(57)【要約】  本発明は、自動車のためのピボットビーム式トーションビームアクスルであって、このピボットビーム式トーションビームアクスルが、クロスメンバ（４）により結合された２つのトレーリングアーム（２，３）を有している形式のもの及びクロスメンバ（４）を作製する方法に関する。このクロスメンバは部分的に開かれた中央区分（５）を有する中空異形材より成っている。この中央区分（５）は長く延びた開口部（８）を有しており、この開口部の縁部領域には少なくとも部分的にウェブ（１１）が設けられている。中央区分（５）には、管状に閉じられた端部（６，７）が接続している。このウェブ（１１）は弓状に湾曲されており、中央区分（５）の外周に接する接線と、ウェブの端部に接する接線との間の開度が５°〜９０°まで、有利には１５°〜７０°までである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のためのピボットビーム式トーションビームアクスルであって、該ピボットビーム式トーションビームアクスルが、クロスメンバ（４）によって結合された２つのトレーリングアーム（２，３）を有しており、クロスメンバ（４）が、部分的に開かれた中央区分（５）を有する中空異形材より成っており、前記中央区分（５）に長く延びた開口部（８）が設けられており、該開口部（８）の縁部領域に少なくとも部分的にウェブ（１１，１２，１３）が設けられており、中央区分（５）に、管状に閉じられた端部（６，７）が接続されている形式のものにおいて、ウェブ（１１，１２，１３）が、弓状に湾曲されており、中央区分（５）の外周（Ｕ）に接する接線（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）と、ウェブ（１１，１２，１３）の端部（１４，１５，１６）に接する接線（Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６）との間の開度（α，β，γ）が、５°〜９０°までの間であることを特徴とする、自動車のためのピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項２】
開度（α，β，γ）が、１５°から７０°までの間である、請求項１記載のピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項３】
ウェブ（１１，１３）が、クロスメンバ（４）の長手方向軸線（２）に関して、内側方向へ向けられている、請求項１又は２記載のピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項４】
ウェブ（１２）が、クロスメンバ（４）の長手方向軸線（２）に関して、外側方向へ向けられている、請求項１又は２記載のピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項５】
ウェブ（１１，１２，１３）が、開口部（８）の長さ全体にわたって延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項６】
ウェブ（１１，１２，１３）が、中央区分（５）から端部（６，７）への移行領域内に延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項７】
開口部（８）が、楕円形に長く延びている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピボットビーム式トーションビームアクスル。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載のピボットビーム式トーションビームアクスルのためのクロスメンバ（４）を作製する方法において、まずクロスメンバ（４）の展開図のジオメトリに対応した平坦なブランク（１７）を形成し、ブランク（１７）の長手方向側部（１８）に凹状の開口部（１９）を設け、そののちに該開口部（１９）の縁部（２０）を、ブランクの平面に対して弓状に折り曲げ、次いでブランクを管状に変形し、互いに隣接した長手方向縁部（２１，２２）に沿って接合することを特徴とする、ピボットビーム式トーションビームアクスルのためのクロスメンバ（４）を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のためのピボットビーム式トーションビームアクスル、及びピボットビーム式トーションビームアクスルのためのクロスメンバを作製する方法に関する。
【０００２】
