组合拉杆轴和用于制造扭转型材的方法.pdf

本发明涉及组合拉杆轴和用于制造扭转型材的方法。用于机动车的组合拉杆轴(1)具有两个纵拉杆(2、3)和一个将纵拉杆相连接的扭转型材(4)。扭转型材由板坯(8)制成，该板坯具有中间区段(5)和在末端侧相对该中间区段加宽的凸缘(10、11)。中间区段(5)成型为U形或V形的轮廓并且是在一侧开放的。板坯的凸缘(10、11)成型为与中间区段连接的、具有封闭的空心轮廓的端部区段(6、7)并且沿着其互相贴合的纵向边缘接合。凸缘(10、11)从中间区段(5)的开放侧(12)向外成型并且在位于中间区段(5)的开放侧(12)上方的水平纵平面(HLE1)内相互连接，特别是焊接。中间区段(5)为单层的，而端部区段(6、7)则具有空心轮廓。

权利要求书
1.  用于机动车的组合拉杆轴，该组合拉杆轴具有两个纵拉杆(2，3)和将所述纵拉杆(2，3)相连接的扭转型材(4)，其中，所述该扭转型材(4)具有单层的、局部开放的中间区段(5)，在该中间区段上在两侧分别通过一个过渡区段(18)接有呈管状封闭的端部区段(6，7)，其特征在于：所述扭转型材(4)是材料一致地由板坯(8)成一体制成的并且所述过渡区段(18)为双层壁的，其中，所述扭转型材(4)的各壁区域彼此叠置。

2.  如权利要求1所述的组合拉杆轴，其特征在于：所述过渡区段(18)的彼此叠置的壁区域局部地相接触。

3.  如权利要求1或2所述的用于机动车的组合拉杆轴，其中，所述扭转型材(4)由具有中间区段(5)和在末端侧相对该中间区段(5)加宽的凸缘(10，11)的板坯(8)制成，其中，所述中间区段(5)被成型为U形或V形的轮廓并且是在一侧开放的，并且所述凸缘(10，11)被成型为与所述中间区段(5)连接的、具有封闭的空心轮廓的端部区段(6，7)并沿着其互相贴合的纵边(13，14)接合，其特征在于：所述凸缘(10，11)从中间区段(5)的开放侧(12)被向外成型并且在位于中间区段(5)的开放侧(12)上方的水平纵平面(HLE1)内接合。

4.  如权利要求3所述的组合拉杆轴，其特征在于：所述凸缘(10，11)的互相贴合的纵边(13，14)的接缝(16)在所述扭转型材(4)的竖向的中间纵平面(VLE)内延伸。

5.  如权利要求3或4之任一项所述的组合拉杆轴，其特征在于：所述凸缘(10，11)的互相贴合的纵边(13，14)的接缝(16)基本上在所述中间区段(5)的上部壁区域(21)的延长部分内延伸。

6.  如权利要求3至5之任一项所述的组合拉杆轴，其特征在于：所述凸缘(10，11)的内部的、相对所述纵边(13，14)成横向延伸 的侧边(22，23)与所述扭转型材(4)的上侧面(24)接合。

7.  如权利要求3至6之任一项所述的组合拉杆轴，其特征在于：所述中间区段(5)的上侧壁区域(17)通过过渡区段(18)而过渡到端部区段(6，7)的下侧壁区域(19)中。

8.  制造用于如权利要求1至7之任一项所述的组合拉杆轴的扭转型材(4)的方法，其中，提供具有中间区段(5)和在末端侧相对该中间区段(5)加宽的凸缘(10，11)的板坯(8)，并将所述板坯(8)成型为扭转型材(4)，其中，将所述中间区段(5)成型为在一侧开放的、U形或V形的轮廓并且将所述凸缘(10，11)成型为与中间区段(5)连接的、具有封闭的空心轮廓的端部区段(6，7)以及使所述凸缘(10，11)沿着其互相贴合的纵边(13，14)接合，其特征在于：将所述凸缘(10，11)从中间区段(5)的开放侧(12)向外成型并且在位于中间区段(5)的开放侧(12)上方的水平纵平面(HLE1)内相互接合。

