DE10102759A1

DE10102759A1 - Verbundlenkerhinterachse

Info

Publication number: DE10102759A1
Application number: DE2001102759
Authority: DE
Inventors: Torsten Zips; Gerhard Grueschow; Adolf Handel; Karl-Heinz Hilleberg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2021-01-24
Also published as: DE10102759B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerhinterachse (1) aus rohrförmigem Material (14). Sie weist an ihren Enden (5, 6) im Wesentlichen runde Querschnitte auf. Zwischen den Enden (5, 6) ist ein mittlerer Längenbereich (3) mit Längsprofil (4) angeordnet. Das Längsprofil (4) hat doppelte Wandungen (9, 10), wobei die Wandungen (9, 10) zwischen den jeweiligen Enden (5, 6) und dem mittleren Längenbereich (3) in einem Übergangsbereich (7, 8) vom kreisrunden Querschnitt in den Profilquerschnitt des Längsprofils (4) übergehen. Relativbewegungen aneinander anliegenden Wandungen (9, 10) in den Übergangsbereichen (7, 8) und dem mittleren Längenbereich (3) führen zu Abrieb beziehungsweise unerwünschten Schwingungen, welche den Fahrkomfort einschränken können. Um diese Relativbewegung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Verbundlenkerhinterachse (1) im Bereich des Längsprofils (4) wenigstens einen Hohlraum (2) aufweist und dass die Wandungen (9, 10) des Hohlraums (2) voneinander beabstandet sind. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung der Verbundlenkerhinterachse (1) von der Erfindung umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerhinterachse aus rohrförmigen Material für ein Kraftfahrzeug, mit im wesentlichen runde Querschnitte aufweisenden Enden, zwischen denen ein mittlerer Längenbereich mit einem doppelte Wandungen aufweisenden Längsprofil angeordnet ist, wobei die Wandungen zwischen den Enden und dem mittleren Längenbereich jeweils mit einem Übergangsbereich vom kreisrunden Querschnitt in einen Profilquerschnitt übergehen. Die EP 0 229 576 offenbart eine aus einem Rohr hergestellte Verbundlenkerhinterachse, deren radführenden Längslenker parallel zueinander verlaufen und unverformt rohrförmig sind, wohingegen der die Längslenker verbindende biegesteife, aber torsionsweiche Querträger bis auf die ebenfalls kreisrunden Enden einen L-, V-. T-, U-, X- oder H- förmigen Querschnitt aufweist. Eine derartige Verbundlenkerhinterachse weist den Nachteil auf, dass sie in den Übergangsbereichen zwischen den verformten und den nicht verformten Längenabschnitten hohen Belastungen ausgesetzt ist.

X- oder Y-förmig profiliere Querträger weisen eine höhere Lebensdauer auf, da deren Schubmittelpunkt mit dem Schwerpunkt des Querträgers zusammenfällt. Nachteilig ist bei diesen Querschnitten jedoch die eingeschränkte Variationsmöglichkeit der Biegesteifigkeit in bezug auf Gewicht und Positionierung des für die Fahreigenschaften verantwortlichen Schubmittelpunkts des Querträgers. Um diese Verbundlenkerhinterachse zu verbessern werden die hoch spannungsbelasteten Übergangsbereiche zwischen den verformten und nicht verformten Längenabschnitten des Querträgers so gestaltet, dass die auftretenden Spannungen über den gesamten Profilbereich gleichmäßig verteilt werden. Dazu werden beim Übergang von einem mittleren U-förmigen Längenbereich des Querträgers auf den angrenzenden Übergangsbereich, in dem der U-förmige Querschnitt kontinuierlich in den runden rohrförmigen Querschnitt endseitig des Querträgers übergeht, Einprägungen hergestellt, deren Form, Lage und Tiefe von dem Durchmesser und der Wanddicke des runden rohrförmigen Ausgangsquerschnitts, von der freien Torsionslänge des mittleren U- förmigen Längenbereichs sowie von der vorgegebenen Torsionsrate abhängig sind.

