DE19649076B4

DE19649076B4 - Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge und Verbundlenkerachse

Info

Publication number: DE19649076B4
Application number: DE19649076A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Streubel; Udo Dr.-Ing. Klasfauseweh; Klaus Dipl.-Ing. Gläser
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: US6059314A; DE19649076A1; DE29719347U1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge, bei welchem an einer inneren Pressschale (43-46) ein Anbindungsbereich (51) mit einer ebenen Anlagefläche (52) herausgezogen wird und die innere Pressschale (43-46) mit einer äußeren Pressschale (47-50) zu einem rohrförmigen Längslenker (39-42) verschweißt wird, wonach jeweils zwei Längslenker (39-42) mit einem Querprofil (53) verbunden werden, wobei die Enden (54) des Querprofils (53) stumpf gegen die Anlagefläche (52) gesetzt und schweißtechnisch festgelegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge einerseits und eine Verbundlenkerachse andererseits.
Im Automobilbau besteht zur Steigerung der Produktivität ein generelles Bestreben nach einer möglichst wirtschaftlichen und rationellen Herstellung der Kraftfahrzeugkomponenten bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität der Produkte. Diesen Forderungen unterliegen auch Verbundlenkerachsen, welche die Vorteile eines einfachen Aufbaus bei geringem Raumgewicht und guten kinematischen Eigenschaften vereinen.

Durch die DE 44 41 971 A1 gehört eine Kraftfahrzeughinterachse zum Stand der Technik, die zwei durch einen Querträger verbundenen Längslenkern aufweist, wobei die Längslenker durch den an seinem Ende durchbohrten Querträger gesteckt und mit diesem durch Hydroformung form- und kraftschlüssig verbunden ist.

Aus der DE 44 16 725 A1 geht eine Kraftfahrzeughinterachse mit einer Querstrebe hervor, die ein U-, V-, L-, X- oder ähnlichen Querschnitt aufweist. Die Längslenker sind als Gussteile ausgearbeitet und weisen ebene Anlageflächen auf, gegen welche die Querstrebe gesetzt und schweißtechnisch festgelegt wird.

Die aus der DE 36 36 878 A1 bekannte Achsaufhängung für Kraftfahrzeuge weist Verbindungen zwischen den Längslenkern und der Querstrebe auf, die jeweils als Klemmverbindung ausgebildet sind.

Die DE 196 05 283 A1 offenbart eine Längslenkeraufhängung für Fahrzeuge, bei der die Längslenker aus oberen und unteren Schalen gebildet sind. An den Längslenkern sind Ausnehmungen vorgesehen, in die ein Querprofil eingeführt und dort mit den Längslenkern verschweißt werden kann.

Aus der EP 0 743 205 A1 sind über ein Querprofil verbundene Längslenker bekannt, wobei die Längslenker jeweils aus miteinander verschweißten inneren und äußeren Schalen bestehen. Die innere Schale der Längslenker wird durch die Verlängerung des Querträgers in Form von zwei offenen Rohrstücken gebildet, wobei Querträger und Rohrstücke vorzugsweise aus einem Stück gefertigt sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse unter Verbesserung der Produktionsautomatisierung wirtschaftlicher und effizienter zu gestalten. Weiterhin zielt die Erfindung auf eine qualitativ hochwertige, jedoch kostengünstige Verbundlenkerachse ab.

Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in den im Anspruch 3 aufgeführten Merkmalen.

Die Längslenker bestehen aus aneinandergefügten Preßschalen. Eine solche Preßschalenausführung besteht aus einer inneren und einer äußeren Preßschale.

Der grundsätzliche Erfindungsgedanke besteht darin, an inneren Preßschalen einen Anbindungsbereich mit einer ebenen Anlagefläche herauszuziehen, wobei die Enden de s Querprofils stumpf gegen die Anlagefläche gesetzt und anschließend schweißtechnisch festgelegt werden.

Das Ende eines Querprofils wird an die ebene Anlagefläche im Anbindungsbereich stumpf angesetzt und verschweißt. Damit ist eine vorteilhaft einfache, jedoch hoch belastbare Anbindung des Querprofils an den Längslenker erzeugt.

So ist auch eine besonders gute schweißtechnische Festlegung möglich, welche mittels Schweißrobotern vollautomatisiert durchgeführt werden kann. Komplizierte Schweißnähte sind nicht erforderlich. Auch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Verbindung wird erhöht.

Durch diese Maßnahmen kann sowohl die Bearbeitung der Enden eines Querprofils als auch die Verschweißung des Querprofils an den Längslenkern erheblich vereinfacht werden. Dies wirkt sich in einer Steigerung der Produktivität aus.

