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Dokumentenidentifikation DE3780434T2 11.03.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0273355
Titel Hinterachsgehäuse und dessen Herstellung.
Anmelder Isuzu Motors Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kuwahara, Toru Kawasaki Factory, Kawasaki-ku Kawasaki-shi Kanagawa, JP
Vertreter Herrmann-Trentepohl, W., Dipl.-Ing., 4690 Herne; Kirschner, K., Dipl.-Phys.; Grosse, W., Dipl.-Ing.; Bockhorni, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Aktenzeichen 3780434
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 22.12.1987
EP-Aktenzeichen 871189957
EP-Offenlegungsdatum 06.07.1988
EP date of grant 15.07.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.1993
IPC-Hauptklasse B60B 35/16
IPC-Nebenklasse C21D 9/28   

Beschreibung[de]
1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das Hinterachsgehäuse, insbesondere diejenigen Hinterachsgehäuse, die aus Sphäroguß hergestellt sind, und wo die rohrförmigen Endstücke des Achsgehäuses von verbesserter Materialqualität sind.

2. Stand der Technik

Die herkömmliche Konstruktion des Hinterachsgehäuses eines Kraftfahrzeuges, in dem ein Differentialgetriebe und die zwei Achsen untergebracht sind, die sich vom Differentialgetriebe aus seitlich in beide Richtungen erstrecken, war wie folgt: Wie in Fig. 7 gezeigt, die ein Beispiel der herkömmlichen Bauart zeigt, besteht das Hinterachsgehäuse 1 hauptsächlich aus einem Differentialgehäuse 2 und zwei Achsgehäusen 3, die sich vom Differentialgehäuse 2 seitlich in beide Richtungen erstrecken. An beiden Enden der Achsgehäuse 3 ist ein rohrförmiges Endstück 4 ausgebildet, und an dessen Seite zum Differentialgehäuse 2 ist ein Bremsflansch 5 ausgebildet. Im oberen Teil des Differentialgehäuses 2 sind eine oder mehrere Klammern 6 ausgebildet. An einem oberen Teil von jedem der Achsgehäuse 3 ist ein Federsitz 7 ausgebildet, während am unteren Teil ein oder mehrere Schubstangenhalterungen 8 ausgebildet sind. Hier sind die rohrförmigen Endstücke 4 aus einem Gußstück mit guten mechanischen Eigenschaften hergestellt, während die meisten anderen Teile durch pressformen hergestellt sind, und diese Teile werden zusammengebaut, indem sie zu einem kompletten Hinterachsgehäuse 1 verschweißt werden.

Da in diesem Beispiel eine Vielzahl von Teilen mittels Schweißen zusammengebaut sind, ist nicht nur die Produktivität niedrig, sondern die geschweißten Teile werden leicht zu den Schwachpunkten der Gesamtstruktur. Ein weiteres Problem besteht hier darin, daß, falls ein geschweißtes Teil mangelhafte Festigkeit aufweisen sollte, die einzige Möglichkeit der Abhilfe darin bestehen würde, die Konstruktion neu zu entwerfen, um die wesentlichen Abmessungen zu vergrößern, was eine Formveränderung der Teile erfordern würde. Ein anderes Problem besteht darin, daß, da Preßgesenke in der Herstellung teuer sind, diese Methode einer flexiblen Produktionsweise nicht entgegenkommt.

In einem weiteren Beispiel wurde versucht, diese Schwierigkeiten dadurch auszuräumen, daß man eine Konstruktion benutzt, wo die erwähnte Vielzahl von Teilen alle in einem einstückigen Körper aus einem Gußstahl gegossen wurden, oder das Differentialgehäuse 2 und das Achsgehäuse 3 wurden zu einem einstückigen Körper aus Gußstahl gegossen, und Halterungen 6 und dergleichen wurden mit Schrauben oder durch Schweißen daran befestigt, um so zu einem kompletten Hinterachsgehäuse 1 montiert zu werden.

Da die Gießbarkeit von Gußstahl so schlecht ist, hohe Gußtemperaturen erfordert und sich ziemlich leicht Lunkerhohlräume bilden, bestehen die Probleme hier darin, daß die Erfordernisse, die an die Gußform gestellt werden, hoch sind und dadurch die Produktionskosten erhöhen, und daß die Herstellung dünnwandiger Gegenstände schwierig und die Gewichtsreduzierung erschwert ist.