Um die hochspannungsbelasteten Übergangsbereiche zwischen verformten und nicht verformten Längenabschnitten eines Querträgers einer Verbundlenkerachse so zu gestalten, dass die auftretenden Spannungen über den gesamten Profilbereich gleichmäßig verteilt werden, ist aus der EP 0 752 332 bekannt, bei einem Querlenker, der kreisrunde rohrförmige Endabschnitt und im mittleren Längenbereich durch spanlose Umformung einen doppelwandigen U-förmig gemuldeten Torsionsabschnitt aufweist, wobei die Zwischenabschnitt zwischen den Endabschnitten und dem Torsionsabschnitt kontinuierlich vom kreisrunden zum U-förmige Querschnitt übergehen, eine solche Ausbildung vorzusehen, dass der Querträger endseitig des U-förmigen Torsionsabschnitts an einem bogenförmig ausgebildete Steg mit nach innen oder nach außen gerichteten, abgerundete Ränder aufweisenden Einprägungen versehe ist.

Auch die DE 196 53 959 beschreibt eine Verbundlenkerhinterachse, an welcher an den Übergängen von den Endabschnitten auf die Zwischenabschnitte dem Torsionsabschnitt frontal zugewandte, sich weitgehend radial zur Längsachse erstreckende, aus den Muldenböden der Zwischenabschnitte herausgeformte Querstege vorgesehen sind. Bei beiden Verbundlenkerhinterachsen werden die aneinander anliegenden Wandungen des Längsprofils gleichermaßen mit Einprägungen verformt.

Im Stand der Technik wird außerdem betont, dass das Rücksprungverhalten des Materials und damit der zwischen den Wandungen gebildete Luftspalt reduziert werden soll, um die gegenseitige Verriegelung der Einprägungen zu verbessern. Bei diesen Verbundlenkerhinterachsen liegen die Wandungen des doppelwandigen Längsprofils aneinander an. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass durch die eingeleiteten Lasten Relativbewegungen der aneinander anliegenden Wandungen, insbesondere im U- oder V-förmigen Querschnitt möglich sind. Relativbewegungen der aneinander anliegenden Wandungen in den Übergangsbereichen sowie im mittleren Längenbereich führen zu Abrieb und unerwünschten Schwingungen, welche den Fahrkomfort einschränken können. Des Weiteren werden derartige Relativbewegungen in der Regel als Zeichen minderer Qualität erachtet. Aufgabe der Erfindung ist es folglich diese Nachteile zu vermeiden, wobei die abgestimmten Funktionen der unterschiedlichen Bereiche der Verbundlenkerhinterachse, insbesondere hinsichtlich der Torsionsrate, erhalten bleiben sollen.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird dadurch zur Verfügung gestellt, dass die Verbundlenkerhinterachse im Bereich des Längsprofils wenigstens einen Hohlraum aufweist und dass die Wandungen des Hohlraums voneinander beabstandet sind. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen oder mehrere Hohlräume zwischen den Wandungen des Längsprofils gezielt anzuformen.

Dabei ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Hohlraum jeweils in einem Übergangsbereich angeordnet ist, da insbesondere in diesen Übergangsbereichen die durch die Belastungen während der Fahrt auftretenden Spannungen am größten sind.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der Hohlraum zwischen den Übergangsbereichen und dem mittleren Längenbereich zumindest einen lokalen Spalt aufweist. Dabei ist der Spalt in der Profilquerschnittsebene so angeordnet, dass er die Profilkanten miteinander verbindet. Durch die gezielte Anordnung des Spalts wird erreicht, dass die Relativbewegungen weitgehend vermieden wird, ohne dass die Festigkeit, Torsionssteifigkeit und Haltbarkeit der Verbundlenkerhinterachse eingeschränkt wird.

Es ist dabei vorgesehen, dass der Spalt im wesentlichen die Form des Längsprofils aufweist. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass das Längsprofil einen L-, V-, T-, U-, X- oder H- förmigen Profilquerschnitt aufweist und der Spalt in einer Profilquerschnittsebene senkrecht zur Längsachse angeordnet ist. Es ist hierzu in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Verbundlenkerhinterachse einstückig aus einem Rohr hergestellt ist. Dabei kann das Verhalten des Materials bei der Formung des Längsprofils genutzt werden, nämlich dass nach dem Zusammenpressen die Wandungen, durch die Elastizität bedingt, zurückspringen.

