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Die
Erfindung befaßt
sich im allgemeinen mit der Herstellung und der Montage von Fahrzeugrahmenkomponenten,
und insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum ständigen Verbinden
von zwei oder mehr metallischen Fahrzeugrahmenkomponenten unter
Einsatz von Magnetimpulsschweißtechniken.
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Alle
heutzutage im Einsatz befindlichen Landfahrzeuge, wie Personenkraftwagen
und Lastwagen, umfassen einen Rahmen, welcher als eine Plattform
dient, auf welchem der Rest der Teile der Fahrzeugkarosserie aufgebaut
wird. Viele Fahrzeugrahmenkonstruktionen sind auf diesem Gebiet
bekannt. Die meisten bekannten Fahrzeugrahmenkonstruktionen werden
von einer Anzahl von einzelnen metallischen Komponenten gebildet,
welche ständig miteinander
verbunden werden. Beispielsweise umfaßt ein typischer Fahrzeugrahmen
ein Paar von in Längsrichtung
verlaufenden Längsträgern, welche mittels
einer Mehrzahl von in Querrichtung verlaufenden Querteilen bzw.
Querträgern
miteinander verbunden sind. Bei Fahrzeugen mit kürzeren Längen können die Längsträger aus einem einzigen Metallteil gebildet
werden. Bei längeren
Fahrzeugen jedoch umfaßt
jeder Längsträger im allgemeinen
zwei oder mehr Längsträgerabschnitte,
welche ständig
miteinander verbunden sind. In beiden Fällen bilden die Längsträger und
die Querträger
nach ihrer Verbindung einen Rahmen, welcher die restlichen Teile
der Fahrzeugkarosserie trägt.
Zum erleichterten Anbringen von weiteren Teilen des Fahrzeugs an
dem Fahrzeugrahmen gibt es eine Vielzahl von Tragteilen, Hängeteilen,
Gabelteilen und dergleichen, welche häufig derart eingesetzt werden,
daß sie
mit den Längsträgern und
Querträgern
an bestimmten Stellen verbunden werden. Es ist allgemeine Praxis,
daß diese
tragenden Hardwarekomponenten aus metallischen Materialien hergestellt
sind, und daß sie
ferner ständig
mit den Längsträgern und
den Querträgern an
bestimmten Stellen verbunden sind.
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Übliche Schweißtechniken
wurden im allgemeinen eingesetzt, um die verschiedenen Komponenten
des Fahrzeugrahmens ständig
miteinander zu verbinden. Wie an sich bekannt, umfassen übliche Schweißtechniken
die Einwirkung von Wärme
auf lokale Bereiche der beiden metallischen Teile, was zu einer
Verschmelzung der beiden metallischen Teile führt. Das Schweißen kann
unter Einwirkung von Druck oder ohne denselben durchgeführt werden, und
es kann ein Füllstoffmetall
eingesetzt werden oder nicht. Obgleich übliche Schweißtechniken
funktionell zufrieden stellend bisher sind, so gibt es doch einige
Einsatzschwierigkeiten bei der Verbindung von metallischen Fahrzeugrahmenkomponenten
miteinander. Zum einen ist es bei üblichen Schweißtechniken
erforderlich, daß Wärme an lokalen
Bereichen der beiden metallischen Rahmenteile zur Einwirkung kommt.
Die Einwirkung von Wärme
kann zu unerwünschten
Verzugserscheinungen und Schwächungen
bei den metallischen Komponenten führen. Obgleich zum anderen übliche Schweißtechniken
gut für
die Verbindung von Komponenten geeignet sind, welche aus ähnlichen
metallischen Materialien hergestellt sind, hat es sich als etwas
schwierig erwiesen, diese Schweiß verfahren zur Verbindung von Komponenten
einzusetzen, die aus unähnlichen
metallischen Materialien hergestellt sind. Zum Dritten lassen sich übliche Schweißtechniken
nicht auf einfache Weise zur Verbindung von Komponenten mit unterschiedlichen
Nenndicken anpassen. Da heutzutage Fahrzeugrahmen ein Massenprodukt
darstellen, und hierbei nur geringe Erträge erzielt werden, ist es erwünscht, ein
verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zu haben,
mittels denen zwei oder mehr metallische Fahrzeugrahmenkomponenten
ständig
miteinander verbunden werden, und bei denen die Nachteile der üblichen
Schweißtechniken ausgeräumt sind.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung befaßt
sich mit einem Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugrahmenanordnung
nach dem Patentanspruch 1.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
der Fahrzeugrahmen ein Paar von Längsträgern mit Hohlprofilquerschnitt
umfassen, welche mittels einer Mehrzahl von in Querrichtung verlaufenden Querträgern bzw.
