DE69634343T2 - Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung unter Einsatz von Magnetimpulsschweißtechnik - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung unter Einsatz von Magnetimpulsschweißtechnik Download PDF

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugrahmenanordnung nach dem Patentanspruch 1.
  • 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.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Fahrzeugrahmens, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
  • 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.
  • 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Überlappungsverbindung zwischen zwei einzelnen Längsträgerabschnitten nach 2.
  • 4 ist eine Schnittansicht von zwei einzelnen Längsträgerteilen in 3 vor der Verbindung miteinander.
  • 5 ist eine 4 ähnliche Schnittansicht von zwei einzelnen Längsträgerabschnitten nach 3 nach ihrer Verbindung.
  • 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Längsträgers nach 1 mit einem daran angebrachten Tragteil.
  • 7 ist eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer Anordnung von Längsträger und Tragteil nach 6 vor der Verbindung miteinander.
  • 8 ist eine 7 ähnliche Schnittansicht eines Längsträgers und eines Tragteils nach 6 nach ihrer Verbindung.
  • 9 ist eine 6 ähnliche perspektivische Ansicht einer alternativen Auslegungsform zum Befestigen eines Längsträgers und eines Tragteils miteinander.
  • 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.
  • 11 ist eine perspektivische auseinander gezogene Darstellung eines Teils des in 10 gezeigten Fahrzeugrahmens.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht eines geradlinigen Teils, welches in den 10 und 11 dargestellt ist.
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht eines gekrümmten Teils, welches in den 10 und 11 dargestellt ist.
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht von Verbindungsknoten, welche in den 10 und 11 dargestellt sind.
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht eines einzigen Knotenteils, welches in den 10 und 11 dargestellt ist.
  • 16 ist ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Schritte eines Hydroformverfahrens zur Ausbildung von Baukomponenten nach den 12, 13, 14 und 15.
  • 17 ist eine Schnittansicht einer Verbindung zwischen einem geradlinigen Teil und einem Verbindungsknoten nach den 10 und 11 vor der Verbindung miteinander.
  • 18 ist eine 17 ähnliche Schnittansicht der Verbindung zwischen einem geradlinigen Teil und einem Verbindungsknoten nach den 10 und 11 nach deren Verbindung miteinander.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugrahmenanordnung (10), welches die folgenden Schritte aufweist: a) Vorsehen einer ersten metallischen Fahrzeugrahmenkomponente aus einer Gruppe, welche einen Längsträger (12, 13, 14, 22, 23, 24), einen Querträger (30, 31, 32, 33, 34) und ein Tragteil (45) umfaßt; b) Vorsehen einer zweiten metallischen Fahrzeugrahmenkomponente aus einer Gruppe, welche einen Längsträger (12, 13, 14, 22, 23, 24), einen Querträger (30, 31, 32, 33, 34) und ein Tragteil (45) umfaßt; c) Anordnen von Abschnitten der ersten und der zweiten Fahrzeugrahmenkomponenten in einer überlappenden Zuordnung; d) Vorsehen einer elektromagnetischen Spule (50) um die überlappenden Abschnitte der ersten und der zweiten Fahrzeugrahmenkomponenten; e) Verbinden der elektromagnetischen Spule (50) mit einer elektrischen Energiequelle derart, daß ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, daß die ersten und die zweiten Fahrzeugrahmenkomponenten sich in Kontakt miteinander mit einer hohen Geschwindigkeit derart bewegen, daß sie miteinander verbunden werden; f) Vorsehen einer Mehrzahl von weiteren Fahrzeugrahmenkomponenten; und g) Verbinden aller Fahrzeugrahmenkomponenten zur Bildung einer Fahrzeugrahmenanordnung (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (a) dadurch ausgeführt wird, daß ein erster, metallischer Längsträger (12) mit einem Hohlprofilquerschnitt vorgesehen wird, und daß der Schritt (b) dadurch ausgeführt wird, daß ein zweiter, metallischer Längsträger (13) mit einem Hohlprofilquerschnitt vorgesehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (a) dadurch ausgeführt wird, daß ein erster metallischer Längsträger (12) mit einem im allgemeinen C-förmigen Querschnitt vorgesehen wird, und daß der Schritt (b) dadurch ausgeführt wird, daß ein zweiter, metallischer Längsträger (13) mit einem im wesentlichen C-förmigen Querschnitt vorgesehen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Fahrzeugrahmenkomponente aus einem ersten metallischen Material ausgebildet ist; und die zweite Fahrzeugrahmenkomponente aus einem zweiten metallischen Material ausgebildet ist, welches sich von dem ersten metallischen Material unterscheidet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektromagnetische Spule konzentrisch um die überlappenden Abschnitte der ersten und der zweiten Fahrzeugrahmenkomponenten angeordnet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (c) den Schritt umfaßt, gemäß welchem ein Dorn (46) vorgesehen wird, welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, daß er mit der ersten Fahrzeugrahmenkomponente zusammenarbeitet, und bei dem der Schritt (e) einen Schritt umfaßt, gemäß dem das elektromagnetische Feld derart erzeugt wird, daß eine Bewegung des Dorns zur Bewegung der ersten Fahrzeugrahmenkomponente in Kontakt mit der zweiten Fahrzeugrahmenkomponente mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt wird, so daß die ersten und die zweiten Fahrzeugrahmenkomponenten ständig miteinander verbunden werden.
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