机动车轴和用于制造机动车轴的横梁的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机动车轴，包括两个纵拉杆和一个连接这两个纵拉杆的横梁，其中，所述横梁包括具有U形横截面的开口的型材，所述型材具有腹板和在纵向侧从该腹板弯曲的侧边；所述型材的开口在装入位置指向车道。此外，本发明涉及一种用于制造相应的机动车轴的横梁的方法。
【背景技术】
[0002]本发明的轴结构也大多称为复合转向轴。对其提出非常确定的要求:产生预先规定的行驶特性和相应的行驶舒适性。
[0003]在设计复合转向轴的横梁时在现有技术中已知大量的变体方案。例如WO2013/185217 Al或者DE 10 2007 058 582 A2公开了用于机动车轴的横梁，该横梁用管状的型材制造。该型材的中间部段变形，使得在那里产生一个具有大致U形横截面的双壁型材。由此该区域容易扭转，而该型材的保持管状的端部部段具有相应较高的刚度。
[0004]DE 10 2009 050 058 Al公开了一种用于机动车的复合转向轴，其中，横梁用成形的板坯构造并且具有U形横截面。在端部区域内横梁通过加强元件加固，横梁在加强元件的端部区域内具有变大的壁厚，由此实现从横梁的容易扭转的中间部段向横梁的端部区域的非常平稳的刚度过渡。
[0005]在DE 10 2009 004 441 Al中，通过有利地在横梁的端部区域内设置弹簧座圈来减小刚度跃变。
[0006]从JP2000-052733A中获知一种用于制造机动车轴的横梁的方法，其中首先剪裁板坯并且由该被剪裁的板坯成形横梁。在该横梁的情况下横截面也在它的长度上变化，以便以相应的方式调整刚度。
[0007]从DE 199 49 341 Al中也得知一种用于机动车轴的横梁。这里同样首先剪裁板坯，其中该剪裁这样进行，使得在后来将该板坯变形为大致管状横梁的情况下，所产生的型材的中间部段不被完全封闭，从而在该区域内存在比在所述型材的端部区域内较小的扭转刚度。
[0008]大多数复合转向轴应该具有小的滚动刚度或者扭转刚度。这意味着:复合转向轴的横梁能够围绕其纵轴线旋转。特别是在通过复合转向轴连接的两个车轮沿相反方向跳动的情况下，该特性具有重要意义。
[0009]但是同时在侧向力作用的情况下轮距调整和外倾调整都应该尽可能保持。这意味着:复合转向轴应该具有高的轮距刚度和外倾刚度。这点能够通过复合转向轴的横梁在侧向力作用的情况下具有高的抗弯强度而实现。这种高的抗弯强度能够通过相应调整横梁的几何条件而实现。具有矩形或U形型材横截面的横梁就横截面面积而言具有大的抗弯强度，从而该横截面形状十分经常地在发明的轴中使用。型材横截面越大，抗弯强度也越大。
[0010]在JP S58-53504A中公开了一种包括具有矩形横截面的横梁的机动车轴。该横梁的横截面(更确切而言无论高度还是宽度)逐渐变化。该横梁在它的中心具有最大的横截面并且该横截面朝向相对置的端部连续减小。
[0011]然而，随着型材横截面的增大，横梁的滚动刚度也升高。但是这与应该使滚动刚度保持得尽可能小的要求相反。
[0012]为了使滚动刚度相对于抗弯强度在型材横截面增大的情况下仍然保持得小，通常在复合转向轴的情况下减小横梁的壁厚。该壁厚减小具有降低滚动刚度的效果。但是壁厚不能任意薄。横梁型材的过薄壁厚导致型材的焊接性变差。为了保持横梁的端部区域的强度，通常给端部区域提供多个加强板。这些加强板在型材的开口内与其焊接。在壁过薄的情况下具有加强板的型材的持久牢固的焊接不再可能。因此，可实现的、复合转向轴的轮距或外倾刚度与滚动刚度之比受到限制。