Querteilen verbunden sind. Eine Mehrzahl von Tragteilen ist mit
den Längsträgern verbunden,
um das Anbringen von weiteren Teilen des Fahrzeugs am Fahrzeugrahmen
zu erleichtern. Eine Überlappungsverbindung
wird an der Verbindungsstelle von zwei einzelnen Längsträgerabschnitten
gebildet, um einen Abschnitt eines Längsträgers zu bilden. Der erste Längsträgerabschnitt
ist zu Beginn hinsichtlich den Abmessungen etwas kleiner als das zweite
Längsträgerteil
im Querschnitt ausgebildet, so daß sie sich mittels Spiel teleskopartig
ineinander schieben lassen. Eine elektromagnetische Spule ist zum
Erzeugen eines Magnetfeldes vorgesehen, welches bewirkt, daß die Längsträgerabschnitte
aufeinander zu bewegt werden. Teile der elektromagnetischen Spulen
sind auf der jeweiligen Seite der Längsträgerabschnitte angeordnet. Ein
erstes Ende der elektromagnetischen Spule ist über einen Schalter mit einer
ersten Seite eines Kondensators verbunden, während ein zweites Ende der
elektromagnetischen Spule direkt mit einer zweiten Seite eines Kondensators
verbunden ist. Eine elektri sche Energiequelle ist vorgesehen, um
den Kondensator selektiv aufzuladen und eine gewisse Energiemenge
dort zu speichern. Durch Schließen
des Schalters geht elektrischer Strom bzw. elektrische Energie von
dem Kondensator durch die elektromagnetische Spule. Als Folge hiervon
wird ein intensives elektromagnetisches Feld um die ersten und die
zweiten Längsträgerabschnitte
erzeugt. Das Vorhandensein dieses elektromagnetischen Feldes induziert
elektrische Ströme
in den ersten und den zweiten Längsträgerabschnitten.
Diese elektrischen Ströme
ihrerseits erzeugen entgegengerichtete Magnetfelder, welche die ersten
und die zweiten Längsträgerabschnitte
in einen Kontaktzustand miteinander ziehen. Wenn dies auftritt,
können
große
Drücke,
die auf die ersten und die zweiten Längsträgerabschnitte einwirken, diese in
Richtung aufeinander zu mit großen
Geschwindigkeiten bewegen. Der Hochgeschwindigkeitsaufprall und
die großen
Drücke
bewirken, daß die
beiden Längsträgerabschnitte
zusammengeschweißt
werden oder molekular miteinander verbunden werden. Ein Tragteil
kann mit einem Längsträgerabschnitt
auf eine ähnliche
Weise verbunden werden.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten
Ausführungsform eines
Fahrzeugrahmens, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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2 ist
eine Seitenansicht von einem der Längsträger des in 1 gezeigten
Fahrzeugrahmens zusammen mit einer Anzahl von Tragteilen, welche
mit diesem verbunden sind, wobei der Längsträger von einer Mehrzahl von
einzelnen Längsträgerabschnitten
gebildet wird, welche mittels überlappenden
Verbindungen miteinander verbunden sind.
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3 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
einer Überlappungsverbindung
zwischen zwei einzelnen Längsträgerabschnitten
nach 2.
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4 ist
eine Schnittansicht von zwei einzelnen Längsträgerteilen in 3 vor
der Verbindung miteinander.
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5 ist
eine 4 ähnliche
Schnittansicht von zwei einzelnen Längsträgerabschnitten nach 3 nach
ihrer Verbindung.
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6 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Abschnitts eines Längsträgers nach 1 mit
einem daran angebrachten Tragteil.
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7 ist
eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer Anordnung von Längsträger und
Tragteil nach 6 vor der Verbindung miteinander.
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8 ist
eine 7 ähnliche
Schnittansicht eines Längsträgers und
eines Tragteils nach 6 nach ihrer Verbindung.
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9 ist
eine 6 ähnliche
perspektivische Ansicht einer alternativen Auslegungsform zum Befestigen
eines Längsträgers und
eines Tragteils miteinander.
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10 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrahmens,
welcher nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
und welcher eine Mehrzahl von Baukomponenten umfaßt, welche
an Verbindungsstellen mittels einer Mehrzahl von Verbindungsknoten
miteinander verbunden sind.
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11 ist
eine perspektivische auseinander gezogene Darstellung eines Teils
des in 10 gezeigten Fahrzeugrahmens.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht eines geradlinigen Teils, welches in
den 10 und 11 dargestellt
ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines gekrümmten Teils, welches in den 10 und 11 dargestellt
ist.
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14 ist
eine perspektivische Ansicht von Verbindungsknoten, welche in den 10 und 11 dargestellt
sind.
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15 ist
eine perspektivische Ansicht eines einzigen Knotenteils, welches
in den 10 und 11 dargestellt
ist.
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16 ist
ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Schritte eines Hydroformverfahrens
zur Ausbildung von Baukomponenten nach den 12, 13, 14 und 15.
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17 ist
eine Schnittansicht einer Verbindung zwischen einem geradlinigen
Teil und einem Verbindungsknoten nach den 10 und 11 vor der
Verbindung miteinander.
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18 ist
eine 17 ähnliche
Schnittansicht der Verbindung zwischen einem geradlinigen Teil und
einem Verbindungsknoten nach den 10 und 11 nach
deren Verbindung miteinander.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ist in 1 eine erste
bevorzugte Ausführungsform
eines Fahrzeugrahmens gezeigt, welcher insgesamt mit 10 bezeichnet
ist, und welcher gemäß dem Verfahren und
der Vorrichtung nach der Erfindung hergestellt ist. Der Rahmen 10 umfaßt einen
ersten Längsträger, insgesamt
mit 11 bezeichnet, welcher sich über die gesamte Längserstreckung des
Fahrzeugs erstreckt, bei welchem dieser zum Einsatz kommt. Wie in
den 1 und 2 gezeigt ist, wird der erste
Längsträger 11 von
drei einzelnen Längsträgerabschnitten 12, 13 und 14 gebildet.