Alternativ kann die Verbundlenkerhinterachse durch ein Verfahren dadurch hergestellt werden, dass der Hohlraum vor der Profilformung des Längsprofils des mittleren Längenbereichs, vorzugsweise durch Aufweiten des rohrförmigen Materials, angeformt wird. Durch das Aufweiten des unverformten Rohres im für den Spalt vorgesehenen Bereich wird das Material vorbereitet, so dass die einander gegenüber liegenden Wandungen sich beim Formpressen nicht berühren. Dabei ist es möglich das Rohr in einer Ebene oder radial aufzuweiten, so dass die Aufweitung an den vorgesehenen Profilquerschnitt beziehungsweise an das Längsprofil der Verbundlenkerhinterachse angepasst werden kann.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens wird dadurch bereitgestellt, dass das rohrförmige Material zur Profilformung nach dem Aufweiten des rohrförmigen Materials in einem Presswerkzeug eingesetzt wird, welches mit einer an den aufgeweiteten Bereich angepasste Ausnehmung versehen ist, dass das Presswerkzeug zur Herstellung des Längsprofils die Wandungen des rohrförmigen Materials beaufschlagt und dass die aufgeweiteten Wandungen beim Zusammenpressen mit einem Abstand voneinander in der Ausnehmung anliegen. Durch diese Schritte ist gewährleistet, dass die Wandungen nach der Profilformung einen Abstand aufweisen. In vorteilhafter Weise ist es somit möglich, den Spalt unabhängig vom Material des Rohres herzustellen.

Eine bevorzugte Verfahrensweise wird dadurch bereitgestellt, dass das rohrförmige Material in Abhängigkeit vom gewünschten Spaltmaß aufgeweitet und gepresst wird. Dadurch wird ermöglicht, dass das Spaltmaß konstruktiv festgelegt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1a ein Längsschnitt durch die Verbundlenkerhinterachse mit einem erfindungsgemäßen Spalt im V-förmigen Längsprofil;

Fig. 1b eine Verbundlenkerhinterachse gemäß Fig. 1a im Querschnitt durch die Ebene II-II;

Fig. 1c eine Verbundlenkerhinterachse gemäß Fig. 1a im Querschnitt durch die Ebene III-III;

Fig. 2a ein Längsschnitt durch die Verbundlenkerhinterachse mit einem erfindungsgemäßen Spalt außerhalb des V-förmigen Längsprofils;

Fig. 2b eine Verbundlenkerhinterachse gemäß Fig. 2a im Querschnitt durch die Ebene II-II;

Fig. 3a-c die schrittweise Herstellung einer erfindungsmäßigen Verbundlenkerhinterachse anhand von Werkstückdarstellungen in Längsschnitt und in perspektivischer Ansicht.

Fig. 1a zeigt eine Verbundlenkerhinterachse 1 mit einem erfindungsgemäßen Spalt 2 im Längsschnitt. Die Verbundlenkerhinterachse 1 ist aus rohrförmigen Material, vorzugsweise aus Stahlblech hergestellt. Im unbearbeiteten Zustand weist das rohrförmige Material im wesentlichen einen runden Querschnitt auf. Zur Herstellung der Verbundlenkerhinterachse 1 wird in einem mittleren Längenbereich 3 ein Längsprofil 4 eingepresst. Dieses Längsprofil 4 kann mit einem L-, V-, T-, U-, X- oder H- förmigen Profilquerschnitt versehen sein. In der Zeichnung ist das Längsprofil 4 V-förmig. Das rohrförmige Material weist an beiden Enden 5, 6 runde Querschnitte auf. Zwischen dem mittleren Längenbereich 3 und den Enden 5, 6 sind jeweils Übergangsbereiche 7, 8 angeordnet, in welchen das Längsprofil 4 in den runden Querschnitt übergeht. Das Längsprofil 4 und die Übergangsbereiche 7, 8 sind aufgrund der rohrförmigen Grundform des Materials mit doppelten Wandungen 9, 10 versehen. Die Wandungen 9, 10 sind im mittleren Längenbereich 3 weitgehend fest zusammengepresst und lösen sich im Übergangsbereich 7, 8 zu den Enden 5, 6 hin voneinander und formen zunehmend die Enden 5, 6 mit kreisrunden Querschnitten. Das Längsprofil 4 weist somit zwei obere Profilkante 11 und eine untere Profilkante 12 auf.

Der Spalt 2 dient der Minderung der Relativbewegungen der aneinanderliegenden Wandungen 9, 10. Bei Belastung während der Fahrt führen die Wandungen 9, 10 Relativbewegungen aus. Mit Hilfe der definiert angeordneten und auf die jeweiligen Bedingungen der Verbundlenkerhinterachse 1 angepassten Spalten 2 können dabei entstehende Abriebe beziehungsweise unerwünschte Schwingungen vermindert werden, da die Spalten 2 Unterbrechungen bilden, mit denen Spannungen zwischen den Wandungen 9, 10 vermieden werden.

