DE10249376A1 - Verfahren zum Bilden einer rohrförmigen Achse - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Bilden einer Achsvorrichtung mit einem hohlen Element. Ein hohles Element wie etwa ein zylindrisches Rohr wird so umgeformt, daß es ein polygonales Profil mit einem Endabschnitt aufweist. In das hohle Element können vor oder nach dem Schritt, bei dem das Polygon ausgebildet wird, Stützwände eingebracht werden, um die unmittelbare Festigkeit zu verbessern und Aufhängebiegungsmomente zu übertragen. Die Endabschnitte werden umgeformt, daß sie einen vorgeformten Achsschenkelbolzenträger mit einem Endabschnitt aufnehmen, der etwa die gleiche Größe wie das kegelstumpfförmige Ende hat. Die Elemente werden zusammengeschweißt, und der Achsschenkelbolzen und das hohle Element werden in eine gewünschte Achsform gebogen. Bei einer anderen Verfahrensabfolge wird der Achsschenkelbolzenträger unmittelbar in dem Ende des hohlen Elements ausgebildet.

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Achse mit einem hohlen Abschnitt und insbesondere auf ein Verfahren zur Bildung einer vollständigen Achse aus einem einzelnen rohrförmigen Element.
• Vorderachsen sind üblicherweise aus einem geschmiedeten I-Träger gebaut, der sich für Biegebelastungen eignet, für Torsions- und andere Belastungen aber normalerweise nicht ideal ist. Das Maßschneidern des I-Trägers auf einen gewünschten Anwendungszweck ist üblicherweise darauf beschränkt, die Außenmaße des Trägers und die Schenkeldicke zu verändern. Eine Veränderung der Schenkeldicke relativ zum Profil zwischen den Schenkeln längs eines einzelnen Elements ist kompliziert und die dabei erzielte Vielseitigkeit hinsichtlich Gewicht und Festigkeit ist eventuell nur begrenzt. Auch hohle, rohrförmige Elemente sind verwendet worden, um Achsvorrichtungen leichter zu machen und Torsionsbelastungseigenschaften zu verbessern. Normalerweise werden rechteckige oder zylindrische Rohrprofile mit anderen vorgeformten Achsabschnitten wie etwa Doppelbogenstücken verschweißt. Doppelbogenstücke nehmen Achsschenkelbolzen auf, die als Drehpunkt zur Halterung von Achsschenkeln dienen, die die Fahrzeugräder lagern. Nachteiligerweise ist diese Methode mit Profilbauteilen teuer, von der Steuerung her eventuell schwierig und ergibt typischerweise eine verhältnismäßig schwere Achsvorrichtung.
• Es ist daher wünschenswert, ein vielseitiges Verfahren zur Bildung einer Achsvorrichtung mit geringem Gewicht und einem hohlen Abschnitt vorzusehen, bei dem es nicht nötig ist, mehrere Achssegmente zusammenzuschweißen.
Kurzfassung der Erfindung
• Das Formverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schafft ein vielseitiges Verfahren zur Bildung einer hohlen Achsvorrichtung. Ein hohles Element wie etwa ein zylindrisches Rohr wird so umgeformt, daß es ein polygonales Profil mit einem Endabschnitt hat. Vor oder nach diesem Schritt, bei dem das Polygon ausgebildet wird, können Stützwände in das hohle Element eingebracht werden, um die Festigkeit in unmittelbarer Nähe zu verbessern und Aufhängungsbiegemomente zu übertragen. Die Endabschnitte werden so geformt, daß sie runde oder kegelstumpfförmige Abschnitte zur Aufnahme eines vorgeformten Achsschenkelbolzenträgers bereitstellen. Die Elemente werden zusammengeschweißt, und der Achsschenkelbolzenträger und das rohrförmige Element werden in eine gewünschte Achsform gebogen. Die Achse kann dann durch Wärmebehandlung, Abschrecken und Anlassen bearbeitet werden. Ein Nachrichten der Achse kann ebenfalls erwünscht sein.
• Bei einer anderen Verfahrensabfolge wird das kegelstumpfförmige Ende unmittelbar an das hohle Element angeformt, bevor das rohrförmige Element in ein Element mit polygonalem Profil umgeformt wird.
• Bei einer anderen Verfahrensabfolge wird der Biegeschritt vor dem Befestigungsschritt durchgeführt, wenn der vorgeformte Achsschenkelbolzenträger nicht einzeln gebogen zu werden braucht.
• Bei einer anderen Verfahrensabfolge wird der Achsschenkelbolzenträger durch Stauchen oder Verkleinern unmittelbar in dem Ende des rohrförmigen Elements ausgebildet. Kein Schweißen ist erforderlich. Nach dem Ausbilden des Achsschenkelbolzenträgers kann das rohrförmige Element dann nach Bedarf in ein Element mit polygonalem Profil umgeformt oder gebogen werden.
