DE19822731A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Ein Hilfsrahmen (1), beispielsweise ein Hinterachsträger für ein Kraftfahrzeug, besteht aus Quer- und Längsträgern (2, 3), die über Knotenelmente (4) aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff miteinander verbunden sind. Die Verbindung der Knotenelemente (4) mit den Trägern (2, 3) erfolgt durch Formschluß mittels Magnetumformen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug.

Die Verbindung der einzelnen Träger bekannter Rahmen mit Knotenelementen er­ folgt bevorzugt durch Verschweißung, wodurch sich lange Fertigungszeiten und hohe Herstellkosten ergeben (EP 0 146 716 B1). Gefügeveränderungen im Verbin­ dungsbereich können eine Festigkeitsminderung bewirken. Die im Fahrzeugbau ebenfalls vereinzelt angewandten Klebeverbindungen sind zeitaufwendig und erfor­ dern ein hohes Maß an Prozeßsicherheit.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur einfachen und kostengünstigen Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke der Erfindung ist es, Knotenelement und Träger durch Magnetumfor­ men miteinander zu verbinden. Beim Magnetumformen wird mit einen Elektroma­ gneten, der die Verbindungsstelle berührungslos und beispielsweise ringförmig um­ schließt, impulsartig ein Magnetfeld erzeugt. Durch Wechselwirkung mit dem Werk­ stück (Knotenelement oder Träger), in dem ein starker elektrischer Strom induziert wird, erfolgt eine schlagartige Kaltumformung des Werkstückes, die vom Elektro­ magneten weg gerichtet ist. Das Verfahren an sich ist beispielsweise in der Druck­ schrift Robert N. Stauffer, Electromagnetic Metalforming, Manufacturing Engineering, Februar 1978, Seiten 74 bis 76, beschrieben.

Durch die Verbindungstechnik des Magnetumformens wird eine hohe, reproduzier­ bare Maßhaltigkeit der Verbindung sowie wegen der Berührungslosigkeit eine sehr gute Oberflächenqualität erreicht. Außerdem bietet das Magnetumformen die Mög­ lichkeit, unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden, von denen lediglich eine Komponente aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen muß.

Durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 können Knotenelemente beispielsweise aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff (Anspruch 2) mit Trägern aus beliebigen Werkstoffen verbunden werden. Das Knotenelement kann durch Kokillenguß oder Druckguß mit weitreichenden Möglichkeiten hinsichtlich der Formgebung gestaltet werden und zeichnet sich durch ein niedriges Eigengewicht aus.

Die Träger bestehen z. B. aus Stahl, aus Edelstahl, aus Leichtmetall (Anspruch 3) oder Kunststoff (Anspruch 4), insbesondere faserverstärktem Kunststoff und sind bevorzugt Strangprofile (Anspruch 5). Auch längsnahtgeschweißte Rohre aus einem Leichtmetallwerkstoff können vorteilhaft als Träger eingesetzt werden. Der Quer­ schnitt von Trägern aus Leichtmetall kann beispielsweise durch ein Innenhoch­ druck-Umformverfahren individuell geformt werden.

Auch bei der Verbindung gleicher Materialien kann durch das Magnetumformen eine deutliche Reduzierung der Herstellkosten und der Fertigungszeit gegenüber einem personal- und zeitaufwendigen Schweißverfahren erfolgen. Durch die Kaltumformung entstehen im Unterschied zu Schweißverbindungen keine Gefügeveränderungen im Verbindungsbereich, die eine Festigkeitsminderung bewirken können.

Gegenüber konventionellen Schweißverbindungen erfordern die Verbindungsstellen zwischen Träger und Knotenelement eine ausreichend große Überlappungsfläche für eine formschlüssige Verbindung. Hierzu sind beispielsweise gemäß Anspruch 6 am Knotenelement Flansche vorzusehen, auf die die rohrartigen Träger aufzustecken sind. Gleichwirkend können die Träger in das Innere des Knotenelementes eingesteckt werden, wie dies z. B. bei Trägern aus Kunststoff erforderlich ist.

Vorsprünge, Kerben und dergleichen in Träger und/oder Flansch des Knoten­ elements bewirken nach erfolgter Magnetumformung einen verbesserten Formschluß (Anspruch 7). Durch entsprechende Ausgestaltung dieser formschlußerzeugenden Einrichtungen kann je nach den auftretenden Beanspruchungen eine ausreichend hohe Belastbarkeit der Verbindung gegenüber Torsion, Biegung und Druck/Zug erreicht werden. Durch die Steckverbindung wird außerdem selbsttätig eine definierte Montagelage erreicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Rahmen aller Art für Fahrzeuge verschiedenster Gattungen hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise die bislang bei sog. "Spaceframes" (z. B. EP 0 146 716 B1) angewandte Verbindungstechnik des Kle­ bens oder Schweißens ersetzen (Anspruch 8). Damit ergeben sich entscheidende Vorteile hinsichtlich der Herstellkosten.