Als Endbearbeitung der Querprofile kann ein gerader Sägeschnitt genügen. Auf komplizierte, insbesondere räumliche, Schnitte an den Enden oder eine aufwendige Bear beitung wird verzichtet. Demzufolge ergibt sich auch eine Materialeinsparung.

Zur schweißtechnischen Verbindung von Querprofil und Längslenker können alle gängigen Schweißverfahren wie Laser-, Schutzgas-, Reib- oder Widerstandsschweißen Anwendung finden.

Der an den Längslenkern ausgebildete Anbindungsbereich ermöglicht eine zuverlässige und präzise Positionierung des Querprofils zur Vorbereitung des Schweißvorgangs. Der Anbindungsbereich schafft in den räumlich gebogenen Längslenkern eine konfigurativ bedarfsgerecht abgestimmte Anlagefläche für die Enden des Querprofils. Demzufolge ist ein hoher Grad an Automatisierung möglich. Darüberhinaus kann der Anbindungsbereich je nach Ausgestaltung Stützwirkung übernehmen und erhöht damit die Stabilität einer Verbundlenkerachse.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine rationellere Herstellung einer Verbundlenkerachse bei gleichzeitiger Einsparung von Material, Energie, Arbeitskräften und Zeit.

Als besonders vorteilhaft hat es sich sowohl für die Herstellung bzw. Ausbildung des Anbindungsbereichs als auch für eine stabile schweißtechnische Verbindung von Längslenker und Querlenker erwiesen, im Anbindungsbereich kreisrunde oder ovale Geometrien vorzusehen. Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 ist daher vorgesehen, daß die Enden des Querprofils entsprechend ausgebildet sind.

Der ausgeformte Anbindungsbereich ist gut zugänglich, so daß mittels automatischer Schweißverfahren präzise und schnell gearbeitet werden kann.

Das Querprofil kann in seinem Mittelbereich eine vom kreisrunden bzw. ovalen Querschnitt abweichende Profilierung aufweisen, um seine Aufgaben als Torsionsstab zwischen den Längslenkern optimal zu erfüllen. Zu seinen Enden hin geht das Querprofil kontinuierlich auf einen kreisrunden bzw. ovalen rohrförmigen Querschnitt über.

Zweckmäßigerweise wird das Querprofil aus einem Rohr hergestellt, welches im Mittelbereich beispielsweise V-, U-, T- oder X-förmig eingeformt ist. Die Enden sind zum Anschluß an die Längslenker rund oder oval ausgebildet.

Eine qualitativ hochwertige kosteneffiziente Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge ist im Anspruch 3 charakterisiert. Eine solche Verbundlenkerachse zeichnet sich durch die besondere Querschnittskonfiguration ihrer Längslenker und der Anbindung des Querprofils aus.

Durch die geometrische Konfiguration wird eine auf die im Betrieb auftretenden Belastungen abgestimmte Auslegung der Widerstandsmomente in dem mit dem Tragrahmen koppelbaren Längenabschnitt eines Längslenkers und des radträgerseitigen Längenabschnitts eines Längslenkers erreicht. Die belastungsgerechte Anbindung des Querprofils ermöglicht eine Überleitung der Torsions- und Biegekräfte von den Längslenkern in das Querprofil. Das Querprofil kompensiert als Torsionsstab die eingeleiteten Kräfte. Demzufolge besitzt die Verbundlenkerachse ein gutes statisches und dynamisches Lastverhalten.

Zweckmäßigerweise sind die Preßschalen entlang von einander kontaktierenden Flanschen verschweißt, wie es in Anspruch 4 vorgesehen ist.

Eine weitere Steigerung des elastokinetischen Verhaltens einer Verbundlenkerachse wird nach den Merkmalen des An spruchs 5 durch ein Querprofil erreicht, das in seinem Mittelabschnitt einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist. Dieser V-förmige Querschnitt geht kontinuierlich auf einen kreisrunden rohrförmigen Querschnitt endseitig des Querprofils über.

Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse kann sowohl aus Stahl als auch aus Aluminium bzw. in einer Mischbauweise der beiden Metalle hergestellt werden.

