DE19720133B4

DE19720133B4 - Kraftfahrzeug-Hinterachse und Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse

Info

Publication number: DE19720133B4
Application number: DE19720133A
Authority: DE
Inventors: Torsten Zips; Günter Hupetzky
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: DE19720133A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere einer Verbundlenker-Hinterachse, mit einem Bauteil (12), das einteilig aus einem torsionsweichen und biegesteifen einwandigen Achträger (1) und biegesteifen Übergangsbereichen (6, 6') gebildet ist und zumindest in seinem Mittelbereich ein halboffenes Profil aufweist, sowie mit zwei Längslenkern (10, 10'), die über die Übergangsbereiche (6, 6') mit dem Achsträger (1) verbunden sind, bei dem die Längslenker (10, 10') an das Bauteil (12) angeschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Bauteils (12) ein Rohr (2) durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren verformt und anschließend das verformte Rohr an äußeren axialen Endbereichen und in seiner Längsrichtung beschnitten wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solches Verfahren ist aus der EP 0 430 728 A1 bekannt. Durch den Entfall von Knotenblechen zwischen dem Achsträger und den Längslenkern soll dort die Anzahl der Bauteile sowie der Schweißaufwand verringert werden. Zudem wird durch die Formgebung der Übergangsbereiche eine Verbesserung des Spannungsverlaufs angestrebt.
Weitere Hinterachsen mit halboffenem Querschnitssprofil sind aus der DE 43 30 192 A1 und der DE 43 10 526 A1 bekannt. Durch das halboffene Querschnittsprofil, das vorzugsweise in V- oder U-Form ausgebildet ist, kann auf einfache Weise gewährleistet werden, daß der die beiden radtragenden Längslenker verbindende Achsträger hinreichend biegesteif ist gegenüber insbesondere durch einseitige Belastungen auftretenden Biegemomenten, jedoch Einfedervorgänge der Räder ermöglicht und bei einseitigen Einfedervorgängen als Stabilisator wirkt.
Die Hinterachse wird dabei üblicherweise hergestellt, indem zunächst ein im wesentlichen geradliniger Achsträger mit halboffenem Querschnittsprofil an seinen Enden an biegesteife Übergangsglieder angeschweißt wird, wodurch ein erstes Bauteil ausgebildet wird. An dieses Bauteil werden die Längslenker anschließend seitlich angeschweißt, wobei die Schweißnaht überwiegend zwischen dem Längslenker und dem Übergangsglied verläuft. Die Herstellung der bekannten Hinterachse verlangt somit die Herstellung von fünf Bauteilen, dem Achsträger, den beiden Längslenkern und den beiden Übergangsgliedern, wobei die Bauteile mit hoher Fertigungsgenauigkeit hergestellt und anschließend mit mehreren Schweißnähten zusammengefügt werden müssen. Beim Verschweißen der Bauteile tritt zusätzlich eine Beeinträchtigung durch die Wärmeeinleitung im Bereich der Schweißnähte, z. B. in Form einer Verkohlung usw., auf, so daß gerade in den mechanisch besonders beanspruchten und empfindlichen Übergangsbereichen zwischen Achsträger und Längslenkern Materialschwächungen und Materialdefekte auftreten können.
Aus diesem Grund sind neue Herstellungsverfahren für diese Hinterachsen vorgeschlagen worden, wie z. B. das hydraulische Innenhochdruck-Umformverfahren, bei dem ein Rohr radial aufgeweitet wird, bis es eine vorgegebene Endform erreicht. Durch dieses Verfahren lassen sich Hohlkörper herstellen, die eine homogene Materialzusammensetzung haben und deren Wandstärke kontinuierlich variiert werden kann, so daß die mechanischen Eigenschaften gezielt verändert werden können.
Die EP 0 650 860 A1 beschreibt eine Kraftfahrzeug-Hinterachse, bei der der Achsträger und die Längslenker durch einen Grundkörper gebildet werden, der aus einem Rohr durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren mit nicht konstanter Wandstärke und Querschnittsgeometrie ausgebildet wird. Um den als Hohlkörper ausgebildeten Grundkörper im Bereich des Achsträgers hinreichend torsionsweich auszubilden, wird der Querschnitt sternförmig mit drei Querschnittsflügeln ausgebildet, wohingegen der Übergangsbereich und die Längslenker mit einem viereckigen Querschnitt ausgebildet werden, um hier eine hohe Steifigkeit zu erreichen. Nachteilig an dieser im wesentlichen aus einem hohlen Grundkörper gefertigten Hinterachse ist jedoch, daß der Bereich des Achsträgers zweischalig ausgebildet ist und somit einen höheren Materialaufwand erforderlich macht und aufgrund der Steifigkeit eines Hohlkörpers nur eine geringe Torsionsweichheit zuläßt. Da der Längslenker bereits in dem hohlen Grundkörper enthalten ist, müssen zusätzliche notwendige Teile wie z. B. die Radträgerplatten, Federsitze und Augen zur Befestigung des Stoßdämpfers nachträglich mit mehreren Schweißnähten und mehreren Fertigungsschritten an dem Grundkörper angeschweißt werden.