Um diese Probleme zu lösen, wurde noch eine weitere Konstruktion entwickelt. In dieser dritten herkömmlichen Ausführungsform, von der ein Beispiel in Fig. 8 gezeigt ist, werden die rohrförmigen Endstücke 4 des Achsgehäuses 3, die hohe Zähfestigkeit erfordern, aus Schmiedeteilen hergestellt, die für gute mechanische Eigenschaften bekannt sind, während die Teile des Achsgehäuses 3 bis auf die rohrförmigen Endstücke 4, deren mangelnde Festigkeit durch Anpassung von Form und Abmessungen korrigiert werden kann, zusammen mit dem Differentialgehäuse 2 als einstückiger Körper aus Sphäroguß gegossen werden, und diese Schmiedeteile und die Sphärogußstücke werden mit Schrauben zusammengebaut.

Da das Anschweißen von Schmiedeteilen an Sphärogußstücke schwierig ist, falls es mit d,er heute zur Verfügung stehenden Technologie nicht völlig unmöglich ist, und da die Festigkeit der Schweißkonstruktion selbst bei erfolgreicher Schweißung unzureichend ist, besteht hier die Schwierigkeit darin, daß das geschmiedete Teil und das gegossene Teil mittels Schrauben miteinander verbunden werden müssen, was zwangsläufig die Produktionskosten erhöht.

Aus der DE-A-3 402 272 ist eine Hinterachsgehäusekonstruktion bekannt, wo die Differentialgehäuse und die Achsgehäuse aus Sphäroguß als einstückiges Gußstück gegossen sind.

Es wird jedoch einerseits gewünscht, daß das Gehäuse des Hinterachsgehäuses geringe Härte aufweist, und andererseits, daß die Härte der rohrförmigen Endstücke groß und widerstandsfähig ist.

Ein Vorschlag ist, einen durch Induktionshärten gehärteten Bereich innerhalb der Stücke der Spindel vorzusehen, siehe zum Beispiel "Automotive Engineer", Band 8, Nr. 5, Oktober/November 1983, Seite 78, Southend-on-Sea, Großbritannien.

Diese Methode ist sehr schwierig und teuer, und es ist nicht möglich, das oben beschriebene Problem zu lösen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hinterachsgehäuse vorzusehen, das eine geringe Härte hat, insgesamt nachgiebig ist, so daß es nicht reißt,, selbst wenn es verformt wird, wenn es gegen ein von der Fahrbahn aufragendes Objekt prallt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hinterachsgehäuse vorzusehen, bei dem die Härte seiner rohrförmigen Endstücke so weit gegenüber der Härte der anderen Teile erhöht ist, daß sie fest und widerstandsfähig sind, so daß die rohrförmigen Endstücke nicht durch die auf die Achse wirkende Belastung beschädigt werden.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hinterachsgehäuse vorzusehen, das kostengünstig hergestellt werden kann, indem die Differentialgehäuse und das Achsgehäuse als einstückiger Körper gegossen werden, wodurch auf Montagearbeit wie Schweißen oder Zusammenschrauben verzichtet werden kann.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Hinterachsgehäuse, wo die Differentialgehäuse und das Achsgehäuse aus Sphäroguß als einstückiges Gußstück gegossen sind, und ein gehärtetes Formteil durch Hochfrequenzhärten in jedem der rohrförmigen Endstücke der Achsgehäuse ausgebildet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Hauptteils des Hinterachsgehäuses der Erfindung und stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 2 ist ein Satz schematischer Zeichnungen, die eine Arbeitsweise bei der Herstellung des Hinterachsgehäuses der Erfindung darstellen;

Fig. 3 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel der Konstruktionsspezifikationen des Hinterachsgehäuses der Erfindung darstellt;

Fig. 4 ist eine Zeichnung, die die Stelle zeigt, an denen der Zugversuch durchgeführt wird;

Fig. 5 ist eine Zeichnung, die die Bereiche zeigt, die gehärtet werden sollen;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Härtens darstellt;

Fig. 7 ist eine Seitenansicht des Hauptteils des ersten Beispiels eines herkömmlichen Hinterachsgehäuses; und

Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Hauptteils des dritten Beispiels eines herkömmlichen Hinterachsgehäuses.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die bevorzugten Ausführungsformen des Hinterachsgehäuses der Erfindung werden jetzt im Detail offenbart unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen.

