轴单元的制作方法

本发明涉及特别用于商用车辆的轴单元。

背景技术：

轴单元在现有技术中是已知的，其中，通常作为刚性管的轴管经由连杆装置以弹簧或阻尼的方式安装或固定在商用车辆的车架上，由此一个或多个车轮以能够旋转的方式安装在轴管上。在此，轴管和纵向连杆之间的连接区域是商用车辆的底盘悬架的特别承受重载且特别经受周期性载荷变化的一部分，并且在过去人们已经进行了许多尝试来使纵向连杆和轴管之间的连接区域匹配于所述重载荷。在这方面，在现有技术中已知有许多的如下轴单元，由于通过对轴单元和连杆部件之间的连接区域进行设计以针对疲劳断裂或类似损坏具有更高的安全性，因此轴单元必须具有过大的尺寸以及因此非常大的重量。因此，需要改进商用车轮悬架的纵向连杆和轴管之间的连接区域，以便尤其减少轴单元的重量，并同时实现充足强度值和简单生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够简单地制造的实现轴管和连杆元件之间的连接区域的特别高的强度值并具有低的部件重量的轴单元。

该目的通过根据权利要求1的轴单元来实现。从属权利要求给出发明的其它优点和特征。

根据本发明，轴单元包括轴管和连杆元件，其中，轴管基本上沿着管轴线延伸，其中，连杆元件具有接合部，接合部具有第一焊接部和第二焊接部，其中，连杆元件布置成使得其接合部相邻于轴管，且连杆元件基本上相对于管轴线横向地布置，其中，在第一焊接部中且在第二焊接部中，能够在连杆元件和轴管之间形成焊接接合。优选地，轴管是细长体，且相对于例如多边形截面基本上线对称地延伸或者围绕管轴线旋转对称地延伸。优选地，轴管以中空体的形式形成。优选地，连杆元件是商用车辆的底盘悬架的纵向连杆或者是这种连杆的一部分。连杆元件相对于轴管的主延伸方向(即，相对于管轴线)基本上横向地定向。连杆元件具有接合部，接合部可以以一体地接合的方式与轴管的优选相应的外部几何形状啮合。为此，接合部优选地具有第一焊接部和第二焊接部，其中，在第一焊接部中且在第二焊接部中，可以在连杆元件和轴管之间形成焊接接合。在本发明的范围内，有利的是，连杆元件的接合部设置有基本上在空间上彼此分离的两个焊接部，即第一焊接部和第二焊接部，因此接合部具有优选地彼此分离的两个焊接缝区域，连杆元件在焊接缝区域处能够固定在轴管上，或优选地固定在轴管上。由于这两个焊接部的空间分离，当连杆元件和轴管之间的连接被加载时，可以特别避免侧向接缝的区域中的应力集中，因此可以实现更长的使用寿命并获得的更大的能够在连杆元件和轴管之间传递的最大力。同时，本发明可以优化第一焊接部和第二焊接部的外形(或者换言之，几何形状)，使得焊接部匹配于连杆元件和轴管之间的最佳力通量。因此，尤其可以提供圆角的侧向接缝形状，其中可以利用在侧向接缝的区域中的材料硬化的效果，以增加连杆元件和接合部之间的连接强度，并同时避免脆性破坏的风险。

连杆元件优选地具有臂部和支撑部，其中，臂部和支撑部在接合部的基本相对侧上相邻于接合部。除接合部之外，连杆元件优选地还具有臂部，其中，在商用车辆底盘的轴承座上，臂部在第一远端处以能够枢转的方式连接至车架，并且臂部在其第二端处相邻于接合部。另外，还设置有支撑部，支撑部优选地具有用于固定空气弹簧的接收部。在此，连杆元件优选地由各个独立模块构成，由此可以将连杆元件的同一个组件用于不同商用车辆底盘。臂部特别优选地与接合部一体地形成，其中，支撑部可以作为单独部件固定在接合部和/或轴管上，并且具有相应的接合区。在将臂部和轴管接合在一起之后，优选地将支撑部固定在接合部上和/或沿着轴管固定。