Die Querprofile werden vorzugsweise aus Rohren oder Strangpreßprofilen hergestellt, deren Geometrie auf die Torsions- und Biegebeanspruchung im Betrieb abgestimmt ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellungsweise einen Ausschnitt aus einer Verbundlenkerachse;
2 bis 4 jeweils im vertikalen Querschnitt drei Ausführungsformen der Anbindung von Längslenker und Querprofil und
5a-d vier unterschiedliche Varianten eines Längslenkers als Preßschalenausführung mit Anbindungsbereich und Querprofil.
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug, in dem der endseitige Abschnitt 1 eines Querprofils 2 und ein Längslenker 3 dargestellt sind.
Der Längslenker 3 ist mittels hydraulischem Innenhochdruck geformt. Dabei sind der Umfang des Längslenkers 3 im Anbindungsbereich 4 von Längslenker 3 und Querprofil 2 gezielt vergrößert und eine an die Querschnittskonfiguration des Endes 5 von Querprofil 2 angepaßte Anlagefläche 6 ausgeformt worden.
Der Anbindungsbereich 4 wird durch eine Ausbauchung 7 gebildet, mit einer konform zum Ende 5 des Querprofils 2 geformten, hier nur angedeuteten ebenen Stirnseite 8. Auf diese Weise ist die ebene Anlagefläche 6 für eine kreisrunde Anbindung des Endes 5 an den Längslenker 3 erzeugt. Das Ende 5 des Querlenkers 2 liegt mit seiner Stirnseite 9 stumpf am Anlagebereich 8 an. Anschließend kann die schweißtechnische Verbindung entlang der umfangsseitigen Kante 10 vorgenommen werden.
Diese Vorgehensweise läßt sich vorteilhaft in den Fertigungsprozeß einbinden und ist einfach zu automatisieren.
Das Querprofil 2 ist in seinem Mittelabschnitt 11 doppelwandig ausgebildet mit einem im wesentlichen V-förmigen Profil. Das V-Profil ist durch Umformung eines Rohrs entstanden. Zum Ende 5 des Querprofils 2 geht dieser Querschnitt kontinuierlich auf einen kreisrunden rohrförmigen Querschnitt über. So wird eine Anpassung von Ende 5 zur Anbindung an den Längslenker 3 erzielt.
Da die Torsions- und Biegekräfte vom Längslenker 3 in das Querprofil 2 übertragen und von diesem kompensiert werden, unterliegt die Verbindung zwischen den beiden Bau teilen höchsten Belastungen. Diesen Belastungen wird die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse gerecht. Hierbei wirkt sich die konstruktive Auslegung des Anbindungsbereichs 4 mit der kreisrunden Anbindung von Querprofil 2 und Längslenker 3 und die umlaufende Schweißnaht positiv aus.
Weiterhin erkennt man in der 1, daß ein mit einem Radträger 12 gekoppelter Längenabschnitt 13 des Längslenkers 3 rechteckig konfiguriert ist mit einer im Vergleich zu seiner Höhe H₁₀ größeren Breite B₁₀. Auch der tragrahmenseitige Längenabschnitt 14 weist eine rechteckige Konfiguration auf. Jedoch ist hier die Höhe H₁₁ im Vergleich zur Breite B₁₁ größer.
Auf diese Weise wird eine auf die im Betrieb auftretenden statischen und dynamischen Belastungen abgestimmte Auslegung der Widerstandsmomente in den Längenabschnitten 13, 14 erreicht.
Mit 15 ist ein Anschlagbauteil für die Festlegung der Verbundlenkerachse am Tragrahmen des Kraftfahrzeugs bezeichnet.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist am Längslenker 16 hydroformtechnisch ein Anbindungsbereich 17 ausgeformt mit einer ebenen Anlagefläche 18 für das Ende 19 eines Querprofils 20.
Das Ende 19 des Querprofils 20 ist kreisförmig ausgebildet, wohingegen der hier nicht näher dargestellte Mittelbereich 21 von der Kreisform abweicht und V-, T- oder X-förmig ausgebildet sein kann.
Die Fügung des stumpf an die ebene Anlagefläche 18 angesetzten Endes 19 erfolgt durch eine umlaufende ebene Schweißnaht 22.
Eine andere Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Hierbei ist in der Wand 23 des mittels eines hydraulischen Innenhochdruckverfahrens hergestellten Anbindungsbereichs 24 von Längslenker 25 eine Montageöffnung 26 vorgesehen. Diese ist durch Lochen der zum Ende 27 des Querprofils 28 gerichteten Stirnseite 29 im Anbindungsbereich 24 gebildet.
In die Montageöffnung 26 ist das Ende 27 des Querprofils 28 eingesteckt und umlaufend unter Ausbildung einer ebenen Schweißnaht 30 verschweißt. Eine Bearbeitung des Endes 27 ist nicht erforderlich.
Auch bei der in der 4 dargestellten Ausführungsform ist eine Montageöffnung 31 im Anbindungsbereich 32 des Längslenkers 33 vorgesehen. Umfangsseitig der Montageöffnung 31 ist ein umlaufender Kragen 34 ausgestellt.
Mit seinem Ende 35 ist das Querprofil 36 in die Montageöffnung 31 eingeführt und ringsum umlaufend verschweißt. Die Schweißnaht 37 ist hierbei an die Stirnseite 38 des Kragens 34 gelegt. Der Kragen 34 umfaßt das Ende 35 des Querprofils 36 formschlüssig. So ist eine besonders gute schweißtechnische Festlegung möglich, die zuverlässig und von hoher Lebensdauer ist.
In der 5 sind im vertikalen Querschnitt vier unterschiedliche Ausführungsformen von Längslenkern 39-42 dargestellt.
Jeder Längslenker 39-42 besteht aus einer inneren Preßschale 43-46 und einer äußeren Preßschale 47-50. An der inneren Preßschale 43-46 ist ein Anbindungsbereich 51 mit einer ebenen Anlagefläche 52 für einen Querlenker 53 herausgezogen.
Der Querlenker 53 ist mit seinem stirnseitigen Ende 54 stumpf gegen die Anlagefläche 52 gesetzt und schweißtechnisch festgelegt.
Die Längslenker 39-42 unterscheiden sich in der Art der Flanschausführung, über die die inneren Preßschalen 43-46 und die äußeren Preßschalen 47-50 miteinander verschweißt sind.
Beim Längslenker 39 sind die Flansche 55, 56 von innerer und äußerer Preßschale 43 bzw. 47 überlappend ausgeführt.
Die Flansche 57, 58 beim Längslenker 40 überlappen sich auf der oberen Seite, wohingegen die Flansche 59, 60 auf der unteren Seite als Punktflansch ausgeführt sind.
Die Flansche 61, 62 des Längslenkers 41 sind beidseitig als Punktflansche ausgebildet.
Beim Längslenker 42 sind die Flansche 63, 64 als sogenannte kurze CO₂-Flansche ausgeführt.