【发明内容】
[0013]因此本发明的任务是，提供一种机动车轴，其允许较大程度地将复合转向轴的轮距和外倾刚度与滚动刚度彼此解耦并且消除所述的现有技术缺点。另外，本发明的任务是，建议一种相应的用于制造这种机动车轴的方法。
[0014]该任务的装置方面通过一种具有权利要求1的特征的机动车轴解决。
[0015]本发明的机动车轴的特别设计方案是从属权利要求2到5的主题。
[0016]该任务的方法方面通过一种根据权利要求6所述的用于制造机动车轴的横梁的方法解决。
[0017]该方法的优选设计方案在从属权利要求7到10中叙述。
[0018]本发明的主题是机动车轴，其包括两个纵拉杆和一个连接两个纵拉杆的横梁，其中，横梁包括具有U形横截面的开口的型材，所述型材具有一个腹板和在纵向侧从该腹板弯曲的侧边；所述型材的开口在装入位置指向车道。另外，车辆前侧的侧边在型材的端部部段内具有相对于型材的中间部段减小的高度。
[0019]本发明的机动车轴是具有原则上常规的结构图的复合转向轴。该轴包括两个纵拉杆，这两个纵拉杆在它们的一个端部与车身连接，而纵拉杆的另一端部分别设有用于容纳车轮的车轮支架。这两个纵拉杆与一个横梁连接，横梁包括具有U形横截面的开口的型材。这里该型材具有一个腹板，该腹板基本上从一个纵拉杆到达另一个纵拉杆。纵向侧的侧边从该腹板弯曲，这些侧边构成横梁型材的侧壁。另外，U形横截面在这里应该理解为矩形的横截面或帽形的横截面。这两个侧边还限定该型材的开口，该开口在装入位置指向车道。
[0020]通过在型材的端部部段内减小车辆前侧的侧边的高度，在那里减小滚动刚度。但是抗弯强度通过该措施不受影响。因此型材横截面能够选择为，使得横梁型材的抗弯强度达到希望的值，从而调出在侧向力下的高的轮距刚度和外倾刚度。同时通过减小车辆前侧的侧边在型材的端部部段内的高度而减小整个轴的滚动刚度，而抗弯强度保持不变。
[0021]也就是说能够得到一种新的和附加的可能性:在很大程度上互相独立地调整本发明的机动车轴的刚度，从而能够覆盖大范围的结构规定参数。
[0022]同时，不再需要改变壁厚或者不必选择小的壁厚，从而也消除与此关联的焊接问题。
[0023]结果得到一种在其动力学特性方面极大改善的机动车轴，此外其通过可靠的焊接性还具有较长的使用寿命和在制造中较小的废品率。
[0024]优选地，车辆前侧的侧边的高度在从中间部段向端部部段过渡时连续变化。
[0025]这具有这样的优点，即:在横梁和机动车轴的机械特性方面在横梁的长度上不发生有害的跃变。沿横梁的纵轴线的刚度跃变例如能够导致整个轴的使用寿命缩短，因为在该位置优先发生折断或者裂缝。在高度沿横梁的纵轴线连续或均匀变化的情况下避免这点。车辆前侧的侧边的自由边缘因而优选具有波形的轮廓。
[0026]这样的波形轮廓特别是在车辆前侧的侧边的高度通过纵向侧的、形状为圆弧形或椭圆弧形的凹进而变化时产生。这种凹进特别是能够使刚度在没有大的刚度跃变的情况下均匀地变化，由此在没有有害的应力峰值的情况下对整个轴施加负荷。
[0027]特别是，高度在型材的端部区域内到中间部段的连续过渡与形状为圆弧形或椭圆弧形的凹进的结合以有利的方式影响横梁型材内的应力分布。
[0028]在横梁的纵拉杆侧的端部基本上存在要改变的侧边的最大高度。但是纵拉杆侧的端部的精确设计始终依赖于横梁在纵拉杆上的连接部的结构设计。随着距各个纵拉杆的距离的增加，车辆前侧的侧边的高度降低，例如以圆弧形或椭圆弧形的形状降低，直到侧边的高度达到最小值。之后，侧边的高度再次连续升高，直到该高度在横梁的中间部段内再次达到最大值。如果侧边在型材的中间部段内的高度达到最大值，该高度就基