第一焊接部尤其优选地具有两个侧向接缝，侧向接缝至少在横向于连杆轴线的区域中延伸，其中，该焊接部具有至少一个横向接缝，横向接缝以基本上平行于连杆轴线的方式延伸。在此，连杆轴线优选为如下轴线：接合部的截面构造沿着或平行于该轴线仅不明显地变化(如果存在变化的话)。连杆轴线特别优选地定向成与管轴线平行或共线，其中，接合部优选地被设计成具有对应于轴管的几何形状。第一焊接部优选具有两个侧向接缝，侧向接缝至少在特别优选地相对于连杆轴线基本上横向地延伸的一些区域中延伸，因此，这两个接缝优选地布置在连杆元件的右侧和左侧并且与轴管焊接接合。在此，横向接缝优选为在焊接缝的处于第一焊接部区域中的一部分，横向接缝以基本上平行于连杆轴线的方式延伸。在当前情况下，基本上平行意味着在本发明的范围内允许由于制造公差和材料不均匀引起的小偏差，特别是在应用焊接接合期间产生的小偏差。特别优选地，侧向接缝和横向接缝之间的过渡区域被圆角地设计，其中，优选地，侧向接缝和横向接缝之间的边界分别被界定在圆角部分的中心处。也就是说，换言之，圆角部分的一半区域被分配给侧向接缝，并且圆角部分的相应另一半区域被分配给横向接缝。特别优选地，第一焊接部包括两个侧向接缝和两个横向接缝，因此第一焊接部具有基本上连续的焊接缝。在此，焊接缝可以被设计为连续焊接缝或优选地被设计为一系列独立的焊点。焊点的使用特别适用于自动焊接工艺。在侧向接缝基本上相对于连杆轴线横向地延伸的优选实施例中，该特征由以下事实界定：侧向接缝的相对于连杆轴线的纵向延伸或平行于连杆轴线的延伸(也就是说，延伸量)优选地小于侧向接缝的横向于或优选垂直于连杆轴线的延伸的四分之一。

在轴单元的安装状态下，连杆轴线特别优选地与管轴线共线。换言之，这意味着，在轴单元的安装状态下，优选地，每当连杆元件已经通过焊接固定在轴管上时，基于连杆元件的连杆轴线给出的相应几何形状定义也对于管轴线是有效的。连杆元件优选地至少在侧向接缝和横向接缝的区域和第二焊接部的区域中尽可能完全抵靠轴管。换言之，接合部的内部几何形状或作为与轴管接触的接触面的几何形状对应于轴管的处于轴管的固定有连杆元件的相应固定区域中的外表面。

在特别优选实施例中，在接合部区域中，每个侧向接缝的侧向接缝长度与轴管周长的比例为0.2至0.7，优选地为0.25至0.6，特别优选地为约0.45至0.5。在轴管和连杆元件的连接区域中，轴管的外表面的中心周长或各种周长值的平均值在此优选地被定义为轴管在接合部区域中的周长。不言而喻，在轴管的多边形外部几何形状的情况下且在轴管的圆柱形外部几何形状的情况下，轴管的周长或轴管的中心周长均是以垂直于管轴线的方式测量的。在侧向接缝区域中，侧向接缝的绝对长度量在此优选地被定义为侧向接缝长度。在此，侧向接缝可优选地为波纹设计，或者可以具有不同于简单弯曲形状的另一几何形状。侧向接缝长度和轴管周长的比例即用于表达连杆元件在轴管上的焊接长度和轴管的厚度的关系。优选地，在此，在侧向接缝和横向接缝之间可能设置的圆角部分的一半被分配给侧向接缝。对于0.2至0.7的比例，其0.2的下限处仍恰好允许连杆元件和轴管之间的足够的侧向接缝长度，另一方面在其最大值0.7的范围中允许例如侧向接缝呈蜿蜒状，由此，相对于轴管的周长可以显著地增加侧向接缝长度，并且特别地，可以将轴管和连杆元件之间的力传递或者弯曲力矩传递朝向更低的材料应力优化。在0.25至0.6的优选范围内，已经表明，特别地在用于正常牵引车及其拖车(例如40吨的重型列车)的轴单元中，侧向接缝长度与轴管的周长的比例同样为侧向接缝的略呈波纹的几何形状产生足够的冗余，另一方面，即使对于更重载荷的商用车辆底盘来说，侧向接缝长度仍然足够大以提供足够的强度。在此，已经证明特别优选的比例0.45至0.5特别适于高载荷商用车辆，这是因为轴管周长的基本一半优选地与连杆元件连接，因此，即使对于重型商用车辆的重载荷底盘系统来说，也可以提供足够高的用于传递所产生的力和弯曲力矩以及在制动操作期间有时在轴管处产生的扭转力矩的强度。