Die ersten und die zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13 sind
an einer Überlappungsverbindung
verbunden, welche insgesamt mit 15 bezeichnet ist. In ähnlicher
Weise sind die zweiten und die dritten Längsträgerabschnitte 13 und 14 an
einer Überlappungsverbindung
miteinander verbunden, welche insgesamt mit 16 bezeichnet
ist. Die Auslegungsformen der einzelnen Längsträgerabschnitte 12, 13 und 14 und
jene der Überlappungsverbindungen 15 und 16 des
ersten Längsträgers 11 werden
nachstehend näher
beschrieben. Obgleich drei, einzelne Längsträgerabschnitte 12, 13 und 14 dargestellt
sind, soll jedoch an dieser Stelle erwähnt werden, daß der Längsträger 11 irgendeine
beliebige Anzahl von einzelnen Längsträgerabschnitten
umfassen kann. Der Rahmen 10 umfaßt ferner einen zweiten Längsträger, welcher
insgesamt mit 21 bezeichnet ist, und welcher sich auch über die
gesamte Längserstreckung
des Fahrzeugs erstreckt, bei welchem er zum Einsatz kommt. Der zweite
Längsträger 21 ist
auf ähnliche
Art und Weise wie der erste Längsträger 11 ausgebildet
und umfaßt
erste, zweite und dritte, einzelne Längsträgerabschnitte 22, 23 und 24, welche
an Überlappungsverbindungen 24 und 26 miteinander
verbunden sind.
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Die
Längsträger 11 und 21 werden
mittels einer Mehrzahl von in Querrichtung verlaufenden Querträgern 30, 31, 32, 33 und 34 miteinander
verbunden. Diese Querträger 30 bis 34 sind
hinsichtlich ihren Abmessungen und Formgebungen unterschiedlich
und sie sind dazu bestimmt, daß sie
eine beliebige Bauart von Querträgern,
Gabeln oder anderen Bauteilen darstellen können, welche zwischen den beiden
Längsträgern 11 und 21 verlaufen.
Der Grundaufbau des Querträgers
dieser Bauart ist an sich auf diesem Gebiet bekannt. Zusätzlich ist
eine Mehrzahl von Tragteilen 40, 41, 42, 43, 44 und 45 mit den
Längsträgern 11 und 21 verbunden.
Diese Tragteile 40 bis 45 haben ebenfalls unterschiedliche
Abmessungen und Formgebungen und sind dazu bestimmt, daß sie irgendeine
beliebige Bauart eines Tragteils, eines Hängeteils oder eines anderen
Teils darstellen, welches mit den Längsträgern 11 und 21 zu
verbinden ist. Die Grundausbildungsformen dieser Tragteile sind
an sich auf diesem Gebiet bekannt.
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Die
verschiedenen Komponenten des Fahrzeugrahmens 10, welche
voranstehend beschrieben worden sind, sind alle aus metallischen
Materialien hergestellt. Beispielsweise hat sich Stahl als ein geeignetes
Material zur Ausbildung der verschiedenen Komponenten erwiesen.
Die Erfindung zieht jedoch auch andere metallische Materialien in
Betracht, wie Aluminium, Magnesium oder dergleichen. Auch kommt
es in Betracht, daß alle
die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugrahmens 10 nicht
aus ein und demselben metallischen Material ausgebildet zu sein
brauchen. Lediglich einige dieser Komponenten können aus einem ersten metallischen
Material ausgebildet sein, während
die anderen aus einem zweiten metallischen Material ausgebildet
sein können.
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Der
Fahrzeugrahmen 10 wird dadurch gebildet, daß die unterschiedlichen
Längsträger 11 und 21,
die Querträger 30 bis 34 und
die Tragteile 40 bis 45 miteinander verbunden
werden. Einige dieser Komponenten können miteinander unter Einsatz
von mechanischen Befestigungsmitteln, wie Schrauben oder dergleichen,
gegebenenfalls verbunden werden. Diese Erfindung bezieht sich jedoch
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum ständigen festen Verbinden dieser
Komponenten miteinander unter Einsatz von Magnetimpulsschweißtechniken,
welche nachstehend näher
erläutert
werden. Magnetimpulsschweißtechniken
haben sich als bevorzugt gegenüber üblichen
Schweißtechniken
bei der Herstellung von Fahrzeugrahmen der vorstehend genannten
Art erwiesen.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht der Überlappungsverbindung 15 zwischen
den Enden der einzelnen Längsträgerabschnitte 12 und 13 gezeigt,
wie dies aus den 1 und 2 zu ersehen
ist. Wie dort gezeigt, umfaßt
das hintere Ende des ersten Längsträgerabschnitts 12 einen
vertikal verlaufenden Stegabschnitt, welcher einen oberen, horizontalen
Flanschabschnitt 12a und einen unteren, horizontalen Flanschabschnitt 12b hat,
welche von dem Stegabschnitt weg verlaufen. In ähnlicher Weise umfaßt das vordere
Ende des zweiten Längsträgerabschnitts 13 einen
in vertikaler Richtung verlaufenden Stegabschnitt, welcher einen
oberen, horizontalen Flanschabschnitt 13a und einen unteren,
horizontal verlaufenden Flanschabschnitt 13b hat, welche
von diesem weg verlaufen. Obgleich die Enden der ersten und der
zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13 in Form
von einem Querschnitt mit allgemein hohler Form dargestellt sind,
oder die Gestalt eines C-förmigen Querschnitts
haben, so kommen natürlich
auch irgendwelche anderen beliebigen Querschnittsformen in Betracht.