In Fig. 1b ist eine Verbundlenkerhinterachse 1 im Querschnitt durch die Ebene II-II gemäß Fig. 1 dargestellt. Die Ebene II-II befindet sich im mittleren Längenbereich 3 der Verbundlenkerhinterachse 1, in welchem das Längsprofil 4 ausgebildet ist. In der vorliegenden Darstellung ist das Längsprofil V-förmig. Die Wandungen 9, 10 liegen aneinander an und öffnen sich zu den Enden 5, 6 von denen in der Zeichnung lediglich das Ende 5 sichtbar ist. Dabei geht das Längsprofil 4 in den Übergangsbereichen 7, 8 in die Enden 5, 6 über. In diesen Übergangsbereichen 7, 8 sind die Wandungen 9, 10 im wesentlichen voneinander beabstandet. Zwischen dem mittleren Längenbereich 3 und den Übergangsbereichen 7, 8 ist jeweils ein Spalt 2 angeordnet, der in der Zeichnung durch eine Erhebung 13 der innere Wandung 10 dargestellt ist.

Um die Erhebung 13 an der Wandung 10 und damit den Spalt 2 auszuformen, wird das rohrförmige Material der Verbundlenkerhinterachse 1 vor der Profilformung durch Innenrohraufdehnung aufgedehnt und durch ein an den zu formenden Spalt 2 angepasstes Presswerkzeug beim Pressen des Längsprofils 4 ausgeformt. Dabei werden im Bereich des Spaltes 2 die Wandungen des Profils bis auf einen vorbestimmten Abstand voneinander zusammengepresst. Im übrigen Bereich des Längsprofils 4 werden die Wandungen 9, 10 fest aneinandergedrückt, um die nötige Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerhinterachse 1 herzustellen.

In Fig. 1c ist eine Verbundlenkerhinterachse 1 wie in Fig. 1b dargestellt, allerdings im Querschnitt durch die Ebene III-III gemäß Fig. 1. Die Ebene III-III befindet sich zwischen dem mittleren Längenbereich 3 und einem Übergangsbereiche der Verbundlenkerhinterachse 1, in welchem das Längsprofil 4 in den runden Querschnitt übergeht. Dabei schneidet die Ebene III-III, welche auch Profilquerschnittsebene ist, den Spalt 2.

In den Fig. 2a und 2b sind Verbundlenkerhinterachsen 1 gemäß den Fig. 1a und 1c dargestellt. Der Spalt 2 ist dabei außerhalb des Längsprofils 4 angeordnet.

In Fig. 3 ist das Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerhinterachse 1 skizziert. Fig. 3a zeigt das rohrförmige Material 14 im Längsschnitt vor der Bearbeitung. Um die definierten Spalte 2 im Bereich der noch anzuformenden Längsprofile 4 herauszuarbeiten, wird wie in Fig. 2b dargestellt, das rohrförmige Material 14 aufgedehnt. Hierzu wird ein Aufdehnwerkzeug 15 in das rohrförmige Material 14 eingeführt und durch einen Mechanismus auseinander gedrückt. Alternativ ist auch das Verfahren des Innenhochdruckumformens einsetzbar. Durch die Ausdehnung wird die Erhebung 13 am rohrförmigen Material hergestellt. Die Verbundlenkerhinterachse 1 wird anschließend durch Erzeugung des Längsprofils 4 fertiggestellt. Dies ist in Fig. 3c gezeigt. Um das Längsprofil 4 anzuformen wird das aufgedehnte, rohrförmige Material 14 in ein Presswerkzeug 16 eingelegt. Dieses weist zur Aufnahme der Erhebung 13 eine korrespondierende Ausnehmung 17 auf. Das Presswerkzeug umfasst eine obere Pressform 18 und eine untere Pressform 19, wobei die untere Pressform in dem dargestellten Beispiel die Ausnehmung 17 aufweist und die obere Pressform 18 zur Herstellung eines V-förmigen Profilquerschnitts vorgesehen ist. Durch Beaufschlagung des rohrförmigen Materials 14 wird die Verbundlenkerhinterachse 1 mit V-förmigem Profilquerschnitt und einem Spalt 2 außerhalb des Längsprofils 4 hergestellt, wie in Fig. 2 gezeigt.

Beim Zusammenpressen der Pressformen 18, 19 wird die außerhalb der Pressform 19 liegende Wandung 10 des rohrförmigen Materials 14 so beaufschlagt, dass es im wesentlichen gegen die im inneren Bereich der Pressform 19 liegende Wandung 9 gepresst wird. Im Bereich der Aufweitung des rohrförmigen Materials 14 bildet sich dabei die Erhebung 13. Im Bereich der Erhebung 13 werden die Wandungen 9 und 10 nicht gegeneinander gepresst, sondern bleiben mit einem Abstand voneinander getrennt, so dass sich der Spalt 2 ausbildet.