在特别优选的实施例中，侧向接缝或第一焊接部均相对于连杆轴线以弧角延伸，其中弧角为120°至195°，优选为140°至185°，特别优选为约170°至180°。除了侧向接缝长度与轴管周长的比例之外，侧向接缝或第一焊接部相对于连杆轴线或管轴线(优选地相对于连杆轴线共线地定向)以弧角的延伸被表达为轴管的被连杆元件的接合部环绕的环绕量。在此特别优选地，连杆元件以如下方式围绕轴管：能够将连杆元件侧向地(即，相对于管轴线横向地)提升到轴管并且随后将其连接到轴管。在本发明的范围内，弧角的最小值优选地不低于120°以提供足够的紧固长度以将连杆元件焊接到轴管。在接合部略微向上弯曲的情况下，弧角的最大值195°允许轴管能够相对于连杆轴线横向地插入到至接合部中，并且随后能够进行焊接。不言而喻，在不使用力的情况下，轴管只能沿着连杆轴线接合到接合部中。特别优选范围140°至185°首先允许连杆元件和轴管之间的高强度连接，其次借助施加轻微的弯曲力并因此接合部的轻微膨胀，能够将轴管相对于连杆轴线侧向地或横向地插入到接合部中。特别优选的弧角范围170°至180°首先因为侧向接缝的优化长度而允许轴管和连杆元件之间的连接具有特别高的强度，其次允许连杆元件和轴管在接合部区域中接合在一起，而不需要安装力。

弧角值特别优选地不超过180°。在该优选实施例中，连杆元件可以在不使用力的情况下被放置在轴上。由此，可以降低制造轴单元的成本，这是因为不需要除焊接设备之外的额外设备。

侧向接缝和横向接缝优选地在圆角焊接缝部分中彼此合并。侧向接缝和横向接缝之间的过渡区域特别优选地被圆角地设计，其中，侧向接缝和横向接缝之间的界限优选地分别被界定在圆角部分的中心处。也就是说，换言之，圆角部分的一半区域被分配给侧向接缝，并且圆角部分的相应另一半区域被分配给横向接缝。特别优选地，第一焊接部包括两个侧向接缝和两个横向接缝，因此第一焊接部具有基本上连续的焊接缝。

在特别优选的实施例中，由侧向接缝和横向接缝的长度之和得到第一焊接部的接合长度，其中，在接合部的区域中，接合长度与轴管周长的比例为1至2.5，优选地为1.25至2，并且特别优选地为约1.5。换言之，因此接合长度为在连杆元件和轴管之间的第一焊接部中形成的整个焊接缝的长度。在此，在轴管与连杆元件的连接区域中，接合长度优选地至少等于轴管周长。在此，接合长度与周长的比例优选范围1至2.5允许在连接元件和轴管之间形成特别牢固的连接，然而，由于连杆元件具有更大的宽度，因此必须接受更大的重量。对于特别优选的比例1.25至2来说，针对所有常规的商用车辆底盘均可以实现足够的强度值，其中，当比例为最大值2时，轴单元的重量可以保持为基本上低于比例为2.5时的设计中的重量。在本发明的范围内，特别优选的1.5的比例范围使连杆元件和轴管之间的连接产生特别高的强度，且相比于轴单元的所有其它测试的变型具有相对非常低的重量。

第二焊接部优选地被设计为连杆元件上的凹口，其中，第二焊接部具有环绕边缘，在环绕边缘上可产生焊接缝。因此，第二焊接部优选地设置为连杆元件上的眼形凹口，并且优选地居中地布置在第一焊接部的侧向接缝的上部区域之间。上侧优选地被定义为接合部的与第一焊接部的弧角相对的那侧。除了第一焊接部之外，还可以通过第二焊接部在连杆元件和轴管之间产生另外的侧向接缝，因此，整体上改善了轴管和连杆元件之间的力分布。第二焊接部的环绕边缘优选地具有有利于产生侧向接缝的斜面，因此促进了轴单元的制造并降低了其成本。