9.  如权利要求8所述的方法，其特征在于：按下述方式对所述板坯(8)加以成型，使得中间区段(5)的上侧壁区域(17)通过过渡区段(18)而过渡到端部区段(6，7)的下侧壁区域(19)中。

10.  如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：使位于朝向所述中间区段(5)的那一侧面上的、内部的、相对于所述纵边(13，14)成横向延伸的侧边(22，23)与所述扭转型材(4)的上侧面相接触并且与该扭转型材至少部分地接合。

说明书组合拉杆轴和用于制造扭转型材的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的组合拉杆轴以及一种制造用于组合拉杆轴的扭转型材的方法。
背景技术
组合拉杆轴在现有技术中是广泛为人所知的。所述组合拉杆轴的特征在于其在空间需求很小的同时具备在针对车辆专用方面的简单的构造和良好的运动学特性。组合拉杆轴的常规构造包括一个具有末端侧纵拉杆的扭转型材。将两个侧向纵拉杆相连接的该扭转型材致使：在同时弹性挠曲的情况下产生纵拉杆特性以及在相互弹性挠曲的情况下产生斜拉杆特性。该扭转型材经常也称为横梁。
由DE 196 49 076 B4公开了一种属于现有技术的利用焊接技术制成的组合拉杆轴。扭转型材构造成V形并且在其长度的最主要部分上构造为双层壁的。扭转型材的端部是扩大的端部，使得在此可以通过焊接技术连接来建立扭转型材与纵拉杆的良好联结。
由DE 44 16 725 B4亦或DE 196 53 959 C1同样得知一种组合拉杆轴及其制造方法。这样的组合拉杆轴具有两个通过一个扭转型材相连接的纵拉杆。扭转型材具有一个呈V形或U形凹槽的、双层壁的、带有两个翼缘的中间区段。每个翼缘包括一个内壁和一个外壁，它们在其自由端部通过一个弯曲区段相连接。扭转型材的端部通常构造成圆形的。在端部与中间区段之间的过渡从圆形的横截面连续地变化至凹进的横截面。
另外，DE 10 2009 031 981 A1公开了一种制造用于组合拉杆轴的扭转型材的方法，该扭转型材在中间区段中为双层。在制造时，首先在至少一个制造阶段中与板坯前端有一定间距地给板坯设置一个纵向 的U形凹槽。接着，将经过变形加工的板坯的翼缘在凹槽旁彼此平行地并相对于凹槽弯曲，然后将经过弯曲的翼缘在其纵向边缘接触的情况下在与板坯前端邻接的区域内变形加工为管状以及在带有凹槽的延长区段中与所述凹槽的轮廓相匹配地变形加工为U形。此后将经过变形加工的翼缘的纵向边缘相互接合。
DE 199 49 341 A1公开了一种组合拉杆轴，其中，扭转型材由一个带有单层的、局部开放的中间区段的空心型材所构成，在中间区段两侧接有呈管状封闭的端部。该扭转型材由一个由板材冲压而成的板坯制成。该板坯在其中间区段中关于中心线对称地具有一个恒定不变的宽度，该宽度在两个端部加宽到端部区段的宽度。将该板坯成型为扭转型材。在成型时，扭转型材在端部区段内构造成一种封闭的、空心柱体形的、特别是圆形的轮廓并且沿着互相贴合的纵边接合。在该扭转型材的中间的区段中，该扭转型材是开放的并且是单层壁的。
DE 101 22 998 A1也介绍了一种带有扭转型材的组合拉杆轴，所述扭转型材具有一个单层的、局部开放的中间区段，在该中间区段上在两侧接有呈管状封闭的端部。
组合拉杆轴的扭转型材遭受很高的静态和特别是动态载荷。因此对扭转型材提出了特别的要求。端部区段应该是尽可能刚硬的(steif)，以避免非期望的轮距变化和外倾变化。但同时该扭转型材还应该是扭转软性的(torsionsweich)，这一点通常是通过扭转型材的扭转软性的中间区段予以实现的。特别是在扭转软性的中间区段与刚硬的端部区段之间的过渡区域内，在运行中再现很高的应力峰值。