Auch ist noch zu erwähnen,
daß die Querschnittsformen
der ersten und der zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13 nicht über die
gesamte Länge
hinweg gleichmäßig zu sein
brauchen, noch daß die
Querschnittsgestalt des ersten Längsträgerabschnittes 12 in
gleicher Weise wie die Querschnittsgestalt des zweiten Längsträgerabschnittes 13 ausgebildet
zu sein braucht.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist zu ersehen, daß der erste
Längsträgerabschnitt 12 zu
Beginn geringfügig
kleiner in den Abmessungen als der zweite Längsträgerabschnitt 13 vor
der Verbindung miteinander ausgelegt ist. Somit kann der erste Längsträgerabschnitt 12 zu
Beginn teleskopartig in den zweiten Längsträgerabschnitt 13 unter
Einhaltung eines Spiels angeordnet sein, wie dies aus 4 zu
ersehen ist. Wenn diese Teile in dieser Weise angeordnet sind, verlaufen
die vertikal verlaufenden Stegabschnitte der Längsträgerabschnitte 12 und 13 im
allgemeinen parallel und liegen benachbart zueinander, wie dies
auch auf die oberen, horizontalen Flanschabschnitte 12a und 13a und
die unteren, horizontalen Flanschabschnitte 12b und 13b zutrifft.
Obgleich der Abstand bzw. Zwischenraum zwischen den zugeordneten
Abschnitten der Längsträgerabschnitte 12 und 13 gegebenenfalls
eingestellt werden kann, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Zwischenraum
in einem Bereich von etwa 1,27 mm bis 2,5 mm (0,050 inch bis 0,100
inch) vorzusehen.
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Eine
elektromagnetische Spule 50 ist vorgesehen, um ein Magnetfeld
zu erzeugen, welches nach den nachstehenden Erläuterungen bewirkt, daß die Längsträgerabschnitte 12 und 13 aufeinander
zu bewegt werden. Abschnitte der e lektromagnetischen Spule 50 sind
auf der jeweiligen Seite der Längsträgerabschnitte 12 und 13 angeordnet.
Die elektromagnetische Spule 50 umfaßt eine Mehrzahl von Wicklungen
aus einem elektrischen Leiter. Ein erstes Ende des elektrischen
Leiters ist über
einen ersten Schalter 51 mit einer ersten Seite eines Kondensators 52 verbunden,
während
ein zweites Ende des elektrischen Leiters direkt mit einer zweiten
Seite des Kondensators 52 verbunden ist. Der Kondensator 52 stellt
eine Anzahl von Hochspannungskondensatoren dar, welche in Parallelschaltung
vorgesehen sind. Eine Energiequelle 53 ist vorgesehen,
welche den Kondensator 52 selektiv auflädt, so daß er eine vorbestimmte Energiemenge
aufnimmt und speichert. Eine erste Seite der Energiequelle 53 ist über einen zweiten
Schalter 54 mit der ersten Seite des Kondensators 52 verbunden,
während
eine zweite Seite der Energiequelle 53 direkt mit der zweiten
Seite des Kondensators 52 verbunden ist.
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Im
Betriebszustand ist der erste Schalter 51 zu Beginn offen,
und der zweite Schalter 54 ist zu Beginn geschlossen, wie
dies in 4 verdeutlicht ist. In diesem
Zustand wird elektrische Energie von der Energiequelle 53 zu
dem Kondensator 52 übertragen.
Wenn eine ausreichende Energiemenge im Kondensator 52 gespeichert
ist, wird der zweite Schalter 54 geöffnet und der erste Schalter 51 geschlossen,
wie dies in Figur gezeigt ist. Durch Schließen des ersten Schalters 51 wird
Energie in Form des elektrischen Stromes von dem Kondensator 52 über die
elektromagnetische Spule 50 abgegeben. Als Folge hiervon
wird ein intensives elektromagnetisches Feld um die ersten und die
zweiten Längsträgerabschnitte
erzeugt. Das Vorhandensein dieses elektromagnetischen Feldes induziert
elektrische Ströme
in den ersten und den zweiten Längsträgerabschnitten 12 und 13.
Diese elektrischen Ströme ihrerseits
erzeugen entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder, welche die ersten
und die zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13 in
Kontakt miteinander anziehen. Wenn dies auftritt, wirkt eine große Druckkraft
auf die ersten und die zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13,
so daß diese
mit einer hohen Geschwindigkeit aufeinander zu bewegt werden.