Wie in Fig 1 gezeigt, besteht das Hinterachsgehäuse 20 hauptsächlich aus einem Differentialgehäuse 21, das etwa kugelförmig ist, und in dem das Differentialgetriebe untergebracht ist, und aus zwei Achsgehäusen 22 von zylindrischer Form, die sich seitlich in beiden Richtungen von dem Differentialgehäuse 21 erstrecken und in denen die Trioachsen untergebracht sind, die sich seitlich in beide Richtungen von dem Differentialgetriebe erstrecken, wobei die Trioteile, die Differentialgehäuse 21 und das Achsgehäuse 22 als einstückiger Körper aus Sphäroguß gegossen sind.

Im oberen Bereich jedes Differentialgehäuses 21 sind eine oder mehrere Halterungen 23 vorgesehen, während in jedem Achsgehäuse 22 im oberen Teil ein Federsitz 24 und in seinem unteren Teil eine oder mehrere Schubstangenhalterungen 25 vorgesehen sind. Obwohl in dieser Ausführungsform die genannte Halterung 23, der Federsitz 24 und die Schubstangenhalterung 25 zusammen mit dem Differentialgehäuse 21 und den Achsgehäusen 22 als einstückiger Körper aus Sphäroguß gegossen sind, können sie separate Bauteile sein, die mittels Schrauben verbunden werden.

In jedem Ende des Achsgehäuses 22 ist ein rohrförmiges Endstück 26 ausgebildet, und an dessen Differentialgehäuseseite 21 ist ein Bremsflansch 27 ausgebildet. In jedem der rohrförmigen Endstücke 26 ist weiterhin ein gehärtetes Formteil 28 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird das gehärtete Formteil 28 hergestellt, indem die Abkühlungsgeschwindigkeit des rohrförmigen Endstückes 26 insgesamt (der mit A gekennzeichnete Abschnitt in Fig. 1) beschleunigt wird.

In der vorliegenden Ausführungsform wird einerseits das Ansatzteil des rohrförmigen Endstückes 26, das dem gehärteten Formteil 28 entspricht, einer Hochfrequenzhärtung unterzogen, und andererseits das Hinterachsgehäuse 20 insgesamt einer Glühbehandlung unterzogen. Wenn das Härten vor dem Glühen durchgeführt werden soll, wird das Härten ab einer Temperatur in oder nahe dem Bereich von 970 bis etwa 980ºC durchgeführt, und das Glühen wird bei einer Temperatur unterhalb des Umwandlungspunktes A&sub1; (etwa 720ºC) durchgeführt. So eine Wärmebehandlung veredelt die Struktur des Ansatzteils des rohrförmigen Endstückes 26 (in Fig. 1 schraffiert dargestellt) zur gehärteten Martensitstruktur, während andere Teile in der nachgiebigeren Perlitstruktur belassen werden.

Wenn das Härten andererseits nach dem Glühen durchgeführt werden soll, wird das Glühen bei einer Temperatur nahe 800ºC ausgeführt, während das Härten ab einer Temperatur innerhalb oder nahe dem Bereich von 970 bis etwa 980ºC durchgeführt wird. So eine Wärmebehandlung veredelt die Struktur des Ansatzteils des rohrförmigen Endstückes 26 (in Fig. 1 schraffiert dargestellt) zur Martensitstruktur, während andere Teile in der nachgiebigeren Perlitstruktur belassen werden.

Die Einzelheiten des Härtens und Glühens müssen in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Bedarf festgelegt werden, wie zum Beispiel die Art des zu verwendenden Sphärogusses und die zu erzielende Gestaltsfestigkeit, aber die endgültige Konstruktion der vorliegenden Ausführungsform ist so, daß, nachdem das Hinterachsgehäuse 20 als einstückiger Körper gegossen wurde, nur die Ansatzteile der zwei rohrförmigen Endstücke 26 des Achsgehäuses 22 der Härtebehandlung unterzogen werden sollten, um die gehärteten Teile 28 auszubilden, während der gesamte Rest des Gußstückes eine nachgiebige Struktur haben sollte.