已知的是，为了提高特别是单层壁的扭转型材的端部区段的刚性通过加强板来增强端部区段。由DE 10 2009 004 441 A1披露了利用所谓的隔板(Schottblech)来增强刚度。由DE 10 2008 036 340 A1所公开的组合拉杆轴的扭转型材同样是通过隔板增强刚度。
隔板被焊接到开放的扭转型材中。在静态以及特别是动态载荷作用下，可能会在焊缝连接中出现问题，特别是由于在扭转型材相互弹性挠曲时的高应力所导致的疲劳现象。这一点将对组合拉杆轴的使用 寿命造成不利影响。
在前文介绍的双层壁的扭转型材中避免了加强板。人们致力于均匀地构造从刚性小的中间区段到刚性高的端部区域的过渡。然而双层壁的构造设计却要求更高的材料投入以及相应更高的重量的。此外，这样的扭转型材在中间区域中于是具备更高的抗扭刚性。
另外，DE 198 40 134 A1公开了另一种用于机动车的组合拉杆后桥(组合拉杆-后车轴)，其中，两个纵拉杆通过一个横梁相互连接。这里，纵拉杆由轻金属、优选由轻金属空心型材构成。在此，优选通过铸造工艺制造组合拉杆，该组合拉杆在制造期间便已包含了作为纵拉杆的整体组成成分的附件。
由DE 44 41 971 A1公开了另一种属于现有技术的机动车后桥(后车轴)，该机动车后桥包括一个纵拉杆以及一个将该纵拉杆与车桥相连接的横杆。在此，横杆构造成铝挤压型材，这样，除了后桥的可变的适用性之外还可明显降低车桥的重量。
另外，US 2010/0127470 A1披露了一种由多个部件构成的组合拉杆轴，其中使用了大量不同的材料。因此应能使该轴特别多方面地适配对它所提出的要求。
类似地，对于US 5,507,518 A1也同样如此，其中，组合拉杆轴通过所采用的成形工艺过程应该具有一些特别有益的特性。在此方面特别是包括了所用部件的减少，因为该轴按照一种优选的构造设计至少由一块板材制成。
最后，DE 198 08 172 A1披露了另一种构造方式的扭转横梁，该扭转横梁与纵拉杆以及固定在其上的车轮悬挂装置相连接。在此，焊缝承受的负荷由于该车桥设置组件的构造设计之故应该明显小于其他车桥，而对整个车轮悬挂装置的抗扭性能没有不利影响。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目的是：在功能上改进组合拉杆轴并且特别是提供一种用于组合拉杆轴的、抗弯刚度高而滚动刚度 (Rollsteifigkeit，转动刚度)较低的、功能可靠的扭转型材，以及阐明一种用于制造这样的扭转型材的方法。
为此，本发明提供一种用于机动车的组合拉杆轴，该组合拉杆轴具有两个纵拉杆和将所述纵拉杆相连接的扭转型材，其中，所述该扭转型材具有单层的、局部开放的中间区段，在该中间区段上在两侧分别通过一个过渡区段接有呈管状封闭的端部区段，其特征在于：所述扭转型材是材料一致地由板坯成一体制成的并且所述过渡区段为双层壁的，其中，所述扭转型材的各壁区域彼此叠置。
相应地，本发明还提供一种制造用于如上所述的组合拉杆轴的扭转型材的方法，其中，提供具有中间区段和在末端侧相对该中间区段加宽的凸缘的板坯，并将所述板坯成型为扭转型材，其中，将所述中间区段成型为在一侧开放的、U形或V形的轮廓并且将所述凸缘成型为与中间区段连接的、具有封闭的空心轮廓的端部区段以及使所述凸缘沿着其互相贴合的纵边接合，其特征在于：将所述凸缘从中间区段的开放侧向外成型并且在位于中间区段的开放侧上方的水平纵平面内相互接合。
另外，下文还进一步描述了本发明的组合拉杆轴和其扭转型材制造方法的一些有益构造和发展设计。