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Der
Hochgeschwindigkeitsstoß der
ersten und der zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13 sowie
der große
einwirkende Druck bewirken, daß die beiden
Komponenten zusammengeschweißt
werden oder molekular miteinander verbunden werden. Die Abmessungen
und die Formen der Längsträgerabschnitte 12 und 13,
die Abmessungen und die Formen der elektromagnetischen Spule 50 und
die Stärke
des elektromagnetischen Feldes sind alles Faktoren, welche bestimmen,
an welcher Stelle die Deformation der ersten und der zweiten Längsträgerabschnitte 12 und 13 auftritt,
sowie an welchen Abschnitten dieselben miteinander verbunden werden.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht eines Teils eines einzelnen Längsträgerabschnittes 12 mit
einem Tragteil 45 gezeigt, welches aus den 1 und 2 zu
ersehen ist. Wie zuvor angegeben ist, umfaßt der erste Längsträgerabschnitt 12 den
vertikal verlaufenden Stegabschnitt, welcher den oberen, horizontal
verlaufenden Flanschabschnitt 12a und den unteren horizontal
verlaufenden Flanschabschnitt 12b hat, die von diesem weg
verlaufen. Das Tragteil 45 ist derart ausgebildet, daß es einen
vertikal verlaufenden Stegabschnitt hat, welcher einen oberen, horizontalen Flanschabschnitt 45a hat,
welcher von diesem weg verläuft.
Die vertikal verlaufenden Stegabschnitte des ersten Längsträgerabschnitts 12 und
des Tragteils 45 sind beabstandet zueinander angeordnet,
im allgemeinen parallel ausgerichtet und liegen benachbart zueinander,
wie dies in 7 gezeigt ist. Abschnitte der
elektromagnetischen Spule 50 sind um die jeweiligen Seiten
des Längsträgerabschnitts 12 und
des Tragteils 45 angeordnet. Beim Betreiben der elektromagnetischen
Spule 50 ergeben sich dieselben Abläufe wie zuvor erläutert, und
man erhält
ein Verschweißen
oder ein molekulares Verbinden von Längsträgerabschnitt 12 mit
dem Tragteil 45, wie dies aus 8 zu ersehen
ist.
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9 verdeutlicht
eine alternative Auslegungsform zum festen Verbinden des Längsträges 12 und
des Tragteils 45 miteinander. Wie dort gezeigt ist, ist
die Spule 45 konzentrisch um einen länglichen, zylindrischen Dorn 46 angeordnet.
Der Dorn 46 ist aus einem Material ausgebildet, welches
bei der Erzeugung eines Magnetfeldes durch die Erregung der elektromagnetischen
Spule 50 derart gedrückt
wird, daß der
Dorn eine Bewegung in Richtung des dargestellten Pfeils ausführt. Ein
Ende des Dorns 46 liegt in der Nähe des vertikal verlaufenden
Abschnitts des Tragteils 45. Das Tragteil 45 kann
fest mit dem Ende des Dorns 46 verbunden sein, oder es
kann einfach in dessen Nähe
angeordnet sein. In jedem Fall werden dann, wenn die elektromagnetische
Spule 50 gemäß der voranstehenden
Erläuterung
erregt wird, der Dorn 46 und der vertikal verlaufende Stegabschnitt des
Tragteils 45 in axialer Richtung mit hoher Geschwindigkeit
auf den Längsträger 12 zu
bewegt. Auf diese Weise wird das Tragteil 45 mit dem Längsträger 12, ähnlich wie
zuvor, angeschweißt
oder molekular mit diesem verbunden.
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Die
zuvor beschriebenen Längsträger 11 und 12 sind
alle derart ausgelegt, daß sie
von einem Ausgangsmaterial mit Hohlprofilquerschnitt ausgebildet sind,
d. h. aus einem Ausgangsmaterial, welches eine nicht geschlossene
Querschnittsgestalt hat. Die speziell dargestellten Längsträger 11 und 12 sind derart
ausgebildet, daß sie
einen im allgemeinen offenen C-förmigen
Querschnitt haben. Es ist noch zu erwähnen, daß die Erfindung auch bei anderen
querschnittsoffenen Ausgangsmaterialien eingesetzt werden kann,
welche eine andere Querschnittsgestalt haben. Beispielsweise können die
Längsträger 11 und 12 aus
einem Material mit einem im allgemeinen geschlossenen C-förmigen Querschnitt
hergestellt sein (wobei die kurzen Flansche an den Enden der dargestellten
Längsträger 11 und 12 vorgesehen sind,
welche nach innen aufeinander zu weisen), einen im allgemeinen hutförmigen Querschnitt
haben (wobei die kurzen Flansche an den Enden der dargestellten
Längsträger 11 und 12 vorgesehen
sind, die nach außen
voneinander weg weisen), oder es kommt auch eine andere Ausgestaltungsform
mit offenem Hohlprofilquerschnitt in Betracht.
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Unter
Bezugnahme auf die 10 und 11 ist
eine Fahrzeugrahmenanordnung dargestellt, welche insgesamt mit 60 bezeichnet
ist. Hierbei kann bei der Herstellung auch die Magnetimpulsschweißtechnik
eingesetzt werden, was aber außerhalb
des Schutzumfangs der Ansprüche
liegt. Die dargestellte Fahr zeugrahmenanordnung 60 ist
ein Personenkraftwagenrahmen, d. h. ein Rahmen eines Kraftfahrzeugs,
welches den Fahrgastraum umschließt. Wie sich aus der voranstehenden
Beschreibung ergibt, kann die Erfindung auch bei einem Flachbettrahmen
oder einer anderen Rahmenkonstruktion irgendeines beliebigen Fahrzeugs
eingesetzt werden. Die dargestellte Fahrzeugrahmenanordnung 60 umfaßt vier
unterschiedliche Arten von Baukomponenten, welche fest miteinander
verbunden sind. Die erste Art von Baukomponenten wird als eine geradlinige
Baukomponente bezeichnet, wie dies bei 61 gezeigt ist.