• Die vorliegende Erfindung stellt somit Mehrfach-Verfahrensabfolgen bereit, die zu einer maximalen Vielseitigkeit bei der Herstellung führen. Die erfindungsgemäß gebildete Achsvorrichtung weist einen einstückigen hohlen Abschnitt auf, der die Achse leichter macht und gewünschte Eigenschaften hinsichtlich Biege- und Torsionsbelastung bietet. Erfindungsgemäß hergestellte Achsvorrichtungen haben eine erhöhte Festigkeit gezeigt, während das Gewicht von etwa 185 Pfund auf 110 Pfund verringert wurde.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung ersichtlich, wenn sie im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung betrachtet wird, in der die Figur ein Ablaufplan des Umformvorgangs der vorliegenden Erfindung ist, in dem die Achse in ihren unterschiedlichen Umformungsstadien abgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• In Fig. 1 ist ein Ablaufplan des Achsformvorgangs 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Vorgang 10 wird mit einem hohlen Element 12 begonnen. Das hohle Element 12 ist vorzugsweise ein zylindrisches, rohrförmiges Element 12, wie bei Schritt 20 angegeben, kann jedoch auch ein polygonales Element sein, wie in Schritt 30 angegeben. Es versteht sich, daß Hydroformen, Stanzen, Walzen oder andere Verfahren zum Bilden des hohlen Elements 12 angewendet werden können. Nach dem Verfahrensablauf der vorliegenden Erfindung ist ein Rohr mit einer Wandstärke von 3/8 Zoll zum Tragen von etwa 12.000 Pfund vorgesehen, ein Rohr mit einer Wandstärke von 9/16 Zoll ist zum Tragen von etwa 14.600 Pfund vorgesehen, und ein Rohr mit einer Wandstärke von 3/4 Zoll ist zum Tragen von etwa 18.000 Pfund vorgesehen, obwohl eindeutig keine Begrenzung auf nur solche Größen besteht.
• Ferner kann das rohrförmige Element 12 alternativ vorgeformte Längenabschnitte 14 mit mehrfacher Wandstärke aufweisen, wie bei Schritt 20' angegeben. Indem Längenabschnitte 14 mit mehrfacher Wandstärke vorgesehen werden, weist das rohrförmige Element 12 Abschnitte mit vorbestimmter erhöhter Festigkeit entlang erwünschter Längenabschnitte und leichtere, dünnere Abschnitte entlang anderer Längenabschnitte auf, was vielfache Vorteile bietet.
• Das rohrförmige Element 12 umfaßt ein Ende 16. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung zwar mit Bezug auf nur ein Ende beschrieben wird, die vorliegende Erfindung vorzugsweise jedoch auf jedes Ende eines rohrförmigen Elements zur Bildung einer vollständigen Achse aus einem einzigen Stück hohlen Materials angewendet wird. Das rohrförmige Element 12 wird in ein Element 18 mit polygonalem Profil umgeformt, wie in Schritt 30 angegeben. Es versteht sich, daß je nach dem gewünschten Anwendungszweck eventuell nur vorbestimmte Längenabschnitte in das polygonale Profil umgeformt werden. Vorzugsweise ist für eine Achsanwendung ein im wesentlichen rechteckiges Profil mit einem Seitenverhältnis von etwa 1,2 vorgesehen, jedoch wird die vorliegende Erfindung auch für andere Profile von Nutzen sein.
• Alternativ oder zusätzlich kann eine im wesentlichen zusammendrückbare Stützwand 32 in einen Hohlraum 34 innerhalb des rohrförmigen Elements 12 eingesetzt sein, wie bei Schritt 20a angegeben. Die zusammendrückbare Stützwand 32 wird dann bei Schritt 30, wenn das rohrförmige Element 12 in das Element 18 mit polygonalem Profil umgeformt wird, gleichzeitig in eine polygonale Stützwand 32' umgeformt. Die Stützwand wird dadurch in dem hohlen Element arretiert. Die Stützwand 32, 32' verbessert die unmittelbare Festigkeit des hohlen Elements 12, 18, bietet eine Montagefläche für andere Achsbauteile und überträgt Aufhängungsbiegemomente wirkungsvoll in eine Torsionsscherung der Achse. Als Alternative oder zusätzlich kann die Stützwand als polygonale Stützwand 32' ausgebildet sein, die sich in dem Element 18 mit polygonalem Profil befindet, nachdem dieses gebildet wurde, wie als Schritt 30a angegeben.
• Das Ende 16 des polygonalen Elements 18 wird vorzugsweise durch einen Stanz-, Walz-, Gesenkschmiede-, Hydroformungs- oder Verjüngungsvorgang umgeformt, um ein insgesamt kreisförmiges oder kegelstumpfförmiges Ende 42 zu schaffen, das relativ zum hohlen Element 12 eine geringere Größe aufweist, wie bei Schritt 40 angegeben. Vorzugsweise ist das Ende 16 so verkleinert, daß es ein gewünschtes Endbauteil, gewöhnlich einen vorgeformten Achsschenkelbolzenträger 52, aufnimmt. Andere Umformungsverfahren und Formen werden ebenfalls profitieren.