用于机动车的组合拉杆轴具有两个通过一扭转型材相连接的纵拉杆。扭转型材是材料一致地由板坯、尤其钢材构成的板坯成一体制成的。板坯具有一个中间区段并且在末端侧具有相对该中间区段加宽的凸缘。中间区段被成型为U形或V形的轮廓并且是在一侧开放的。扭转型材相应地具备在一侧开放的、单层的、在横截面中呈U形或V形的中间区段。在该中间区段上在两侧接有端部区段。为此，凸缘被成型为与中间区段连接的、具有封闭的空心轮廓的端部区段并且沿着其互相贴合的纵边接合。
根据本发明，扭转型材在其长度的主要部分上具有一个单层的、局部开放的中间区段。在该中间区段的两个端部上，即在两侧，分别通过一个过渡区段接有呈管状封闭的端部区段。根据本发明，过渡区 段为双层壁的。扭转型材是材料一致地由板坯成一体制成的并且经过造型加工。在对金属板坯进行成型时，中间区段被构造成U形或V形的、局部开放的。扭转型材在过渡区段中是双层壁的。双层壁意味着：型材的壁区域彼此叠置。过渡区段的彼此叠置的壁区段或者说壁区域向着端部区段的方向延伸并且过渡到管状的、空心柱体形的端部区段内。过渡区段的彼此叠置的、双层壁的壁区域至少局部地相互并行并且能够局部地相接触。
本发明的另一方面规定：凸缘从中间区段的开放侧向外成型并且在位于中间区段的开放侧上方的水平纵平面内接合。特别是，凸缘以其纵边在扭转型材的上侧面的延长部分内接合，其中，接缝或者说接合线在扭转型材的竖向的中间纵平面内延伸。特别是，纵边相互焊接在一起。“在上方”和“上侧面”的概念是针对扭转型材在组合拉杆轴内的安装位置而言的。中间区段的开放侧对于组装在机动车内的组合拉杆轴是指向下方的。
接缝或者说接合线位于端部区段的与中间区段开放侧相对的侧面上。在该构造设计中，接缝或者说接合线在受载荷较少的区域内在扭转型材的端部的外侧面上延伸。对于从中间区段到端部区段的过渡区段，也同样如此。
在中间区段内，扭转型材是开放的和单层壁的。在端部区段内，该扭转型材为双层壁的，在此，所说双层壁并不意味着：端部区段的两个壁或者说壁区段全面接触地互相贴合，特别是并不在端部区段的整个长度上贴合。扭转型材在中间区段内是弯曲刚性的和扭转软性的。扭转型材在端部区域内具有高的抗扭刚性。附加焊入加强板是不必要的并且可以省却。本发明的扭转型材结合了单层壁与双层壁型材的优点，其中避免了已知的那些缺点。该扭转型材的特征在于滚动刚度小的同时抗弯刚度高。
端部区段内的轮廓或者说横截面延伸形状和端部区段在其纵向延伸走向中的面积最佳化地与应力分布相匹配。扭转型材在自由端部上是开放的。端部上开放的横截面使得适合构件的、分别与侧向纵拉杆 的有利联结成为可能。
在一种有益的构造设计中，凸缘的相对纵边成横向延伸的、位于中间区段的侧面上的、内部的侧边可以与扭转型材的上侧面接合。接缝可以局部延伸或者相对横边的长度在整个区域上延伸。
扭转型材在中间区段内具有一种在一侧开放的U形或V形的轮廓。扭转型材在中间区段内具备两个翼缘和一个将所述翼缘相连接的上部壁区域，例如一个腹板。按照一个设计方面，规定：凸缘的接合的侧边的接合线基本上在中间区段的(特别是该中间区段的腹板的)上部壁区域的延长部分中延伸。
另一种有益的构造设计规定：中间区段(特别是该中间区段的上侧壁区域)通过一个过渡区段而过渡到端部区段的一个下侧壁区域中。
板坯在原始状态中是平坦的并被剪裁成用于制造扭转型材所需要的几何形状或者说定型配置，特别是具有外围几何形状的板材坯件，该外围几何形状符合于扭转型材的展开状态。钢板坯具有一个中间区段，在该中间区段上在两个端部接有相对该中间区段加宽的端部区段。钢板坯具有第一平坦面(下侧面)和第二平坦面(上侧面)。该钢板坯被成型为扭转型材。中间区段成型为一种U形或V形的轮廓，该中间区段为单层的并且是在一侧开放的。与端部区段相接的凸缘成型为具有一个封闭的空心轮廓的端部区段。为此，凸缘从中间区段的开放侧向外成型或者说弯曲并且向上翻转以及向内成形(einformen)直到凸缘的纵边彼此钝式对接(平缓对接)。然后凸缘沿着互相贴合的纵边便接合起来。