Die DE 44 16 725 A1 beschreibt eine Hinterachse, bei der der Achsträger als torsionsweicher Hohlkörper ausgebildet ist, an dem nachträglich die Längslenker seitlich angeschweißt werden. Die Längslenker können somit als Gußteile ausgearbeitet werden, an denen die erforderlichen zusätzlichen Teile bereits integriert sind. Der Achsträger kann dabei ebenfalls durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellt werden. Nachteilig an dieser Hinterachse ist jedoch weiterhin, daß der doppelwandige Querschnitt einen höheren Materialaufwand erforderlich macht und somit zu hohen Materialkosten und einem großen Gesamtgewicht der Hinterachse führt. Weiterhin kann der zur Einleitung der Torsionsschwingung der Räder über die Längslenker erforderliche Übergangsbereich nicht einteilig mit dem Achsträger hergestellt werden, so daß zusätzliche Schweißnähte in diesem mechanisch besonders beanspruchten Bereich notwendig sind.
Weiterhin ist aus der DE 40 18 365 A1 bekannt, Blechformteile aus mehreren Halbschalen zusammenzusetzen zu geschlossenen Körpern. Dabei können die Halbschalen als Innenhochdruckumformteile ausgebildet sein.
Schließlich wird in der DE 41 42 325 A1 dem Fachmann die Lehre erteilt, daß für die Herstellung von Fahrwerksträgern längsnahtgeschweißte Rohre bei nachfolgender Innenhochdruckumformung stranggepressten Rohren vorzuziehen seien. Zudem seien naturharte oder aushärtbare Aluminiumlegierungen zu verwenden, um in mehrstufigen Umformprozessen mit hohen Umformgraden ein Zwischenglühen einsetzen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hinterachsherstellung weiter zu verbessern, wobei diese kostengünstig, mit wenig Materialaufwand und geringer Fertigungszeit erfolgen soll und die fertige Hinterachse eine hohe Festigkeit insbesondere im Übergangsbereich zwischen dem Achsträger und den Längslenkern aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß werden somit der Achsträger und die giebelförmigen Übergangsbereiche durch ein Bauteil gebildet, das durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren und einen anschließenden Beschnitt hergestellt worden ist, so daß die beiden Längslenker an dieses Bauteil nur noch seitlich angeschweißt werden müssen. Infolgedessen ist der Achsträger aus homogenem Material hergestellt und weist eine hohe Festigkeit auf, ist dabei aber einwandig ausgebildet. Indem erfindungsgemäß die Übergangsbereiche ebenfalls durch das Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellt werden, sind diese mechanisch besonders beanspruchten Bereiche ebenfalls aus homogenem Material hergestellt.
Die erfindungsgemäß hergestellte Hinterachse kann genau der Hälfte eines durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten Bauteils entsprechen. Dazu kann ein in einem hydraulischen Innenhochdruck-Umformverfahren verformtes Rohr halbiert werden und die beiden Hälften jeweils als den Achsträger und die beiden Übergangsglieder enthaltendes Bauteil verwendet werden. Somit können durch ein (hydraulisches) Innenhochdruck-Umformverfahren zwei Bauteile hergestellt werden, so daß die entsprechenden Fertigungskosten für dieses Bauteil entsprechend halbiert werden können und nur ein relativ geringer Abfall durch den Beschnitt entsteht.
Der Übergangsbereich zwischen dem Achsträger und den Längslenkern kann dabei auf vorteilhafte Weise nach den mechanischen Anforderungen durch eine längliche Aufweitung hergestellt werden, so daß eine gute Übertragung der Radkräfte und der dadurch erzeugten Momente in den Achsträger gewährleistet wird.
Zudem kann das Bauteil mit einer veränderlichen Wandstärke ausgebildet werden, so daß insbesondere eine kontinuierliche Verringerung der Wandstärke im Übergangsbereich vom Achsträger hin zu den Längslenkern ausgebildet werden kann, die günstigere Spannungsübergänge unter Torsinns- und/oder Biegebeanspruchung der Achse bewirkt.
Durch die direkte Verschweißung, d. h. Verschweißung ohne Verwendung zusätzlicher Zwischenstücke, zwischen dem Achsträger und dem Längslenkern wird eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglicht.