Die Hinterachsgehäuse 20 der vorliegenden Erfindung, die die oben beschriebene Konstruktion besitzen, werden durch die folgende Arbeitsweise hergestellt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine Sandgußform 30 so vorbereitet, daß das Differentialgehäuse 21 und das Achsgehäuse 22 in einem einstückigen Guß hergestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden Halterungen 23 und dergleichen ebenfalls in dieselbe Gußform integriert. Nach Beendigung des Gußvorganges des in einer Gußpfanne 31 hergestellten geschmolzenen Sphärogusses 32 wird zuerst das Teil 33 der Gußform 30 geteilt und entfernt, das zur Herstellung des gesamten rohrförmigen Endstückes 26 (der schraffierte Teil A in Fig. 1) gedient hat, so daß das rohrförmige Endstück 26 auf natürliche Weise abkühlt oder zwangsgekühlt wird, um die Kornstruktur zur Erhöhung der Festigkeit und Widerstandsfähigkeit zu verbessern; aber der Rest des Gußstückes, der die Teile des Achsgehäuses 22 außer den rohrförmigen Endstücken 26 umfaßt, das Differentialgehäuse 21, die Halterungen 23 und dergleichen, wird alles in der Form 30 belassen, um so wie er ist auszukühlen und dadurch Nachgiebigkeit zu entwickeln.

Danach wird das Ansatzteil eines jeden rohrförmigen Endstückes 26 von jedem Achsgehäuse 22 mittels einer Hochfrequenzhärtemaschine 34 dem Hochfrequenzhärten unterzogen ab einer Temperatur in oder nahe dem Bereich von 970 bis etwa 980ºC zur Bildung der harten Martensitstruktur. Danach wird der Rest des Gußstückes aus der Gußform 30 herausgenommen, und der gesamte Körper wird bei einer Temperatur unterhalb des Umwandlungspunktes A&sub1; geglüht.

Als Ergebnis dieses Prozesses werden die Ansatzteile der rohrförmigen Endstücke 26 zu einer harten und widerstandsfähig gehärteten Martensitstruktur veredelt, während der Rest eine nachgiebige Perlitstruktur erhält.

In der oben beschriebenen Arbeitsweise kann die Reihenfolge der zwei Wärmebehandlungen umgekehrt werden, indem der gesamte Körper zuerst einer Glühbehandlung und dann dem Hochfrequenzhärten unterzogen wird, wobei das Glühen bei einer Temperatur von nahe 800ºC durchgeführt werden sollte, und die Hochfrequenzhärtung sollte ab einer Temperatur in oder nahe dem Bereich von 970 bis etwa 980ºC durchgeführt werden. Als Ergebnis dieses Prozesses werden die Ansatzteile der rohrförmigen Endstücke 26 in harter Martensitstruktur belassen, während der Rest eine dehnbare Perlitstruktur hat.

In beiden Fällen wird ein rohrförmiges Endstück 26 ausgebildet, das nicht durch die auf die Achse wirkende Belastung, die sich auf sein Ansatzteil konzentriert, beschädigt wird. Da alle Teile des einstückig gegossenen Hinterachsgehäuses 20 außer den rohrförmigen Endstücken 26 die Perlitstruktur mit einer niedrigen Härte von etwa HB = 150 aufweisen, werden andererseits gute mechanische Eigenschaften mit verbessertem Dehnungswert realisiert, so daß sie selbst bei Verformung nicht reißen, wenn sie mit einem von der Fahrbahnoberfläche aufragenden Objekt in Berührung kommen.

In diesem Fall sollten die Einzelheiten der Hochfrequenzhärtungs- und Glühbehandlungen in Übereinstimmung mit der Art des zu verwendenden Sphärogusses, der zu erzielenden Gestaltsfestigkeit und anderen zweckdienlichen Überlegungen festgelegt werden.

Da der Einsatz von Sphäroguß bei der Herstellung der Differentialgehäuse 21 und des Achsgehäuses 22 als einstückiger Körper gute Gießfähigkeit gewährleistet, kann außerdem nicht nur die Wandstärke und damit das Gewicht des Hinterachsgehäuses 20 insgesamt beträchtlich reduziert werden, sondern es kann auch auf die Montagearbeiten, wie Verschweißen oder Verschrauben, verzichtet werden, so daß es möglich ist, das Hinterachsgehäuse 20 kostengünstig herzustellen.

Die oben gemachten Angaben wurden verifiziert durch die tatsächliche Herstellung einer Anzahl von Hinterachsgehäusen 20 gemäß der Erfindung. Ein Sphäroguß wurde eingesetzt mit einer chemischen Zusammensetzung nach Tabelle 1, die ASTM A536-84 entspricht.

Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
C Si Mn S Cr Cu Mg

Die Konstruktionsspezifikationen entsprachen den in Fig. 3 angegebenen, nach denen die Differentialgehäuse 21 60-40-18 in ASTM A536-84 sein sollten, die Teile des Achsgehäuses 22 außer den rohrförmigen Endstücken 26 sollten 65-45-12 sein, und die rohrförmigen Endstücke 26 sollten 100-70-03 sein.

Dieses Hinterachsgehäuse 20 wurde zunächst weder einer Härtebehandlung noch einer Glühbehandlung unterzogen. Die Oberflächenhärten, die mit einem Brinellhärtemeßgerät an den in Fig. 3 gezeigten Punkten a bis h gemessen wurden, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2 Ergebnisse der Härtemessungen (in HB)
Produkt ID Nr. Meßposition Keine

Wie man sieht, fallen die Härten der rohrförmigen Endstücke 26 des Achsgehäuses 22 für jedes Produkt in den Härtebereich HB = 241-311, das ist die Spezifikation von ASTM A 536-84, 100-70-03. Damit wurde gezeigt, daß die Konstruktionsspezifikationen in diesem Fall ausreichend eingehalten wurden, ohne auf eine Härtebehandlung zurückzugreifen. Als nächstes wurde bei einem Zugversuchsstück mit einem Durchmesser von 4 mm, das dem in Fig. 4 mit T.P. bezeichneten Bereich entnommen wurde, in einem Dehnungstest eine Dehnfestigkeit von 56 kgf/mm² und eine Dehnung von 23% festgestellt, was beweist, daß in dem betreffendem Teil ausreichende Nachgiebigkeit erreicht wurde.

Weiterhin wurde ein Hochfrequenzhärten an den Ansatzteilen der rohrförmigen Endstücke 26 (in Fig 5 mit B dargestellt) des Achsgehäuses 22 durchgeführt, nach einem Satz Spezifikationen der quasi-gehärteten Härte, die HRC 50 oder mehr sein soll, und einer Härtetiefe, die 2 mm oder mehr sein soll. Das Härten wurde durchgeführt, indem Teil B eines rohrförmigen Endstückes 26 5,5 Sekunden lang bei 970 bis etwa 980ºC erwärmt wurde, indem eine Halbkreisinduktionsspule eine volle Umdrehung gedreht wurde, und danach 100 Sekunden lang mit Wasser gekühlt wurde. Anschließend wurde das Glühen bei 200ºC durchgeführt, was unterhalb des Transformationspunktes A&sub1; liegt.

Die Ergebnisse sind in Fig 6 in Form von Meßergebnissen dargestellt, die mit einem Rockwellhärtemeßgerät (C-Skala) an den Punkten i bis ermittelt wurden. Es ist zu bemerken, daß die Härte von HRC 50 oder mehr weit über eine Tiefe von 2 mm hinaus aufrechterhalten wird, was die Ausbildung von Martensitstruktur darin anzeigt.


Anspruch[de]

1. Hinterachsgehäuse, gekennzeichnet durch einen Aufbau, bei welchem

die Differentialgehäuse und die Achsgehäuse aus Sphäroguß als einstückiges Gußstück gegossen sind; und daß

ein gehärtetes Formteil durch Hochfrequenzhärten in jedem der rohrförmigen Endstücke oder Achsgehäuse ausgebildet ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Hinterachsgehäuses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß

eine Gußform so geformt wird, daß ein einstückiges Gußstück hergestellt wird, welches das Differentialgehäuse und die Achsgehäuse umfaßt;

Sphäroguß in diese gegossen wird; und

nach dem Gießen die rohrförmigen Endstücke der Achsgehäuse einer Hochfrequenzhärtebehandlung unterzogen werden.

3. Verfahren zur Herstellung eines Hinterachsgehäuses nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Körper anschließend einer Glühbehandlung unterzogen wird.

4. Verfahren zur Herstellung von Hinterachsgehäusen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühbehandlung bei einer Temperatur unterhalb des Umwandlungspunktes A durchgeführt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Hinterachsgehäuses nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

nach dem Gießen der gesamte Körper einer Glühbehandlung unterzogen wird;

und anschließend die rohrförmigen Endstücke der Achsgehäuse einer Hochfrequenzhärtebehandlung unterzogen werden.







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