• Der vorgeformte Achsschenkelbolzenträger 52 bildet eine Schwenkanbindung 54 und ein im wesentlichen abgerundetes Ende 56 zur Befestigung an dem kegelstumpfförmigen Ende 42, wie in Schritt 50 angegeben. Die Schwenkanbindung 54 stellt einen kreisförmigen Vorsprung zur Aufnahme des Achsschenkelbolzens bereit. Das im wesentlichen abgerundete Ende 56 paßt mit einem insgesamt kreisförmigen Ende 58 des kegelstumpfförmigen Endes 42 zusammen und bietet somit eine wirksame Schweißfläche. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Schweißen oder dergleichen. Durch die Bereitstellung von im wesentlichen abgerundeten zusammenpassenden Flächen zieht besonders das Reibschweißen einen Nutzen aus der vorliegenden Erfindung.
• Nach dem Befestigungsschritt 50 können das Element 18 mit polygonalem Profil und der Achsschenkelbolzenträger 52 in eine gewünschte Gestalt gebogen werden, wie etwa eine bekannte Doppelbogengestalt, wie bei Schritt 60 angegeben. Durch Biegen der Elemente 18, 52 kann ein trapezförmiges Profil in dem kegelstumpfförmigen Bereich 42 entstehen. Der Schritt 60 ergibt eine Achsvorrichtung der insgesamt erwünschten Gestalt.
• Die Achse kann dann in jeder normalerweise angewandten Art und Weise bearbeitet werden, wie bei Schritt 70 angegeben. Insbesondere kann die Achse in einem Ofen einer Wärmebehandlung unterzogen und dann abgeschreckt werden. Die Achse kann danach angelassen und gegebenenfalls nachgerichtet werden.
• Mit Bezug auf den alternativen Weg 10A wird das kegelstumpfförmige Ende 42 unmittelbar an das hohle Element 12 angeformt, wie bei Schritt 40A angegeben, bevor das rohrförmige Element 12 in ein Element 18 mit polygonalem Profil umgeformt wird, wie in Schritt 30A angegeben. Eine solche Abfolge ist eventuell bevorzugt, wenn bei bestimmten Achsabschnitten ein rundes Profil erforderlich ist und es vorzuziehen ist, die polygonalen Abschnitte dabei später zu bilden.
• Mit Hinweis auf den alternativen Weg 10B kann der Biegeschritt 60 auch vor dem Befestigungsschritt 50 ausgeführt werden, wie durch den dargestellten alternativen Verfahrensweg angegeben. Eine solche Abfolge ist eventuell bevorzugt, wenn der vorgeformte Achsschenkelbolzen 52 nicht getrennt gebogen zu werden braucht.
• Unter Bezugnahme auf den alternativen Verfahrensweg 10C wird der Achsschenkelbolzen 52' unmittelbar wie in Schritt 45C angegeben gebildet. Das heißt, das Ende 14 des rohrförmigen Elements 12 wird unmittelbar in die allgemeine Gestalt des Achsschenkelbolzens 52' umgeformt, indem das Ende 14 des rohrförmigen Elements 12 gestaucht oder verkleinert wird. Ein Einsatz 55 aus einem im wesentlichen massiven Werkstoff kann bei Schritt 35C in das Ende 14 eingesetzt werden, um zum Bilden des Achsschenkelbolzens 52' vor dem Schritt 45C zusätzliches Arbeitsmaterial bereitzustellen. Nach dem Schritt 45C kann das rohrförmige Element 12 dann in das Element 18 mit polygonalem Profil umgeformt werden, wie in Schritt 55C angegeben, und dann nach Bedarf gebogen werden, wie in Schritt 65C angegeben. Diese Schritte können natürlich in einer zusätzlichen oder alternativen Reihenfolge durchgeführt werden, wie oben anderweitig beschrieben wurde.
• Es sind zwar bestimmte Schrittabfolgen gezeigt, beschrieben und beansprucht, jedoch sollte es sich verstehen, daß Schritte in jedweder Reihenfolge durchgeführt werden können, getrennt oder kombiniert, soweit nicht anders angegeben, und dennoch aus der vorliegenden Erfindung Nutzen ziehen werden.
• Die vorstehende Beschreibung ist beispielhaft und nicht durch die in ihr enthaltenen Einschränkungen definiert. Angesichts der obigen Lehren sind viele Abänderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es wurden die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung offenbart, der Fachmann würde jedoch erkennen, daß bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Es versteht sich daher, daß die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Patentansprüche anders als wie konkret beschrieben ausgeführt werden kann. Aus diesem Grund sollten die folgenden Patentansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung festzustellen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bilden einer Achsvorrichtung mit den folgenden Schritten:

a) ein zylindrisches, hohles Element mit einem Endabschnitt wird bereitgestellt;

b) der Endabschnitt wird so umgeformt, daß ein erstes, insgesamt kreisförmiges Ende gebildet wird; und

c) ein vorgeformter Achsschenkelbolzenträger wird an das insgesamt kreisförmige Ende geschweißt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt, nach Schritt c) den hohlen Abschnitt in eine gewünschte Gestalt zu biegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt, vor Schritt b) eine Stützwand in einen Hohlraum des hohlen Elements einzusetzen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt b) ein Umformen des Endabschnitts in eine insgesamt kegelstumpfförmige Gestalt umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte umfaßt, nach Schritt a) das hohle Element in ein insgesamt polygonales Profil umzuformen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

1. vor Schritt b) wird in einen Hohlraum des hohlen Elements eine Stützwand eingesetzt; und

2. das hohle Element wird vor Schritt b) in ein insgesamt polygonales Profil umgeformt.

7. Verfahren zum Bilden einer Achsvorrichtung, mit den folgenden Schritten:

a) ein zylindrisches, hohles Element mit einem Endabschnitt wird bereitgestellt;

b) der Endabschnitt wird so umgeformt, daß ein Achsschenkelbolzenträger gebildet wird; und

c) das hohle Element wird in eine gewünschte Gestalt gebogen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die Schritte umfaßt, das hohle Element in ein insgesamt polygonales Profil umzuformen.

9. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

1. in einen Hohlraum des hohlen Elements wird vor Schritt b) eine Stützwand eingesetzt; und

2. das hohle Element wird vor Schritt b) in ein insgesamt polygonales Profil umgeformt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner den Schritt umfaßt, einen Längenabschnitt mit mehrfacher Wandstärke in dem hohlen Element auszubilden.