Die geradlinigen Baukomponenten 61 zeichnen sich dadurch
aus, daß sie
linear und ähnlich ausgebildet
sind. Die geradlinigen Baukomponenten 61 sind hohl ausgebildet
und können
irgendeine beliebige gewünschte
Querschnittsgestalt annehmen. Wie beispielsweise in 12 gezeigt
ist, kann ein geradliniges Teil 61 einen Mittelabschnitt 61a bilden, welcher
im Querschnitt quadratisch oder rechteckförmig ist, sowie von einem Paar
von Endabschnitten 61b gebildet werden, welche im Querschnitt
kreisförmig
sind. Die quadratischen oder rechteckförmigen Querschnittsformgebungen
des Mittelabschnitts 61a des geradlinigen Teils 61 ist
erwünscht,
da man dadurch eine Steifigkeit bei dem geradlinigen Teil bzw. der
geradlinigen Baukomponente 61 erhält und sich hierdurch das Anbringen
von weiteren Baukomponenten, wie Tragteilen oder dergleichen, erleichtern läßt. Wie
nachstehend noch näher
beschrieben wird, ist die kreisförmige
Querschnittsgestalt der Endabschnitte 61b des geradlinigen
Teils 61 erwünscht, da
hierdurch das Anbringen von weitern Baukomponenten an der Fahrzeugrahmenanordnung 60 erleichtert
wird.
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Die
zweite Art von Baukomponenten der Fahrzeugrahmenanordnung 60 bezieht
sich auf ein gekrümmtes
Teil, wie dies bei 62 angedeutet ist. Die gekrümmten Teile 62 sind ähnlich wie
die geradlinigen Teile 61 mit Hohlquerschnitten ausgebildet
und länglich
ausgelegt. Die gekrümmten
Teile 62 sind jedoch nicht linear wie die geradlinigen
Teile 61, sondern sie haben einen nicht linearen Verlauf.
Beispielsweise kann nach 13 ein
gekrümmtes
Teil 62 derart ausgebildet sein, daß es einen einzigen gebogenen
Abschnitt 62a hat, welcher zwischen zwei geradlinigen Abschnitten 62b verläuft. Alternativ kann das
gekrümmte
Teil 62 von einer Mehrzahl von gebogenen Abschnitten 62a gebildet
werden, welche benachbarte lineare Abschnitte 62b voneinander trennen,
und die Teile können
insgesamt über
ihre gesamte Längserstreckung
gekrümmt
ausgebildet sein. Vorzugsweise aus denselben Gründen wie zuvor angegeben im
Zusammenhang mit den geradlinigen Teilen 61 sind die linearen
Abschnitte 62b in der Nähe
des Mittelteils des gekrümmten
Teils 62 mit quadratischem oder rechteckförmigem Querschnitt ausgelegt.
Zwei Endabschnitte 62c sind an dem gekrümmten Teil 62 vorgesehen,
welche einen kreisförmigen
Querschnitt haben, und zwar aus denselben Gründen wie zuvor beschrieben.
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Die
dritte Bauart von Baukomponenten bei der Fahrzeugrahmenanordnung 60 der
vorstehend genannten Art ist ein Verbindungsknoten, wie zum Beispiel
jener, welcher mit 63 bezeichnet ist. Verbindungsknoten 63 zeichnen
sich dadurch aus, daß es sich
um relativ kleine Komponenten handelt, welche dazu vorgesehen sind,
benachbarte Komponenten der Fahrzeugrahmenanordnung 60 an
einer Verbindungsstelle zu verbinden. Wie beispielsweise in 14 gezeigt
ist, kann ein Verbindungsknoten 63 derart ausgebildet sein,
daß er
einen relativ kleinen Körperabschnitt 63a mit
einer Mehrzahl (drei bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform)
mit relativ kurzen Verbindungsabschnitten 63b hat, die
von diesen nach außen
verlaufen. Die Verbindungsabschnitte 63b sind typischerweise
linear ausgebildet, da sie eine relativ kurze Erstreckung haben,
obgleich dies nicht erforderlich zu sein braucht. Der Körperabschnitt 63a und
die Verbindungsabschnitte 63b werden von Hohlteilen gebildet
und können
derart ausgebildet sein, daß sie
irgendeinen beliebigen, gewünschten
Querschnitt besitzen. Wiederum aus denselben wie zuvor im Zusammenhang
mit den geradlinigen Bauteilen 61 genannten Gründen sind
der Körperabschnitt 63a und
die benachbarten Bereiche der Verbindungsabschnitte 63b vorzugsweise
mit einem quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt ausgeführt. Zwei
Endabschnitte 63c sind an dem Verbindungsteil 63 vorgesehen,
welche eine kreisförmige
Querschnittsgestalt haben, und zwar aus demselben wie zuvor erwähnten Grund.