複合型トレーリングアーム式アクスルであるピボットビーム式トーションビームアクスルは、所要スペースがわずかで動作特性が良好な場合に車両特性に合わせて簡単に構成されることにより優れている。両方の側方のトレーリングアームを結合するクロスメンバはトーション異形材として働き、これにより、同時的にはずんだ場合にはトレーリングアーム特性が生じ、交互にはずんだ場合にはセミトレーリングアーム特性が生じる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９９４９３４１号明細書につき、クロスメンバにより結合された２つのトレーリングアームを有する、自動車のためのピボットビーム式トーションビームアクスルが公知である。この場合にはクロスメンバは、部分的に開かれた一層の中央区分を有する中空異形材より成っており、この中央区分には両側に管状に閉じられた端部が続いている。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第１０１２２９９８号明細書が、同じようなコンセプトを開示している。クロスメンバは管状に形成されており、中央区分内に楕円形に長く延びた開口を有している。
【０００５】
従来技術には、同様にドイツ連邦共和国特許第１９５３３４７９号明細書による車両アクスルも挙げられる。このアクスルのクロスメンバは切欠きを有しており、この切欠きは管体長手方向軸線に対して軸線方向に延びており、この場合に切欠きは縁部領域では少なくとも部分的に、管体の内部に構成されたウェブにより取り囲まれている。これらのウェブは著しく内側方向へ折り曲げられており、この場合にウェブの高さは管体内の切欠きの幅にほぼ対応していることが望ましい。
【０００６】
ピボットビーム式トーションビームアクスルの上に述べた構成により、抵抗モーメントの、動的な負荷に合わせて調整された設計を達成することができる。走行中に生じる主応力は端部と開かれた中央区分との間の移行領域内に集中する、すなわち、トレーリングアームとの接続領域の後方の自由なトーション長さに集中する。このことはトーション負荷が加えられた場合にクロスメンバ、ひいてはピボットビーム式トーションビームアクスル全体の耐用寿命を損ないかねない。
【０００７】
ピボットビーム式トーションビームアクスルのクロスメンバを作製するためには、展開図に対応したブランクが打ち抜かれる。次いでこれらのブランクは対応して管状に変形され、互いに隣接した長手方向縁部に沿って接合される。実際には、切断縁部表面にはブランク切取部分により薄板の方向に微小亀裂が形成されやすいことが判明した。このことは高められた亀裂危険性をもたらし、このことは、作用する重力により負荷された場合には、アクスルの走行使用時の耐用寿命の著しい低下をもたらす恐れがある。このことは特に製造工具が長時間使用されており、ポンチ若しくは切断工具の切断ギャップが拡大し、許容限界に達した場合に確認される。その結果、劣悪化した切断縁部条件による耐用寿命損失に関して隠された危険が生じる。
【０００８】
異形材成形時には切り取られた異形材に加えられる、高く、かつ常に一様には生じない戻し力が形状不正確さをもたらす恐れがあり、このことにより、最終的にはピボットビーム式トーションビームアクスルのねじり剛性特性（Rollsteifigkeitsverhalten）の不均等が生じ得る。
【０００９】
そこで本発明の根底にある課題は、従来技術から出発して、高い動的な可能出力時の耐用寿命に関して公知の構成形式のピボットビーム式トーションビームアクスルを改良して、使用技術的に最適化されたクロスメンバを作製する方法を提供することである。
【００１０】
この課題の対象となる部分の解決手段が、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有するピボットビーム式トーションビームアクスルである。
【００１１】
両方のトレーリングアームを結合するクロスメンバが、部分的に開かれた中央区分を有する中空異形材の形で形成されており、この中央区分は長く延びた開口部を有しており、この開口部の縁部領域には少なくとも部分的にウェブが設けられている。クロスメンバの端部は管状に閉じられている。
【００１２】