这样地将板坯成型为扭转型材：使得板坯的一个平坦面(例如该板坯的第一平坦面或者说下侧面)在成型加工后的扭转型材中构成所述中间区段的外侧面。这样地将凸缘成型为端部区段：使得凸缘向外弯曲并成形为空心轮廓。板坯的第一平坦面在凸缘的区域内变成端部区段的内侧面，板坯的第二平坦面(上侧面)在凸缘的区域内相应地变成端部区段的外侧面。
端部区段在竖向横截面中的面积在各端部区段的长度上变化。如 已经述及的那样，扭转型材在其端部上是开放的并且在几何结构方面设置有用于固定在纵拉杆上的联结轮廓。
凸缘从中间区段向外成型并且在扭转型材的上侧面上沿着其纵边相叠置地或者对接地会合在一起。接着使凸缘沿着侧边相接合。在位于中间区段的开放侧上方的水平纵平面内实施所述接合，特别是，接缝在扭转型材的竖向的中间纵平面内延伸。在此情况下，原始板坯被构造成关于其中心线对称的。板坯在中间区段内具有一个恒定不变的宽度。在该中间区段上在两个端部分别接有加宽的凸缘。可以使从中间区段到凸缘的外部宽度连续弯曲地或者呈直角地或梯级式地过渡。在从板坯的中间区段到凸缘过渡的区域内，断面轮廓还可以设置有一个缺口，以便在过渡内实现一个空隙部(Freischnitt)或者说沉割部(Freistich)。这种构造设计的目的是减少或者消除应力峰值。
附图说明
下文将参照附图进一步详细地阐述本发明。附图中：
图1利用透视的表现方式示出了本发明的组合拉杆轴；
图2为图1的图示所示组合拉杆轴的纵剖视图；
图3为组合拉杆轴的另一实施方式的扭转型材与纵拉杆之间的连接区域的局部；
图4为图3的图示所示扭转型材在区域A)，B)，C)和D)内的剖视图；
图5为具有五个连续加工步骤图示的扭转型材加工简图，和
图6技术上简化地示出了金属带的局部，其具有用于制造作为生产扭转型材之原始产品的板坯的裁切式样的图示。
具体实施方式
图1和2示出了一个用于机动车的组合拉杆轴1。图3示出了另一个同样构造的组合拉杆轴1的局部。相同的或者彼此相应的构件或者说构件组成部分在图1至3中标注有相同的附图标记。
组合拉杆轴1包括基本上两个导引车轮的纵拉杆2、3和一个将所述两个纵拉杆2、3相连接的扭转型材4。扭转型材4具有一个在一侧开放的、在横截面中呈U形或V形的中间区段5，在该中间区段上在两侧分别接有一个端部区段6、7。
扭转型材4由一个板坯8制成。在图5a)中示意性地示出并且以同样的轮廓在图6中也可以看到板坯8。各个板坯8作为板材坯件由金属带9冲裁而成。如图6所示，板坯8的各个坯件在金属带9中交错，从而金属带9在材料方面尽可能好地得到充分利用。
每个板坯8具有一个中间区段5，其上分别在末端侧接有相对该中间区段5加宽的凸缘10、11。板坯8构造成关于其中心线MLp对称的并且在中间区段5内具有一个恒定不变的宽度B1。设置为矩形的凸缘10或11分别以一个直角的过渡与中间区段5相接。凸缘10、11具有一个宽度B2，该宽度大于中间区段5的宽度B1。板坯8的长度L1在考虑到扭转型材4上可能的末端侧配置截面轮廓的情况下基本上与扭转型材4的长度相符。