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Die
vierte Bauart der Baukomponenten der Fahrzeugrahmenanordnung 60 wird
als Knotenteil bezeichnet, wie beispielsweise das Knotenteil 64. Die
Knotenteile 64 zeichnen sich dadurch aus, daß sie von ähnlichen
Komponenten gebildet werden, welche ebenfalls dazu vorgesehen sind,
benachbarte Komponenten der Fahrzeugrahmenanordnung 60 an einer
Verbindungsstelle zu verbinden. Wie beispielsweise aus 15 zu
ersehen ist, kann ein Knotenteil 64 derart ausgebildet
sein, daß es
einen länglichen, zentralen
Abschnitt 64a, ein Paar von Endabschnitten 64b und
einen oder mehrere (bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform
sind es drei) relativ kurze Verbindungsabschnitte 64 aufweist,
welche nach außen
verlaufen. Wie bei dem Verbindungsabschnitt 63b der vorstehend
beschriebenen Art sind die Verbindungsabschnitte 64c in
typischer Weise linear ausgelegt, da sie eine relativ kurze Längserstreckung
haben, obgleich dies nicht notwendigerweise der Fall zu sein braucht.
Der zentrale Abschnitt 64a, die Endabschnitte 64b und
die Verbindungsabschnitte 64c sind hohl ausgeführt und
können
irgendeine gewünschte
Querschnittsgestalt haben. Wiederum aus denselben wie zuvor im Zusammenhang
mit dem geradlinigen Teil 61 erläuterten Gründen sind die zentralen Abschnitte 64a und
die benachbarten Bereiche der Verbindungsabschnitte 64c vorzugsweise derart
ausgelegt, daß sie
einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt besitzen.
Die Endabschnitte 62d sind an dem gekrümmten Teil 62 vorgesehen,
welche einen kreisförmigen
Querschnitt haben, und zwar ebenfalls aus denselben wie zuvor genannten
Gründen.
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Jede
der vier Bauformen der Baukomponenten 61, 62, 63,
und 64, welche bei der Fahrzeugrahmenanordnung 60 zum
Einsatz kommt, ist vorzugsweise mittels Hydroformtechniken hergestellt.
Das Hydroformen ist ein metallisches Verformungsverfahren, bei welchem
allgemein gesprochen ein Hochdruckfluid eingesetzt wird, welches
in ein geschlossenes Werkstück
eingeleitet wird, um das Werkstück abschnittsweise
nach außen
unter Angleichung an eine Umschließungsform zu expandieren. 16 ist ein
Flussdiagramm 70, welches die Schritte des Hydroformverfahrens
nach der Erfindung verdeutlicht, um eine oder alle vier Bauformen
von Baukomponenten 61, 62, 63 und 64 auszubilden,
die bei der Fahrzeugrahmenanordnung 60 zum Einsatz kommen. Der
erste Schritt 71 ist das Hydroformverfahren, um einen geschlossenen
Rohling zu erhalten. Üblicherweise
ist der geschlossene Rohling ein rohrförmiger Rohling, welcher eine
gleichmäßige Querschnittsgestalt
hat und aus einem metallischen Material hergestellt ist. Wie zuvor
angegeben ist, ist es erwünscht, daß relativ
gewichtsmäßig leichte,
aber widerstandsfähige
metallische Materialien, wie Aluminium, Magnesium oder dergleichen,
eingesetzt werden. Stahl und andere schwerere Metalle jedoch können ebenfalls
hierbei zur Anwendung kommen.
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Zum
anderen ist es üblich,
aber nicht immer erforderlich, einen rohrförmigen Rohling zu einem Vorformling
vorzubiegen, wie die bei 72 angedeutet ist. Dieses Vorbiegen
ist erforderlich, wenn die endgültige
gewünschte
Gestalt der Baukomponente sich in starkem Maße von der Anfangsgestalt des
rohrförmigen
Ausgangsmaterials unterscheidet. Dieses Vorbiegen braucht dann nicht
vorgesehen zu werden, wenn man ein geradliniges Teil 61 ausbildet,
da die Auslegungsform im allgemeinen geradlinig ist und somit kann
dieses Vorbiegen erforderlich sein, wenn man ein gekrümmtes Teil 62 ausbildet.
Mehrere Vorbiegebearbeitungen können
an einem einzigen Rohling in Abhängigkeit
von der endgültigen
gewünschten
Gestalt der Baukomponente ausgeführt
werden. Im Anschluß an
dieses Vorbiegen folgt der Rohling der allgemeinen Gestalt der Baukomponente,
welche herzustellen ist. Er hat aber nach wie vor noch einen im
allgemeinen gleichmäßigen kreisförmigen Querschnitt über die
gesamte Längserstreckung
hinweg. Der Vorbiegeschritt kann auf einer üblichen Vorbiegebank oder einer ähnlichen
Vorrichtung durchgeführt
werden.
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Dann
wird der vorgebogene Rohling in ein Hydroformwerkzeug eingelegt,
und ein Hochdruckfluid wird eingeleitet, wie dies bei 73 angedeutet
ist. Das Hochdruckfluid innerhalb des vorgebogenen Rohlings bewirkt,
daß Abschnitte
desselben sich nach außen
expandieren und sich an die geschlossene Hydroformwerkzeugsgestalt
anpasst. Auf diese Weise können
Abschnitte der Baukomponenten 61, 62, 63 und 64 ausgebildet
werden, welche eine viereckige oder rechteckigförmige Querschnittsgestalt haben,
wie dies zuvor beschrieben worden ist. Zugleich können mehrere
unterschiedliche Öffnungen (nicht
gezeigt) oder andere Bauformen gegebenenfalls bei den Baukomponenten
ausgebildet werden, um das Anbringen von weiteren Komponenten (Tragteilen
usw.) an der Fahrzeugrahmenanordnung 60 zu erleichtern.