Falls im Übergangsbereich zwischen dem Achsträger und den Längslenkern eine größere Dehnung des Materials erforderlich ist, kann der Achsträger durch ein zweistufiges Verfahren hergestellt werden, indem nach einem ersten Innenhochdruck-Umformvorgang das entsprechend vorgeformte Rohr zunächst geglüht wird, um innere Spannungen in dem Material abzubauen. Anschließend kann eine weitere Aufweitung in einem zweiten Innenhochdruck-Umformvorgang vorgenommen werden, um das so hergestellte Bauteil anschließend beschneiden zu können.
Die Erfindung wird im folgenden an einer Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Kraftfahrzeug-Hinterachse gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
2 bis 4 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung der Ausführungsform.
Eine Verbundlenker-Hinterachse weist gemäß 1 zwei Längslenker 10, 10' auf, die mit jeweiligen Radträgern 7, 7' zur Aufnahme der Fahrzeugräder verbunden sind und über Lenkerlager 9, 9' am Fahrzeugaufbau befestigt werden. Die Längslenker 10, 10' sind über einen in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Achsträger 1 miteinander verbunden. Um Einfedervorgänge der an den Radträgern 7, 7' befestigten Räder gegenüber dem Fahrzeugaufbau zu ermöglichen, ist der Achsträger 1 mit einem halboffenen Profil, vorzugsweise in V-Form, aber auch z.B. in U- oder L-Form, gegebenenfalls auch in X-Form, ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird ein einteiliges Bauteil 12 verwendet für die Ausbildung des Achsträgers 1 und der Übergangsbereiche 6, 6'. An das Bauteil 12 sind seitlich die Längslenker 10, 10' über Schweißnähte 8, 8' angefügt. Die Wandstärke des Bauteils 12 nimmt dabei in den Übergangsbereichen 6, 6' vom Achsträger 1 zu den Längslenkern 10, 10' hin kontinuierlich ab, um eine gute Anbindung der Längslenker an den Achsträger 1 zu ermöglichen, die vertikale Auslenkungen der Radträger 7, 7', insbesondere wechselseitig entgegengesetzte Auslenkungen der Radträger 7, 7' in vertikaler Richtung, d. h. aus der Zeichenebene hinaus, ermöglicht. Das Bauteil 12 und die Längslenker 10, 10' können dabei sowohl aus Stahl als auch aus einem Leichtmetall, z. B. Aluminium, hergestellt werden.
Die Hinterachse wird dabei durch mehrere aufeinanderfolgende Schritte hergestellt, die in den 2 bis 4 beschrieben sind, wobei die mehrteilige Form der herkömmlichen Hinterachse gemäß dem Stand der Technik durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Zunächst wird gemäß 2 ein als Halbzeug dienendes Rohr 2 mit rundem Querschnitt 14 seitlich eingespannt und anschließend gemäß 3 nach dem bekannten hydraulischen Innenhochdruck-Umformverfahren von innen mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit beaufschlagt. Aufgrund des hohen Innendrucks wird das Rohr radial gedehnt, wobei die Endform des verformten Rohrs 3 durch ein entsprechendes äußeres Formteil vorgegeben wird. Das verformte Rohr 3 ist dabei zu einer durch die axiale Mittelpunktslinie verlaufende vertikale, d. h. aus der Zeichenebene herausgehende Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildet. Das Rohr wird gemäß 3 in mittleren Bereichen mit doppel-V-förmigen Querschnitten 15, und in weiter außen gelegenen Bereichen mit länglichen ovalen oder ellipsoiden Querschnitten 16 ausgebildet, während die äußeren Endbereiche des Rohrs ihren runden Querschnitt beibehalten.
Falls die gewünschte Dehnung im weiter außen gelegenen Bereich, der dem späteren Übergangsbereich 6, 6' des Bauteils entspricht, größer ist als die vom Material her zulässige maximale Dehnung, kann das Rohr auch in mehreren, z. B. in zwei Schritten, hergestellt werden, indem das Rohr 2 zunächst mittels eines hydraulischen Innendruck-Umformverfahrens in eine erste Vorform überführt wird, anschließend diese erste Vorform geglüht wird, um innere Spannungen in dem Material abzubauen, und die erste Vorform in einem zweiten Innenhochdruck-Umformverfahren in ihre Endform überführt wird.
