DE102008020467B4

DE102008020467B4 - Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens, eines Kraftfahrzeugs sowie Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008020467B4
Application number: DE200810020467
Authority: DE
Inventors: Dr. Dörr Jochen; Dr. Wibbeke Michael
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: US7971887B2; DE102008020467A1; US20080265626A1; FR2915450A1; CZ2008248A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Hilfsrahmen (1) im Abstand zueinander angeordnete und über Profilelemente (6, 7, 8, 9) gekoppelte Gussknoten (2, 3, 4, 5) aus einem Aluminiumwerkstoff aufweist. Die Profilelemente (6, 7, 8, 9) sind als Hohlprofile aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet und erstrecken sich durch die Gussknoten (2, 3, 4, 5) hindurch. Sie bilden einen offenen oder geschlossenen Rahmen (12), der in ein Gießwerkzeug eingelegt wird und zur Ausbildung der Gussknoten (2, 3, 4, 5) bereichsweise umgossen wird. Ferner wird ein Hilfsrahmen (1) beschrieben, hergestellt nach diesem Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Moderne Kraftfahrzeuge weisen Hilfsrahmen auf, die zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs dienen. Derartige Hilfsrahmen sind somit gleichzeitig Bestandteil der Fahrzeugachse. Sie steifen die Vorder- und/oder auch die Hinterwagenstruktur aus. Die Hilfsrahmen sind hierzu mit der Karosserie des Personenkraftwagens fest verbunden.
Die Steifigkeit eines solchen Hilfsrahmens ist von besonderer Bedeutung, da während des normalen Fahrbetriebs sowohl hohe statische als auch hohe dynamische Kräfte angreifen. Es handelt sich daher um relativ komplexe Bauteile, an die zunehmend höhere Anforderungen gestellt werden. Zum einen muss das Deformationsverhalten im Hinblick auf einen Crash optimiert werden. Zum anderen wird eine besonders leichte und gleichzeitig biege- und verwindungssteife Konstruktion gewünscht.
Die DE 199 22 800 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens. Der Hilfsrahmen weist im Abstand zueinander angeordnete und über Profilelemente gekoppelte Gussknoten aus einem Aluminiumwerkstoff auf. Die Profilelemente sind Hohlprofile aus Stahl. Die Verbindung der Gussknoten mit den Profilelementen erfolgt durch Verschweißung oder in besonders vorteilhafter Weise durch Formschluss mittels Magnetumformen.
Ferner zählt ein Verbund aus einem Leichtmetallgussbauteil und einem Stahlbauteil durch die EP 1 880 784 A2 zum Stand der Technik. Der Verbund wird dadurch hergestellt, dass ein Stahlbauteil verzinkt wird und in eine Gussform für das Leichtmetallbauteil eingelegt wird. Anschließend wird das Leichtmetallbauteil gegossen, so dass ein Teil des verzinkten Stahlbauteils mit eingegossen ist. Der Vorteil dieser Verbindung wird darin gesehen, dass keine aufwendige Korrosionsschutzmaßnahme erforderlich ist.
Stand der Technik im Bereich der Achsfertigung ist es die Komplexität der Geometrie im Bereich der Anbindungsstellen durch Gussknoten in Aluminiumausführung zu realisieren und diese Gussknoten über Profilelemente zu koppeln, insbesondere in Form von Strangpress-Zwischenstücken.
Diese Lösung ist wegen des ausschließlichen Einsatzes des Werkstoffs Aluminium sehr kostenintensiv. Außerdem ist die schweißtechnische Verbindung zwischen dem Gussknoten und dem Strangpressprofil wegen der unterschiedlichen Legierungszusammensetzung und der stark voneinander abweichenden Geometrie nicht unproblematisch. Da hohle und damit leichte Gussteile zudem sehr komplex und teuer in der Herstellung sind, werden zumeist stark verrippte, offene Strukturen eingesetzt. Derartig verrippte Strukturen schlagen durch eine bessere, meist vollständige Ausnutzung des gegebenen Bauraums zwar klassische, geschlossene Stahlrohr- oder Schalenlösungen, sind aber rein physikalisch/technisch gesehen einem geschlossenen Querschnitt bezüglich der Torsionssteifigkeit weit unterlegen, insbesondere wenn man die Torsionssteifigkeit auf die Masse des Profilelements bezieht.