Der Hydroformschritt kann mit Hilfe irgendeiner beliebigen üblichen
Hydroformvorrichtung durchgeführt
werden.
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Der
abschließende
Schritt zur Ausbildung der Fahrzeugrahmenanordnung befaßt sich
mit dem Verbinden der ausgebildeten Baukomponenten, wie dies bei 74 in
dem Flussdiagramm 70 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf
die 17 und 18 ist
die Ausbildung einer Verbindung zwischen einem der geradlinigen
Teile 61 und einem der Knotenteile 63 verdeutlicht.
Der Endabschnitt 61b des geradlinigen Teils 61 ist
zu Beginn geringfügig
größer hinsichtlich der
Abmessungen als der Endabschnitt 63c des Verbindungsabschnitts 63b des
Verbindungsknotens 63 vor der Verbindung ausgelegt. Somit
kann der Endabschnitt 63c des Verbindungsknotens 63 zu
Beginn teleskopartig in dem Endabschnitt 61b des geradlinigen
Teils 61 unter Einhaltung eines Ringraums angeordnet werden,
wie dies in 17 gezeigt ist. Wenn diese Teile
in dieser Weise angeordnet sind, ist die äußere zylindrische Fläche des
Endabschnitts 63c des Verbindungsknotens 63 im
allgemeinen konzentrisch zu der inneren zylindrischen Fläche des
Endabschnitts 61b des geradlinigen Teils 61 angeordnet.
Obgleich der Zwischenraum zwischen diesen zylindrischen Flächen ebenfalls
eingestellt werden kann, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Zwischenraum
in einem Bereich von etwa 1,27 mm bis 2,54 mm (0,05 inch bis 0,100
inch) vorzusehen.
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Eine
elektromagnetische Spule 80 ist vorgesehen, um ein Magnetfeld
zu erzeugen, welches nachstehend noch näher erläutert wird und bewirkt, daß der Endabschnitt 63c des
Verbindungsknotens 63 und der Endabschnitt 61b des
geradlinigen Teils 61 aufeinander zu bewegt werden. Die
elektromagnetische Spule 80 ist konzentrisch um den Endabschnitt 61b des
geradlinigen Teils 61 angeordnet. Die elektromagnetische
Spule 80 hat einen ähnlichen Aufbau
und eine ähnliche
Arbeitsweise wie die zuvor beschriebene elektromagnetische Spule 50.
Auch kann ein und dieselbe Steuerschaltung zum Betreiben derselben
zum Einsatz kommen. Wenn daher die Schalter 51 und 54 auf
die vorstehend beschriebene Weise betätigt sind, bewirkt das durch
die Spule 80 erzeugte elektromagnetische Feld, daß der Endabschnitt 61b des
geradlinigen Teils 61 sich in Richtung auf den Endabschnitt 63c des
Verbindungsknotens 63 mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt.
Als Folge hiervon werden die Endabschnitte 61b des geradlinigen
Teils 61 und der Endabschnitt 63c des Verbindungsknotens 63 auf
die zuvor beschriebene Weise verschweißt oder molekular verbunden.
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Wie
sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, brauchen die verschiedenen
Komponenten des Fahrzeugrahmens 60 nicht aus ein und demselben
metallischen Material hergestellt zu sein. Einige der Komponenten
können
aus einem ersten metallischen Material ausgebildet sein, während andere Komponenten
aus einem zweiten metallischen Material hergestellt sein können. Beispielsweise
ist unter Bezugnahme auf 10 zu
ersehen, daß die
verschiedenen Baukomponenten, welche im oberen Abschnitt der Fahrzeugrahmenanordnung 60 angeordnet
sind (d. h. jene Baukomponenten, welche von dem Bodenteil der Fahrzeugrahmenanordnung 60 in Richtung
nach oben weisen, und die Seiten und das Dach des Fahrgastraums
bilden) aus einem ersten, relativ gewichtsmäßig leichten Material, wie
Magnesium hergestellt sein können.
Die anderen Baukomponenten, welche an dem unteren Teil der Fahrzeugrahmenanordnung 60 liegen
(d. h. jene Komponenten, welche den Bodenteil der Fahrzeugrahmenanordnung 60 bilden)
können
aus einem zweiten, relativ schweren Material, wie Aluminium, ausgebildet
sein. Zusätzlich
oder alternativ kann Stahl bei Teilen der Fahrzeugrahmenanordnung 60 in
Verbindung entweder mit Magnesium oder Aluminiummaterialien oder auch
in Verbindung mit beiden eingesetzt werden. Das zuvor beschriebene
Verfahren zum molekularen Verbinden der Fahrzeugrahmenkomponenten
unter Einsatz von Magnetimpulsschweißtechniken ist zweckmäßig, da
es sich gezeigt hat, daß benachbarte
unähnliche
Metalle nicht zu Korrosion führen, wenn
sie miteinander verbunden werden.