DE68924704T2 - Verfahren zur herstellung von teilen eines fahrzeug-space frame-rahmens und ein fahrzeug-space-frame-rahmen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Fahrzeugrahmenteilen und einen Fahrzeugrahmen.
• Ein Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug, der mehrere langestreckte Konstruktionselemente aus Metall mit axial gleichförmigen Querschnitten aufweist, die über mehrere Verbindungsgußteile aus Metall miteinander verbunden sind, ist aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise im US-Patent Nr. 4 735 355 beschrieben. Die speziell ausgelegten Gußteile, die einen Sattelbereich mit einer Form aufweisen, der zu einem Teil des Querschnittes des Konstruktionselementes paßt, stellen die Verbindung von zwei oder mehreren Konstruktionselementen unter einem gegebenen Winkel sicher. Der Sattelbereich und ein rohrförmiger Teil der Gußteile sind weiterhin mit äußeren Umfangskanten versehen, die an der Außenfläche der Konstruktionselemente entlang liegen, wobei eine Schweißraupe längs dieser Kanten gesetzt ist, um die Verbindungsbereiche zu verstärken.
• Das US-Patent Nr. 4 355 844 beschreibt eine weitere lastaufnehmende Konstruktion für ein Kraftfahrzeug, die auf rohrförmigen Elementen (Trägern) basiert, die über Verbindungsteile miteinander verbunden sind, die aus Schalenelementen aus einem dünnen Metallblech bestehen, die mit Längsflanschen versehen sind, die mehrere rohrförmige Verbindungsansätze aufweisen.
• Eine weitere Konstruktion eines Fahrzeugrahmens ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 146 716 beschrieben. Der dargestellte Rahmen umfaßt Hohlformen, die aus einem Leichtmetall extrudiert sind und langestreckte Konstruktionselemente darstellen, Verbindungsteile mit unterschiedlichen Formen (Konfigurationen), die an die Form der Konstruktionselemente angepaßt sind und je nach Wunsch mit vorstehenden/zurückspringenden Teilen versehen sind, um weitere Bauteile der Fahrzeugkarosserie aufzunehmen, und schließlich Plattenteile (Abdeckung) aus verschiedenen Materialien (Leichtmetalle, Stahl, Kunststoff), um die Rahmenkonstruktion zu vollenden.
• Schließlich beschreibt die SE-A-120799 ein Montageprinzip zum Bilden eines Fahrzeugrahmens (Chassis) auf der Grundlage der Verbindung von U-förmigen Profilen zu einem zentralen ovalen Rahmenteil mit einem geschlossenen (kastenförmigen) Querschnitt, wobei zusätzliche U-förmige Profile, die teilweise den sich ergebenden zusammengesetzten Rahmenteil umschließen, so angebracht sind, daß die einzelnen vorderen und hinteren Längselemente des Rahmens gebildet sind.
• Alle beschriebenen Rahmen werden aus einer großen Anzahl von einzeln ausgelegten und dimensionierten Bauteilen und Bauelementen zusammengesetzt. Die ersichtlichen Nachteile derartiger Rahmen bestehen in zu vielen Verbindungen, der Notwendigkeit kostenträchtige, speziell hergestellte Verbindungsteile vorzusehen, und in zweiter Linie der Benutzung von Verstärkungseinrichtungen, um die ausreichende Steifigkeit und Festigkeit des Rahmens zu erzielen. Alle diese Faktoren beeinflussen nachteilig das Fahrzeuggewicht, die Montagekosten des Rahmens sowie die Fähigkeit des Rahmens, bestimmte Energiemengen zu absorbieren, um ein vorhersagbares Kollisionsverhalten zu erzielen.
• Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kraftfahrzeugrahmen zu schaffen, der in seinem Aufbau einfach ist, ein geringes Gewicht hat, im wesentlichen wenige Verbindungen hat und keine Verbindungen aufweist, die sich an kritischen Rahmenbereichen befinden, und der gleichzeitig eine verbesserte Kollisionsfestigkeit der Konstruktion liefert.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Herstellungsverfahrens auf der Grundlage des einfachen Zusammenbaus speziell ausgelegter lastaufnehmende Konstruktionselemente, ohne daß die Notwendigkeit besteht, speziell ausgelegte Verbindungsteile oder zusätzliche Verstärkungseinrichtungen vorzusehen.
