmigen Querschnitt zu geben.
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Obwohl nicht gezeigt, kann es erwünscht sein, während des Verformungsvorgangs dauernd eine Kühlflüssigkeit auf den Vorformling 34 zu spritzen, um zu verhindern, dass sich am Vorformling 34 zuviel Wärme aufbaut, während er umgeformt wird.
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Während des Vorwärts-Fließdrückvorgangs wird Material axial in der Richtung der Bewegung der Walze 38 bezüglich des Dorns 36 bewegt. Dies steht im Gegensatz zum Gegenlauf-Fließdrücken, bei dem sich Material axial in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegung der Walze 138 bewegt. Nun ist unter Bezugnahme auf 8, in der dieselben Bezugsnummern, um 100 versetzt, benutzt sind, um ähnliche Merkmale wie oben beschrieben zu kennzeichnen, ein Aufbau zum Umformen eines Vorformlings zu einer Querstrebe 22 (wie etwa der in 2) gezeigten Querstrebe) durch ein Gegenlauf-Fließdruckverfahren gezeigt. Im Gegensatz zum Vorwärts-Fließdrücken, bei dem Material in der Richtung der Bewegung der Walze verformt wird, wird beim Gegenlauf-Fließdrücken Material des Vorformlings 134 in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Walze 138 verformt. Diese Verfahren kann zu kürzeren Fertigungszeiten führen, verglichen mit dem oben beschriebenen Vorwärts-Fließdrückverfahren, weil die Walzen 138 nur die Länge des Vorformlings 134, nicht die gesamte fertige Länge der Querstrebe 22 überfahren müssen (die länger sein kann als der Vorformling 134), wie es beim Vorwärts-Fließdrücken erforderlich ist.
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Unter Bezugnahme auf 10 ist nun eine beispielhafte, durch einen Fließdrückvorgang ausgebildete Querstrebe 222 allgemein im Querschnitt gezeigt. Wie gezeigt, weist diese beispielhafte Querstrebe 222 einen Mittelabschnitt 230 mit einer ersten Wanddicke t1, einen Endabschnitt 228 mit einer zweiten Wanddicke t2, die größer ist als die erste Wanddicke t1, und einen Zwischenabschnitt 232 mit einer dritten Wanddicke t3 auf, die größer ist als die zweite Wanddicke t2. Die Innenfläche der Querstrebe 222 ist allgemein glatt, weil Material auf der Außenseite verformt wurde, um die veränderliche Wanddicke zu erzeugen. In einer weiteren, in 11 gezeigten Ausführungsform ist eine Querstrebe 322 mit Mittel-, End- und Zwischenabschnitten 330, 328, 332 mit veränderlichen ersten, zweiten bzw. dritten Wanddicken t1, t2, t3 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist die Außenfläche der Querstrebe 322 allgemein glatt, weil Material auf der Innenseite verformt wurde, um die veränderliche Wanddicke zu erzeugen.
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Offensichtlich sind viele Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich und können anders als spezifisch beschrieben praktisch ausgeführt werden, wobei sie innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche liegen.