ウェブが弓状に湾曲されており、この場合に中央区分の外周に接する接線と、ウェブの端部に接する接線との間の開度が５°〜９０°の間であるという手段が本発明の核心をなしている。この手段、すなわち、弓状に湾曲されたウェブの一体成形により、開かれた断面が切り取られた領域の端部に沿って剪断力の作用領域の直接の外側に置かれる。このことはクロスメンバの動的な負荷能力の著しい向上をもたらす。ブランク異形材の質変動によるネガティブな影響は著しく減じられる。全体としてクロスメンバの耐用寿命、ひいてはピボットビーム式トーションビームアクスルの耐用寿命を向上させることができる。さらに切断されたブランクを仕上がった管異形材の形に変形する工程が改良される。なぜならば、戻し力が、成形された１つ又は複数のウェブにより著しく減じられるからである。これにより、異形材のための改良された成形許容差が得られる。
【００１３】
請求項２に記載のように、特に有利には開度は１５°〜７０°までの間である。弓状に湾曲されたウェブの曲率半径はそれぞれの薄板強さに応じて調整される。
【００１４】
車両タイプ及び要求される作動パラメータに適合したピボットビーム式トーションビームアクスルの構成に応じて、ウェブは、クロスメンバの長手方向軸線に関して内側方向へ向けられている（請求項３）か、又は外側方向に向けられていてよい（請求項４）。
【００１５】
請求項５に記載の特徴によれば、ウェブは開口部の長さ全体にわたって管状に延びている。この構成は実際には特にピボットビーム式トーションビームアクスルの重い構成において利点が得られる。
【００１６】
基本的には、請求項６に記載のウェブは中央区分から端部への移行領域内にのみ延びていてもよい。すなわち、開口部の切断縁部が合流し、クロスメンバが閉じられた管異形材の形に移行する領域内にのみ延びていてもよい。ここには走行中に生じた主応力が集中する。これらの応力は本発明により一体成形されたウェブにより、これらの領域で補償することができる。
【００１７】
実際には、請求項７に記載のように開口部の特に楕円形の輪郭が中央区分内に提供される。
【００１８】
課題の方法部分の解決手段が、請求項８に記載の方法にある。
【００１９】
クロスメンバを作製するためには、まずクロスメンバの展開図のジオメトリに対応したブランクが作製される。このブランクは基本的には長方形の構成を有しており、この場合にブランク切断時には長手方向側部に凹状の開口部が作製されている。これらの開口部の縁部は付加的な成形段階で、又はブランク切断時に直接に弓状に折り曲げられる。次いでブランクは公知のように管状に巻かれ、次いでクロスメンバの端部の互いに隣接した長手方向縁部に沿って接合される。有利にはこのことは溶接により行われる。
【００２０】
クロスメンバの作製は合理的であり、非常に良く自動化することができる。既に上に述べたように、切り取られたブランクの、仕上がった管異形材形状への成形が改善される。なぜならば、戻し力が、成形されたウェブにより著しく減じられるからであり、このことは、より良好な異形材精度に貢献する。
【００２１】
次に本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２２】
図１は、ピボットビーム式トーションビームアクスル１の斜視図を示している。このピボットビーム式トーションビームアクスル１は主に２つのホイールを案内するトレーリングアーム２，３と、これらの両方のトレーリングアーム２，３を結合するクロスメンバ４とを有している。このクロスメンバ４は唯一の中空異形材より成っており、この中空異形材には部分的に開かれた中央区分５が設けられており、この中央区分５にはそれぞれ両側に管状に閉じられた端部６，７が接続している。
【００２３】
クロスメンバ４のジオメトリは、自動車内でピボットビーム式トーションビームアクスル１に加えられることが予想される負荷に合わせて調整されている。
【００２４】
中央区分５は、楕円形の長く延びた開口部８を有している。これにより、中央区分５内には、円形セクタ状、楕円状、又はＶ字形若しくはＵ字形の構成を有する開かれた横断面が生じる。横断面図で見て周囲にわたって測定された、中央区分５の脚部長さは、端部６，７を起点としてクロスメンバの中央へ向かって減少している。トレーリングアーム２，３には、クロスメンバ４の端部６，７のために適宜な収容部９，１０が形成されている。これらの収容部９，１０内には端部６，７が嵌め込まれており、接合、原則的には溶接されている。これにより、トレーリングアーム２，３からクロスメンバ４への良好な力伝達が保証されている。
【００２５】
開口部８は、縁部領域内に少なくとも部分的にウェブ１１，１２若しくは１３を有している（これに関しては図２，３及び図４を参照）。これらのウェブ１１，１２，１３は弓状に湾曲されている。図２及び図４によるクロスメンバ４の構成では、ウェブ１１若しくは１３はクロスメンバ４の長手方向軸線Ｌに関して内側方向へ向けられており、これに対して、図３による構成のクロスメンバ４ではウェブ１２はクロスメンバ４の長手方向軸線Ｌに関して外側方向へ向けられている。