Von dem so hergestellten verformten Rohr 3 werden anschließend gemäß 4 entsprechend dem gewünschten Beschnitt zwei gleiche Bauteile, ein erstes Bauteil 11 und ein zweites Bauteil 12 hergestellt. Dabei werden die Endbereiche des verformten Rohrs 3 entfernt, wobei die für die späteren Übergangsbereiche 6, 6' gewünschte Kontur ausgebildet wird. Die beiden Bauteile 11 und 12 werden anschließend durch Halbieren des beschnittenen verformten Rohrs in einer vertikalen Ebene hergestellt, so daß zwei Bauteile 11 und 12 erzeugt werden, die jeweils in ihrem Mittelbereich, d. h. dem Bereich des Achsträgers 1, die gewünschte V- oder U-Profilform aufweisen und nach außen hin mit kontinuierlich abnehmender Wandstärke aufgeweitet sind zu Übergangsbereichen 6, 6'. Der Beschnitt des verformten Rohrs und das Halbieren des beschnittenen verformten Rohrs kann z. B. durch ein Plasmaschneidverfahren erreicht werden.
Dabei kann das oben beschriebene Verfahren auch dahingehend abgewandelt werden, daß das verformte Rohr 3 zunächst halbiert und anschließend mit der gewünschten seitlichen Kontur beschnitten wird.
Auf diese Weise können durch ein Herstellungsverfahren gleichzeitig zwei Bauteile hergestellt werden, die jeweils einen Achsträger 1 und die Übergangsbereiche 6, 6' einer Hinterachse bilden. An die jeweiligen Bauteile 11, 12 werden anschließend die Längslenker 10, 10 gemäß 1 angeschweißt.
Die derartig hergestellte Hinterachse weist somit ein Bauteil 12 auf, das den Achsträger 1 und die Übergangsbereiche 6, 6' umfaßt. Somit kann gegenüber der herkömmlichen Konstruktion Material gespart werden, da im Übergangsbereich an die Querstrebe keine zusätzlichen Schuhe angeschweißt werden, bei denen eine unnötige doppelwandige Struktur im äußeren Endbereich auftritt. Weiterhin wird durch die kontinuierliche Verringerung der Wandstärke des Bauteils vom Achsträger 1 zu den äußeren Endbereichen hin Material gespart. Da das Bauteil 12 einteilig hergestellt ist, treten im Übergangsbereich 6 keine Materialschwächungen oder Materialdefekte durch ein Schweißverfahren auf.
Da aufgrund des einteiligen Bauteils 12 etwa die Hälfte der Schweißnähte entfällt, kann die erfindungsgemäße Hinterachse kostengünstiger hergestellt werden. Es werden nur ein Bauteil 12 und die beiden Längslenker 10, 10' benötigt, und die Fertigungszeit kann verringert werden, da durch ein mehrstufiges Verfahren gleichzeitig zwei Bauteile 11 und 12 hergestellt werden, die anschließend lediglich mit den Längslenkern verschweißt werden müssen.
Da das Bauteil 12 einteilig hergestellt ist, besitzt es aufgrund des homogenen Materials eine höhere Festigkeit.
Die Wandstärke im Übergangsbereich 6, 6' kann entsprechend dem mechanischen Erfordernissen kontinuierlich verändert werden, so daß die mechanischen Eigenschaften der Hinterachse verbessert werden. Somit können die Vorteile eines Innenhochdruck-Umformverfahrens für die Hinterachse verwendet werden, und es kann dennoch der Achsträger einwandig ausgebildet werden, so daß die Hinterachse ein geringes Gesamtgewicht aufweist. In die Längslenker 10, 10' können dabei in bekannter Weise die weiteren notwendigen technischen Mittel zur Aufnahme weiterer Bauteile integriert werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere einer Verbundlenker-Hinterachse, mit einem Bauteil (12), das einteilig aus einem torsionsweichen und biegesteifen einwandigen Achträger (1) und biegesteifen Übergangsbereichen (6, 6') gebildet ist und zumindest in seinem Mittelbereich ein halboffenes Profil aufweist, sowie mit zwei Längslenkern (10, 10'), die über die Übergangsbereiche (6, 6') mit dem Achsträger (1) verbunden sind, bei dem die Längslenker (10, 10') an das Bauteil (12) angeschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Bauteils (12) ein Rohr (2) durch ein hydraulisches Innenhochdruck-Umformverfahren verformt und anschließend das verformte Rohr an äußeren axialen Endbereichen und in seiner Längsrichtung beschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformte Rohr in seiner Längsrichtung derartig halbiert wird, daß zwei einander zumindest ähnliche, vorzugsweise gleiche Bauteile (11, 12) entstehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr derartig verformt wird, daß es in den axial weiter außen gelegenen Übergangsbereichen (6, 6') eine längliche Aufweitung erfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem hydraulischen Innenhochdruck-Umformverfahren die Wandstärke des Rohrs variiert wird, vorzugsweise vom Mittelbereich zu den Übergangsbereichen (6, 6') hin verdünnt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) in einem ersten Innenhochdruck-Umformverfahren verformt wird, das so verformte Rohr anschließend erhitzt wird, und in einem weiteren Innenhochdruck-Umformverfahren in seine endgültige Form überführt wird.