• Ein weiters Ziel besteht darin, einen Rahmen zu schaffen, der aus extrudierten Leichtmetallhohlformen zusammengesetzt ist, die auf die erforderlichen Längen und Formen aus einem im wesentlichen endlosen Material geschnitten und geformt sind.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung können die obigen und weitere Ziele gemäß Anspruch 1 bis 7 und bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Schaffung eines Fahrzeugrahmens erreicht werden, dessen Stützkonstruktion lastaufnehmende Konstruktionselemente und sekundäre komplementär geformte Konstruktionselemente umfaßt, wobei die lastaufnehmenden Elemente ein in einem Stück ausgebildetes Mehrkammerformteil einschließen, das an seinen Enden in Längsrichtung aufgetrennt und so umgeformt ist, daß mehrere in einem Stück ausgebildete Konstruktionsteile der Stützkonstruktion gebildet sind, die zu den sekundären komplementär geformten Elementen ausgerichtet sind.
• Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Mehrkammerformteil von beiden Enden aus in Längsrichtung in zwei einzelne Abschnitte aufgetrennt, wobei die oberen Abschnitte nach oben gebogen sind, um einen Teil der vorderen und der hinteren Säule jeweils zu bilden, und die unteren Abschnitte so umgeformt sind, daß eine abgestufte Form der Rahmenseitenkonstrukt ion gebildet ist.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Mehrkammerformteil zusätzlich mit einem sich seitlich erstreckenden und in Längsrichtung verlaufenden Vorsprung versehen, der teilweise vom Formteil entfernt ist und senkrecht abgebogen ist, so daß ein verbindendes Querkonstruktionselement des Rahmens gebildet ist.
• Im Gegensatz zu den bekannten Rahmenkonstruktionen besteht keine Notwendigkeit für speziell ausgebildete Verbindungsteile mit Zwischenpaßformen oder für Schweißvorgänge zum Montieren der einzelnen Konstruktionselemente. Die individuell umgeformten Abschnitte des Mehrkammerformteils werden einfach zu den sekundären komplementär geformten Elementen ausgerichtet, die in die entsprechend geformten Außenflächen der Formteilabschnitte eingefügt werden.
• Die obigen und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels oder von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen, Fig. 1 bis 3, ergeben, in denen:
• Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Rahmens nach Maßgabe des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt,
• Fig. 1a, 1b und 1c vergrößerte Vertikalschnittansichten des vorderen Gurtes der hinteren Säule des Rahmens und der in einem Stück ausgebildeten lastaufnehmenden Konstruktionselemente jeweils zeigen,
• Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Rahmens zeigt, in der eine Einzelheit eines zusätzlichen Konstruktionsmerkmales dargestellt ist,
• Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Rahmens zeigt,
• Fig. 3a eine vergrößerte Vertikalschnittansicht eines lastaufnehmenden Konstruktionselementes zeigt.
• Was die Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 anbetrifft, so weist der darin in einer teilweise weggebrochenen perspektivischen Teilansicht dargestellte Fahrzeugrahmen 1 lastaufnehmende Konstruktionselemente 2 und ein komplementäres Konstruktionselement 8 als einzige Standardbauelemente auf, die einen Kern des Rahmens bilden. Das lastaufnehmende Element 2 hat einen geschlossenen Querschnitt, der in Form eines in einem Stück extrudierten Mehrkammerformteils vorgesehen ist, das Teile oder Abschnitte 21, 22, 23 mit drei einzelnen und vertikal angeordneten Hohlräumen und einen seitlich verlaufenden Flansch 24 mit einem geschlossenen Querschnitt umfaßt.
• Der obere Teil des Mehrkammerformteils, der den oberen Abschnitt 21 umfaßt, ist vom unteren Teil/Abschnitt 23 teilweise dadurch entfernt, daß der mittlere gerade Abschnitt 22 beispielsweise durch Schneiden in Längsrichtung aufgetrennt und anschließend im wesentlichen vertikal oder unter einem bestimmten Winkel abgebogen ist, um einen Teil der vorderen Säule 4 und der hinteren Säule 3 des Rahmens jeweils zu bilden. Sekundäre komplementär geformte Konstruktionselemente 8 sind über beliebige herkömmliche Einrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) zu den sich ergebenden vertikal abgebogenen Abschnitten ausgerichtet und damit verbunden und die verbleibenden nach vorne und nach hinten verlaufenden Abschnitte, die von dem verbleibenden unteren Teil 23 des Mehrkammerformteils gebildet sind, "überbrücken" somit das aufgetrennte Mehrkammerformteil und bilden die benötigte abgestufte Form der seitlichen Fahrzeugkarosseriekonstruktion.