Eine weitere Anwendung sind Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge (Anspruch 9), bei­ spielsweise Hinterachsträger.

Auch Rahmen für einspurige Fahrzeuge (Anspruch 10), wie z. B. Rahmen für Fahr­ räder oder Motorräder, lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren her­ stellen. Bei den genannten Fahrzeugen mit ihren in der Regel sichtbaren Rahmen wirkt sich die berührungslose arbeitende Magnetumformung besonders vorteilhaft aus, da z. B. bereits lackierte Träger und Knotenelemente ohne Verletzung ihrer sichtbaren Oberflächen miteinander verbunden werden können.

Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Arten von Fahrzeugen, wie Personen- oder Lastkraftwagen, Bussen, Anhängern und Schie­ nenfahrzeugen anwenden, auch bei Flugzeugen oder Schiffen.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Hilfsrahmen in perspektivischer Ansicht.

Ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Hilfsrahmen ist als Hinterachsträger eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und nimmt verschiedene Elemente der Radauf­ hängung sowie ein Hinterachsgetriebe auf (nicht dargestellt). Der Hilfsrahmen 1 besteht im wesentlichen aus zwei Querträgern 2 sowie zwei Längsträgern 3, die in etwa senkrecht zueinander verlaufen. Die Träger 2 und 3 sind Rohre, bevorzugt Strangprofile oder längsnahtgeschweißte Rohre aus Leichtmetall. Der in Fahrtrich­ tung FR hintere Querträger 2 wird im Innenhochdruck-Umformverfahren umgeformt. Die Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Aufbau des Kraftfahrzeuges erfolgt über nicht dargestellte Gummi-Metall-Lager, die jeweils an den vorderen und hinteren Enden der Längsträger 3 in entsprechende Aufnahmen 6 eingesetzt sind. Der vordere Querträger 2 weist einen Lagerbock 7 für die Anbindung eines Hinter­ achsgetriebes auf, das sich zusätzlich in Aufnahmen 8 des hinteren Querträgers 2 abstützt.

An der vorderen Seite des Hilfsrahmens 1 sind Quer- und Längsträger 2 bzw. 3 erfindungsgemäß durch Knotenelemente 4 miteinander verbunden. Fahrtrichtungs­ abgewandt sind die Längsträger 3 durch Öffnungen im hinteren Querträger 2 hin­ durchgesteckt und durch umlaufende Schweißnähte 5 konventionell mit diesem verbunden.

Die Knotenelemente 4 werden in einem Gußverfahren hergestellt, sind spiegelbildlich gestaltet und weisen jeweils zwei zylindrische Verbindungsflansche 15 für die Träger 2 und 3 auf. Die Flansche 15 sind mit Stutzen 16 zur überlappenden Verbindung mit den zylindrischen Anschlußflächen der Träger 2 und 3 versehen. Absätze 17 an den Flanschen 15 bilden definierte Anschläge für die Träger 2 und 3. Im Bereich der Überlappung wird durch Magnetumformen eine formschlüssige Verbindung erzeugt.

Hierzu ist aufgrund des geschlossenen Hilfsrahmens 1 ein Magnetumform-Werkzeug mit geteilten Spulen erforderlich.

Selbstverständlich kann anstelle der konventionellen Verschweißung auch der hin­ tere Querträger 2 an die Längsträger 3 über Knotenelemente im Magnetumform­ verfahren angebunden werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug, der sich aus mehreren Trägern (2, 3) sowie wenigstens einem Knotenelement (4) zu­ sammensetzt, wobei die Träger (2, 3) mit dem Knotenelement (4) durch Ma­ gnetumformen verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) aus einem Leichtme­ tall-Gußwerkstoff besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Träger (2, 3) aus einem Leichtmetall-Werkstoff besteht.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Träger (2, 3) aus einem Kunst­ stoffmaterial besteht.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Träger (2, 3) von einem Strangprofil gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) wenigstens einen Flansch (15,16) zur Steckverbindung mit einem Träger (2, 3) aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Knotenelement (4) und/oder Träger (2, 3) formschlußerzeugende Einrichtungen zur Erhöhung des Widerstandsmo­ ments gegenüber Torsions-, Biege- und/oder Zug-/Druckbeanspruchungen aufweisen.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein "Spaceframe" eines Aufbaus oder eines Aufbauabschnitts des Fahrzeugs ist.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Hilfsrahmen (1) zur Auf­ nahme von Radführungselementen und/oder Komponenten des Antriebs­ strangs des Fahrzeugs ist.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Rahmen eines einspurigen Fahrzeugs ist.