扭转型材4通过将板坯8成型加工而制成。图5a)至e)示出了制造扭转型材4时的五个加工步骤或者说成型步骤。中间区段5成型为U形或V形的轮廓并且是在一侧开放的。在图5的图示中，开放侧12在图面中指向上方。在扭转型材在组合拉杆轴1内的安装位置中，该开放侧12指向下方。另外，凸缘10、11成型为具有一个封闭的空心轮廓的、与中间区段5相接的端部区段6、7。在此，凸缘10、11或者说侧向凸缘区段10′、10″、11′、11″从中间区段5的开放侧12向外成型并被向上拉向中间区段5的U形布置(Ausstellung)的方向，使得外侧的纵边13、14在与中间区段5开放侧12相对置的侧面15上接触或者说彼此对接。在该位于中间区段5开放侧12上方的水平纵平面HLE1内使纵边13、14相互材料锁合地接合，特别是焊接。贯穿中间区段5的开放侧12延伸的水平纵平面表示为HLE2。沿着凸缘10、11的互相贴合的纵边13、14的接缝16或者焊缝在扭转型材4的竖向的中间纵平面VLE内延伸。
图1和3还说明：凸缘10、11的互相贴合的纵边13、14的接缝16基本上是在中间区段5的上部壁区域17的延长部分内延伸。
中间区段5在两侧通过一个过渡区段18分别过渡到一个端部区段6或7内。在此，中间区段5的上侧壁区域17在过渡区段18上被成型为端部区段6或7的一个下侧壁区域19。过渡区段18为双层壁的。在过渡区段18中，扭转型材4的壁区域彼此叠置地、部分互相贴合地和相互并行地延伸。
板坯8的第一平坦面构成了在扭转型材4的中间区段5内的外侧面20。在端部区段6、7中，板坯8的相对的第二平坦面通过凸缘10、11的成型而变成端部区段6或7的外侧面21。
凸缘10、11的内部的、相对纵边13、14成横向延伸的侧边22、23与扭转型材4的上侧面24材料锁合地接合。
图4示出了图3的图示所示扭转型材4的区域A)、B)、C)或D)的剖视的细部图示A)、B)、C)和D)。
图4A)示出了扭转型材4的中间区段5的剖视图。可以看出：中间区段5是单层的并且是在一侧开放的。该轮廓是具有两个翼缘25、26的U形，这些翼缘通过形式上为腹板的上部壁区域17相互连接。翼缘25、26的自由端部27具有朝外定向的翻转部(Umstellung)28。
图4B)示出了扭转型材4端部区段6内的区域B)的剖视图。可以看到中间区段5的U形轮廓。凸缘10、11与中间区段5保持间距地会合于该中间区段的上侧并且沿着互相贴合的侧边13、14借助接缝16通过焊接技术相连接。在凸缘10、11的下部端部区域29与翼缘25、26的自由端部27之间存在着一个空隙部30。
图4C)示出了图3的图示所示端部区段6的区域C)的剖视图。图中示出了过渡区段18，该过渡区段在上部壁区域17的和中间区段5的翼缘25、26的延长部分内延伸并且向着下部壁区域19(参照图4D))的方向逐渐变细。凸缘10、11通过弯曲区段31以过渡区段18为出发点向上转向并会合在一起。通过这种方式便构成了一个封闭的空心轮廓。在穿过开放侧12延伸的水平纵平面HLE2上方的水平纵平面 HLE1内实施凸缘10、11的接合。
最后，图4D)示出了区域D)内在端部区段6中的横截面轮廓。该横截面为矩形，带有下侧壁区域19，凸缘10、11与该下侧壁区域相接，这些凸缘在相对中间区段5开放侧12位于上方的水平面HLE1内相互接合。端部是开放的并且在端面具有一个用于固定在纵拉杆2上的联结轮廓。
附图标记列表
1  组合拉杆轴
2  纵拉杆
3  纵拉杆
4  扭转型材
5  中间区段
6  端部区段
7  端部区段
8  板坯
9  金属带
10 凸缘
11 凸缘
12 5的开放侧
13 纵边
14 纵边
15 侧面
16 接缝
17 5的上部壁区域
18 过渡区段
19 6、7的下部壁区域
20 外侧面
21 外侧面
22 侧边
23 侧边
24 4的上侧面
25 翼缘
26 翼缘
27 25、26的自由端部
28 翻转部
29    端部区域
30    空隙部
31    弯曲区段
B1    宽度
B2    宽度
HLE1  水平纵平面
HLE2  水平纵平面
MLp   中心线
VLE   中间纵平面