1: Abschnitt v. 2
2: Querprofil
3: Längslenker
4: Anbindungsbereich
5: Ende v. 2
6: Auflagefläche
7: Ausbauchung
8: Stirnseite v. 7
9: Stirnseite v. 5
10: Kante
11: Mittelabschnitt v. 2
12: Radträger
13: Längenabschnitt v. 3
14: Längenabschnitt v. 3
15: Anschlagbauteil
16: Längslenker
17: Anbindungsbereich
18: Anlagefläche
19: Ende v. 20
20: Querprofil
21: Mittelbereich v. 20
22: Schweißnaht
23: Wand
24: Anbindungsbereich
25: Längslenker
26: Montageöffnung
27: Ende v. 28
28: Querprofil
29: Stirnseite
30: Schweißnaht
31: Montageöffnung
32: Anbindungsbereich
33: Längslenker
34: Kragen
35: Ende v. 36
36: Querprofil
37: Schweißnaht
38: Stirnseite v. 34
39: Längslenker
40: Längslenker#
41: Längslenker
42: Längslenker
43: innere Preßschale
44: innere Preßschale
45: innere Preßschale
46: innere Preßschale
47: äußere Preßschale
48: äußere Preßschale
49: äußere Preßschale
50: äußere Preßschale
51: Anbindungsbereich
52: Anlagefläche
53: Querlenker
54: Ende v. 53
55: Flansch
56: Flansch
57: Flansch
58: Flansch
59: Flansch
60: Flansch
61: Flansch
62: Flansch
63: Flansch
64: Flansch
B₁₀: Breite v. 13
B₁₁: Breite v. 14
H₁₀: Höhe v. 13
H₁₁: Höhe v. 14

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge, bei welchem an einer inneren Pressschale (43-46) ein Anbindungsbereich (51) mit einer ebenen Anlagefläche (52) herausgezogen wird und die innere Pressschale (43-46) mit einer äußeren Pressschale (47-50) zu einem rohrförmigen Längslenker (39-42) verschweißt wird, wonach jeweils zwei Längslenker (39-42) mit einem Querprofil (53) verbunden werden, wobei die Enden (54) des Querprofils (53) stumpf gegen die Anlagefläche (52) gesetzt und schweißtechnisch festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (54) des Querprofils (53) kreisförmig oder oval ausgebildet werden.
Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge, welche zwei durch ein Querprofil (53) verbundene rohrförmige Längslenker (39-42) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längslenker (39-42) aus zwei miteinander verschweißten Pressschalen (43-46; 47-50) besteht, wobei jeweils an den inneren Pressschalen (43-46) eines Längslenkers (39-42) ein Anbindungsbereich (51) mit einer ebenen Anlagefläche (52) herausgezogen ist, an welche ein Ende (54) des Querprofils (53) stumpf angesetzt und schweißtechnisch festgelegt ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressschalen (43-46; 47-50) entlang von einander kontaktierenden Flanschen (55, 56; 57, 58; 59, 60; 61, 62; 63, 64) verschweißt sind.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Querprofil (53) ein im wesentlichen V-förmiges Profil mit im Querschnitt mindestens annähernd kreisförmig ausgebildeten Enden besitzt.