特别优选地，在接合部区域中，环绕边缘的边缘长度与轴管周长的比例为0.4至1.3，优选地为0.6至1，并且特别优选地为约0.85至0.95。类似于关于第一焊接部的解释，第二焊接部的环绕边缘以及环绕边缘的边缘长度也可能影响实际的连接长度，即在轴管和连杆元件之间形成的焊接缝的长度。在此已经表明，在比例0.4至1.3的范围内，可以在连杆单元的位于第二焊接部外部的剩余残余壁厚度与连杆元件和轴管之间的足够大的连接长度或焊接边缘长度之间实现有利的折衷。在此，在第二焊接部优选具有略微椭圆形设计的情况下，优选比例0.6至1能够使环绕边缘的边缘长度基本上大于或等于轴管周长，因此，在设计轴单元时，优选地仅需进行缩放，并且总是能够选择第二焊接部的边缘长度与轴管的厚度或圆长之间的相应的有利比例。

另外优选地，第二焊接部以如下方式设置在连杆元件上：两个连杆腹板(web)形成为相邻于第二焊接部且彼此相对，其中，连杆腹板具有最小腹板宽度，第二焊接部具有与最小腹板宽度共线的切面延伸，最小腹板宽度之和与切面延伸的比例为0.1至1，优选地为0.2至0.8，并且能特别优选地为约0.3至0.4。优选地，相邻于第二焊接部的腹板区域在相对于连杆轴线或管轴线的横向上的延伸大于它们的宽度。通过这种方式，在第二焊接部的区域中，腹板部分构成了连杆元件的优选的材料加强部，所述材料加强部补偿由第二焊接部的凹口引起的材料弱化。为了在连杆元件的足够的材料厚度与用于第二焊接部在轴管上的连接的足够的边缘长度之间实现良好的折衷，优选地，切面延伸与腹板宽度的延伸成一定比例。连杆腹板优选地具有腹板宽度，腹板宽度的最小值小于第二焊接部沿着或平行于连杆轴线或管轴的延伸。在此，最小腹板宽度之和与切面延伸的优选比例范围0.1至1确保了在用于连杆元件在轴管上的焊接的足够的边缘长度与连杆元件的用于抵抗变形的持续足够强度之间的特别好的折衷。由此，可以在连杆元件和轴管之间的焊接接合的强度与连杆元件本身的强度之间找到特别好的折衷。已经证明特别优选的范围0.2-0.8在此特别适于需要特别紧凑的连杆元件/轴管连接构造的车轴系统。根据申请人的测试，特别优选的比例范围为0.3-0.4一方面实现了连杆元件的强度最佳值，另一方面实现了连杆元件和轴管之间的焊接接合的强度最佳值。

连杆元件优选地被设计为一体式铸件。在该优选实施例中，通过接合铸造工艺来一体地制造连杆元件的臂部、接合部和支撑部。铸造方法是尤其优选的，这是因为它们的生产时间短并且生产连杆元件所需的工作步骤小，并由此可以减少时间和成本。

在可选优选实施例中，臂部和支撑部被制造为单独部件，其中，通过焊接将臂部或支撑部固定至接合部。换言之，这意味着将接合部一体地形成在臂部上或一体地形成在支撑部上，并且将相应的其它部分对应地焊接到接合部。该实施例的优点在于，可以普遍地使用例如由臂部分和接合部组成的半成品，并且可以将各种尺寸或各种形状的支撑部固定到由臂部和接合部构成的同一组件，因此，能够提供在本发明的意义内的通用轴单元。可选地且优选地，臂部也可以以独立于接合部和支撑部的方式形成，因此，例如，可以为接合部和支撑部的同一连接提供不同的连杆长度，该连杆长度优选地是相对于连杆轴线横向地测量的。

特别优选地，首先在第一焊接部中并且随后在第二焊接部中形成轴管和连杆元件之间的连接。通过该优选形成顺序，由于在焊接缝冷却之后的变形，可以最小化在连杆元件和轴管之间的连接区域中产生的材料应力。