【００２６】
ウェブ１１，１２若しくは１３の湾曲は基本的には次のように選択されている、すなわち、中央区分５の外周Ｕに接する接線Ｔ１，Ｔ２若しくはＴ３と、ウェブ１１，１２若しくは１３の端部１４，１５，１６に接する接線Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６との間の開度α，β若しくはγが、５°〜９０°までの間、有利には１５°〜７０°までの間であるように選択されている。
【００２７】
図２に示した構成ではクロスメンバ４の開度αは具体的に約６６°である。開口部８若しくは一般にクロスメンバ４を通過して延びる水平方向平面ＨＥに関しては、角度δは４８°である。
【００２８】
図３によるクロスメンバ４の構成では開度βは５０°である。クロスメンバ４と交わる水平方向平面ＨＥに関しては、３２°の角度εが生じる。
【００２９】
図４によるクロスメンバ４の開度γは３６°である。これにより、端部１６若しくはウェブ１３の接線Ｔ６の角度ηは、水平方向平面ＨＥに関して１６°となる。
【００３０】
弓状に湾曲されたウェブ１１，１２若しくは１３は、開かれた切断面が端部１４，１５若しくは１６に沿って、クロスメンバ４の中空異形材の通常の輪郭延びからシフトされていることをもたらす。ブランク区分より起こりうるネガティブな影響、例えば微小亀裂が、このようにして主応力及び主力伝達路からずらされる。ピボットビーム式トーションビームアクスル１の動的な可能出力が高い場合にはこのような比較的簡単な手段が耐用寿命の向上に著しく貢献する。
【００３１】
図１から判るように、ウェブ１１は開口部８の長さ全体にわたって延びている。ウェブ１１，１２又は１３は、中央区分５から端部６，７への移行領域内にのみ設けられていることも可能である。
【００３２】
クロスメンバ４を作製するためには、金属、例えば鋼、アルミニウム又は別の金属材料より成るブランク１７が準備される。このブランク１７は薄板区分を有しており、この薄板区分の周ジオメトリはクロスメンバ４の展開図に対応している。この展開図の基本的な構成は長方形であり、この場合にブランク１７の長手方向側部１８には凹状の開口部１９が打ち抜かれる。この構成は図５ａに見ることができる。別個の変形ステップでは、図５ｂ及び図５ｃに例として見ることができるように、開口部の縁部２０が、ブランク１７の平面に対して弓状に折り曲げられる。次いで切り取られたブランク１７は管状に変形され、端部６，７で互いに隣接した長手方向縁部２１，２２が互いに溶接される。この場合に端部６，７は閉じられた円形の横断面を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるピボットビーム式トーションビームアクスルの斜視図である。
【図２】クロスメンバの第１の構成の中央区分の垂直方向断面図である。
【図３】クロスメンバの第２の構成の中央区分の垂直方向断面図である。
【図４】弓状に湾曲されたウェブを有する開口部の縁部領域を示す断面図である。
【図５ａ】クロスメンバのブランクの展開図である。
【図５ｂ】図５ａによるブランクの中央横方向平面の縁部領域の第１の変化実施例を示す断面図である。
【図５ｃ】図５ａによるブランクの中央横方向平面の縁部領域の第２の変化実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ピボットビーム式トーションビームアクスル、  ２，３  トレーリングアーム、  ４  クロスメンバ、  ５  中央区分、  ６，７  ４の端部、  ８  開口部、  ９，１０  収容部、  １１，１２，１３  ウェブ、  １４  １１の端部、  １５  １２の端部、  １６  １３の端部、  １７  ブランク、  １８  長手方向側部、  １９  開口部、  ２０  縁部、  ２１，２２  長手方向縁部、  Ｌ  長手方向軸線、  Ｕ  外周、  Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６  接線、  ＨＥ  水平方向平面、  α，β，γ  開度、  δ，ε，η  角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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