Es ist vorgesehen diesen Spalt an den Übergangsbereichen der Verbundlenkerhinterachse 1 anzuordnen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen ist erfindungsgemäß auch vorgesehen mehrere Spalte 2 im mittleren Längenbereich 3 des Längsprofils 4 zu verteilen.

In Fig. 3d ist die fertige Verbundlenkerhinterachse 1 in perspektivischer Ansicht mit einem Schnitt durch die Profilquerschnittsebene dargestellt. Dabei ist das Längsprofil 4 so geformt, dass die Wandungen 9, 10 im wesentlichen voneinander Abstand aufweisen. Mit geeignetem Presswerkzeug 16 kann, wie in Fig. 3c dargestellt, der Spalt 2 geformt werden und mit formverschiedenen, jedoch miteinander korrespondierende Pressformen 18, 19 wird das Längsprofil 4 gepresst, wobei die Wandungen 9, 10 sich ausschließlich an der unteren Profilkante 12 berühren, wo kein Spalt angeordnet ist. Dadurch erhält die Verbundlenkerhinterachse 1 Stabilität, wobei die Relativbewegungen weitgehend verhindert werden können, da die Wandungen 9, 10 sich im wesentlichen nicht berühren.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Verbundlenkerhinterachse

2

Spalt

3

mittlerer Längenbereich

4

Längsprofil

5

Ende

6

Ende

7

Übergangsbereich

8

Übergangsbereich

9

Wandung

10

Wandung

11

obere Profilkante

12

untere Profilkante

13

Erhebung

14

rohrförmige Material

15

Aufdehnwerkzeug

16

Presswerkzeug

17

Ausnehmung

18

Obere Pressform

19

Untere Pressform

Claims

1. Verbundlenkerhinterachse (1) aus rohrförmigen Material (14) für ein Kraftfahrzeug, mit im wesentlichen runde Querschnitte aufweisenden Enden (5, 6), zwischen denen ein mittlerer Längenbereich (3) mit einem doppelte Wandungen (9, 10) aufweisenden Längsprofil (4) angeordnet ist, wobei die Wandungen (9, 10) zwischen den Enden (5, 6) und dem mittleren Längenbereich (3) jeweils mit einem Übergangsbereich (7, 8) vom kreisrunden Querschnitt in einen Profilquerschnitt übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundlenkerhinterachse (1) im Bereich des Längsprofils (4) wenigstens einen Hohlraum (2) aufweist und dass die Wandungen (9, 10) des Hohlraums (2) voneinander beabstandet sind.

2. Verbundlenkerhinterachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (2) jeweils in einem Übergangsbereich (7, 8) angeordnet ist.

3. Verbundlenkerhinterachse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (2) zwischen den Übergangsbereichen (7, 8) und dem mittleren Längenbereich (3) zumindest einen lokalen Spalt (2) aufweist, welcher in der gesamten Profilquerschnittsebene die Wandungen (9, 10) voneinander trennt.

4. Verbundlenkerhinterachse (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (2) im wesentlichen die Form des Längsprofils (4) aufweist.

5. Verbundlenkerhinterachse (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsprofil (4) einen L-, V-, T-, U-, X- oder H- förmigen Profilquerschnitt aufweist.

6. Verbundlenkerhinterachse (1) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundlenkerhinterachse (1) einstückig aus einem Rohr hergestellt ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerhinterachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (2) vor der Profilformung des Längsprofils (4) des mittleren Längenbereichs (3), vorzugsweise durch Aufweiten des rohrförmigen Materials (14), angeformt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Material (14) nach dem Aufweiten zur Profilformung in ein Presswerkzeug (16) eingesetzt wird, welches mit einer an den aufgeweiteten Bereich angepasste Ausnehmung (17) versehen ist, dass das Presswerkzeug (16) zur Herstellung des Längsprofils (4) die Wandungen (9, 10) des rohrförmigen Materials (14) beaufschlagt und dass die aufgeweiteten Wandungen (9, 10) beim Zusammenpressen mit einem Abstand voneinander in der Ausnehmung (17) anliegen.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Material (14) in Abhängigkeit vom gewünschten Spaltmaß aufgeweitet und gepresst wird.