• Einzelheiten der Verbindungen sind in Fig. 1a, Fig. 1b und Fig. 1c dargestellt, die in einer Querschnittsansicht den sich ergebenden hinteren Gurt 5 und die vordere Säule 4 und den mittleren in einem Stück ausgebildeten geraden Abschnitt des Mehrkammerformteils 2 von Fig. 1 jeweils zeigen. Die vordere Säule 4 und die hintere Säule 3 sind Teile des Rahmens für die Fahrzeugtür. Die Verbindungen zwischen den sekundären komplementär geformten Konstruktionselementen 8 und den durch die umgeformten Abschnitte 21, 23 des Mehrkammerformteils gebildeten Säulen werden dadurch gebildet, daß die Bauteile (Bauelemente) in Längsrichtung ineinander geschoben werden.
• Die sekundären Elemente 8 haben eine einfache rechtwinklige Außenform, die in eine komplementäre becherförmige Fläche der Abschnitte 21, 23 paßt, wobei zwei in Längsrichtung verlaufende vorstehende Flansche, die die becherartige Aufnahmeform der Abschnitte 21, 23 bilden, durch das oben beschriebene Aufschneiden des Mehrkammerformteils in Längsrichtung vorgesehen sind. Die sich ergebenden Verbindungen sind auf Grund ihrer Position in der Nähe der neutralen Achse (Mitte) des dadurch gebildeten Doppelquerschnitts nur geringen Spannungen verglichen mit den bisher bekannten Rahmenkonstruktionen ausgesetzt.
• Fig. 2 zeigt eine Einzelheit einer Dreifachverbindung zwischen einer vorderen Säule 4, einem vorderen Gurt 6 und einem Querträger 7, bei der keinerlei speziell gebildete Verbindungsteile vorgesehen sind. Der gerade Abschnitt 22 des Mehrkammerformteils wird einfach aufgetrennt und in einen nach oben verlaufenden oberen Abschnitt 21 und einen nach hinten verlaufenden unteren Abschnitt 23 gebogen, wobei die Abschnitte mit dem sekundären Element 8 mittels der oben beschriebenen ineinander geschobenen Verbindungen verbunden werden. Der senkrecht verlaufende Querträger 7 wird dadurch geformt, daß der Flansch 24 des Mehrkammerformteils teilweise entfernt und abgebogen wird.
• Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rahmens gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall sind statt eines in einem Stück extrudierten Mehrkammerformteils zwei separate Hohlformen 21, 23, die mit längsverlaufenden vorstehenden Flanschen zur Aufnahme von sekundären komplementär geformten Elementen 8 versehen sind, vorgesehen, um in einer ähnlichen Weise das lastaufnehmede Element 2 zu bilden. Das untere Formteil 21 ist gleichfalls mit einem seitlich verlaufenden Flansch 24 versehen, wie es in Fig. 3a dargestellt ist, die eine vergrößtere vertikale Schnittansicht eines geraden Abschnittes der verbundenen Formteile 21, 23 zeigt, die das lastaufnehmende Element 2 bilden.
• Die neue Art der Bildung und der Verbindung der einzelnen Konstruktionselemente des Rahmens gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert ersichtlich die Anzahl der verwandten Bauteile und beseitigt die Notwendigkeit, geschweißte Verbindungen oder spezielle Verbindungsteile vorzusehen, die so ausgebildet sind, daß sie die Verbindungen unterstützen, die sich in kritischen Bereichen des Rahmens befinden. In dieser Weise werden eine maximale Festigkeit und ein optimales Gewicht der Konstruktion in dem am stärksten lastaufnehmenden Bereich zwischen der vorderen und der hinteren Säule des Rahmens erzielt.
• Die Konstruktionselemente können weiterhin mit irgendeinem bekannten und gegenwärtig benutzten Befestigungsverfahren beispielsweise durch Verkleben/Vernieten, Schweißen oder andere mechanische Einrichtungen aneinander befestigt werden. Weitere Vorteile, die den Konstruktionselementen der vorliegenden Erfindung inhärent sind, die als extrudierte Hohlformen aus einem Leichtmetall beispielsweise aus Aluminium oder einer seiner Legierungen vorgesehen werden, bestehen in der Tatsache, daß die Elemente leicht so ausgebildet werden können, daß sie auch weiteren Zwecken dienen. Die Formen können beispielsweise mit in einem Stück damit ausgebildeten Trägern oder Flanschen extrudiert werden, um das Anbringen weiterer Bauteile des Rahmens zu erleichtern.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugrahmenteilen mit längsverlaufenden Konstruktionselementen (2), gekennzeichnet durch die Schritte:

- Bilden eines in einem Stück extrudierten Mehrkammerformteils (22) und mehrerer sekundärer Elemente (8),

- teilweise Auftrennen des Mehrkammerformteils wenigstens von einem Ende aus, um mehrere in Längsrichtung verlaufende einzelne Abschnitte (21, 23) bestimmter Länge zu bilden,

- Biegen der in dieser Weise gebildeten einzelnen Abschnitte (21, 23) unter einem bestimmten Winkel und Ausrichten der Abschnitte (21, 23) zu den sekundären komplementär geformten Elementen (8), die Bauteile des Fahrzeugrahmens bilden, und

- abschließendes Befestigen der montierten Elemente (8) durch herkömmliche Verbindungseinrichtungen.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geformten Bauteile des Fahrzeugrahmens die vorderen und die hinteren Säulen (3, 4) und die vorderen und hinteren Gurte (5, 6) sind.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Konstruktionselemente des Rahmens aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen extrudiert sind.

4. Lastaufnehmendes Konstruktionselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstruktionselement (2) einen geraden Abschnitt aus einem extrudierten Formteil (22) aufweist, das wenigstens von einem Ende in Längsrichtung in zwei oder mehr einzelnen Abschnitte (21, 23) aufgetrennt ist, wobei wenigstens einer der Abschnitte, der in einem Stück mit dem Konstruktionselement (2) ausgebildet ist, so umgeformt ist, daß er unter einem bestimmten Winkel verläuft, um ein zusätzliches Bauteil eines Stützrahmens zu bilden.

5. Lastaufnehmendes Konstruktionselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstruktionselement (2) in einem Stück mit einem oder mehreren sich seitlich erstreckenden und längsverlaufenden Flanschen (24) versehen ist.

6. Fahrzeugrahmen (1) mit längsverlaufenden, lastaufnehmenden Konstruktionselementen (2), dadurch gekennzeichnet, daß die lastaufnehmenden Konstruktionselemente (2) ein in einem Stück extrudiertes Mehrkammerformteil umfassen, das von wenigstens einem Ende aus in Längsrichtung in zwei oder mehr Abschnitte aufgetrennt ist, wobei die einzelnen Abschnitte (21, 23) als in einem Stück mit dem Mehrkammerformteil ausgebildete Bauteile unter bestimmten Winkeln verlaufen, so daß sie selbst sekundäre komplementär geformte Elemente (8) bilden, oder zu sekundären komplementär geformten Elemente (8) ausgerichtet und mittels in Längsrichtung ineinander angeordneter Verbindungen des Rahmens (3, 4, 5, 6) damit verbunden sind.

7. Fahrzeugrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrkammerformteil mit einem längsverlaufenden Flansch (24) versehen ist, der wenigstens einen sich senkrecht erstrekkenden Querträger (7) bildet.