附图说明

根据下面对附图的说明，本发明的其它优点和特征将变得明显，在这些附图中：

图1示出根据本发明的轴单元的优选实施例的侧视图；

图2示出图1所示的根据本发明的轴单元的优选实施例的示图的俯视图；

图3示出根据本发明的轴单元的优选实施例的立体图；

图4示出图3所示的根据本发明的轴单元的实施例的另一示图；及

图5示出根据本发明的轴单元的另一优选实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的连杆元件4的优选实施例的侧视图，连杆元件4具有位于左侧的臂部42、与臂部42相邻的接合部5以及与接合部5相邻的支撑部44。在臂部42的左侧示意性地示出轴承眼，连杆元件在轴承眼以能够枢转的方式连接到车辆(特别是商用车辆)的车架。连杆元件4的接合部5优选地具有第一焊接部52，第一焊接部52优选地具有侧向接缝56。在图中不能看到的是，第二侧向接缝56设置在连杆元件4的背离观察者的一侧上。连杆元件4在侧向接缝56处焊接到轴管2(未示出)。在图1所示的实施例中，在此，侧向接缝56相对于连杆轴线l以弧角延伸，在本示例中，弧角稍大于180°。另外，侧向接缝56具有侧向接缝长度s。优选地，在此，连杆轴线l定向成平行于图中的观察方向，且特别优选地，连杆元件4的截面在接合部5的区域中在沿着连杆轴线l的走向上仅略微地变化(如果存在变化的话)。图1所示的连杆元件4被设计成尤其与被设计成圆柱形或中空圆柱形的轴管2连接。特别优选地，在此，轴管2可以相对于连杆轴线l横向地被装配在连杆元件4的接合部5中，且随后可沿侧向边缘56被焊接至连杆元件4。接合部5的第二焊接部54由虚线示出，并且被设计为连杆元件4的上侧上的凹口。

图2示出图1所示的连杆元件4的实施例的下侧。在此，接合部5具有第一焊接部52和第二焊接部54。第一焊接部52具有两个侧向接缝56和两个横向接缝57。第二焊接部54具有环绕边缘55，可以沿着环绕边缘55实现与轴管2(未示出)的焊接连接。

图3的立体图示出连杆元件4和轴管2之间的连接区域。在此，从接合部5的下侧示出接合部5，其中，尤其可以看到第一焊接部52。第一焊接部52具有侧向接缝56和横向接缝57。在此，侧向接缝56和横向接缝57在它们的下部区域中经由圆角焊接缝部58彼此连接。

图4示出图3所示的根据本发明的轴单元的实施例的俯视图。特别地，可以清晰地看到具有环绕边缘55的第二焊接部54。如图所示，环绕边缘具有边缘长度k。另外，还示出轴管2的周长u，优选地，该周长是以垂直于管轴线r的方式在轴管2的外表面上测量的。另外，图4示出轴单元的如下优选特征，根据该特征，连杆元件4在接合部5中具有第一连杆腹板45和第二连杆腹板45。在此，这些连杆腹板45具有最小腹板宽度b，其中，同时，第二焊接部54具有与腹板宽度b的延伸方向共线的切面延伸a，切面延伸a与腹板宽度b之和成一定比例。在此，优选地，腹板宽度b分别是在相应连杆腹板45的至连杆元件4的相邻区域的过渡区域的中间处测量的。优选地，腹板宽度b小于切面延伸a。在本示例中，两个腹板宽度b的总和大约为切面延伸a的0.6-0.8倍。另外，从图4中可以看到第二焊接部54的优选略微椭圆形形状。

图5示出轴单元的特别优选实施例，其中，接合部5与臂部42一体地形成，并且支撑部44被设计成单独部件并可以固定至接合部5和/或轴管2。在此，第一焊接部52以略小于180°(优选地，170°至175°)的弧角延伸。通过这种方式，可以以特别简单的方式将轴管2放置在接合部5中，并且随后通过热焊接工艺来固定轴管。在实施例中，有利地，首先，可以制作由轴管2、接合部5和臂部42组成的半成品，并且随后可将支撑部44固定至该半成品。为了能够在各种类型的商用车辆中使用连杆元件4，优选地，根据应用情况，选择针对空气弹簧具有一定长度和一定紧固几何形状的支撑部44，并将其固定到由轴管2、接合部5和臂分42组成的组件。

附图标记列表

2轴管4连杆元件

42臂部44支撑部

45连杆腹板5接合部

52第一焊接部54第二焊接部

55环绕边缘56侧向接缝

57横向接缝58圆角焊接缝部

a切面延伸b最小腹板宽度

k边缘长度l连杆轴线

弧角r管轴线

s侧向接缝长度u周长