Ein weiterer Nachteil ist der kleine Elastizitätsmodul des Werkstoffs Aluminium, was sich insbesondere bei kleinvolumigen Bauteilen in einer geringen Steifigkeit bemerkbar macht. Trotz des begrenzten Bauraums können bestimmte Mindestvolumina der Bauteile nicht unterschritten werden. Um dennoch die notwendigen Steifigkeiten zu erreichen, ist ein wirtschaftlich kaum zu rechtfertigendes Aufdicken von Strangpressprofilen erforderlich. Andererseits dürfen die äußeren Abmessungen der Profilelemente wegen des begrenzten Bauraums nicht zunehmen. Die verrippten Gussknoten ermöglichen oftmals nicht die optimale Lösung im Hinblick auf die gewünschte Torsionssteifigkeit.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das geringe Gewicht sowie die mögliche Komplexität von Gussknoten aus Aluminium auszunutzen und gleichzeitig die sich zwischen den Gussknoten erstreckenden Profilelemente aus Stahl herzustellen und betriebszuverlässig miteinander zu fügen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Hilfsrahmen mit den Merkmalen des Patenanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das stoffschlüssige Verbinden von Aluminium und Stahl ist ausgesprochen schwierig. Eine stoffschlüssige Verbindung ist nur durch spezielle Schweißverfahren, wie beispielsweise das Pressschweißverfahren möglich, was im vorliegenden Fall aufgrund der komplexen Strukturen nicht anwendbar ist. Es wird zur Lösung des Problems daher vorgeschlagen, die als Hohlprofile ausgebildeten Profilelemente aus Stahl in ein Gießwerkzeug einzulegen, in welchem die Profilelemente bereichsweise zur Ausbildung wenigstens eines Gussknotens je Profilelement umgossen werden. Es handelt sich somit um einen urformtechnischen Lösungsansatz zur Schaffung eines Hilfsrahmens in Aluminium-Stahl-Hybridbauweise. Die tragende und verbindende Struktur zwischen den einzelnen Gussknoten ist ein Profilelement aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere ein Stahlrohrrahmen, der von einer die komplexe Oberflächengestalt und die komplexe Anbindungsfunktion übernehmenden Aluminiumhülle bereichsweise umgeben ist. Die Profilelemente erstrecken sich durch die Gussknoten. Dadurch sind die Gussknoten hohl.
Der erfindungsgemäße Hilfsrahmen umfasst einen offenen oder geschlossenen Stahlrohrrahmen. Das heißt, dass der Rahmen einen Ring bildet oder zwei (offene) Enden aufweist. Bei dem Hohlprofil des Rahmens handelt es sich um ein umfangsseitig geschlossenes Hohlprofil mit dünnwandigem Querschnitt. Der Rahmen besteht entweder aus einem langen mehrfach gebogenen Hohlprofil, das mehrere Abschnitte aufweist, die jeweils als Profilelemente dienen, oder aber aus mehreren separaten Profilelementen, die zu dem Rahmen gefügt sind.
Ein solcher Hybrid-Hilfsrahmen besitzt ein sehr geringes Gewicht, da die Gussknoten durch den innenliegenden Rahmen aus Stahlrohr hohl sind. Die Steifigkeit, insbesondere die Torsionssteifigkeit wird absolut, aber auch bezogen auf das Gesamtgewicht des Hilfsrahmens erhöht. Des Weiteren sinken die Materialkosten, da der Aluminiumanteil gegenüber einem Hilfsrahmen aus Vollaluminium gesenkt werden kann. Ein Profilelement bzw. der Rahmen aus Stahlrohr kann im Gegensatz zu Strangpressteilen eine Reihe von Formänderungen über seiner Länge aufweisen, d. h. durch Umformung oder Fügen voneinander abweichende Querschnittsbereiche besitzen. Die Umformung kann durch Innenhochdruck-Umformung erfolgen, oder aber auch durch Prägen.
Der Verbund zwischen dem Gussknoten und dem Profilelement bzw. dem Rahmen erfolgt formschlüssig und kraftschlüssig. Durch die größere Temperaturschwindung des Aluminiums zieht sich der Gussknoten aus Aluminium fest von außen auf das innenliegende Profilelement. Dadurch wird ein Pressverbund geschaffen. Dieser Pressverbund wird überlagert von einem Formschluss zwischen dem Profilelement und dem Gussknoten. Selbstverständlich können zusätzliche Formschlussmaßnahmen an einem Profilelement oder an dem Rahmen vorgesehen sein, sofern dies notwendig ist. Zur Verbesserung des Formschlusses können vor dem Umgießen zumindest in den zu umgießenden Längenabschnitten bereichsweise Formschlusselemente ausgebildet werden. Unter Formschlusselementen sind Veränderungen des Querschnitts in Längsrichtung zu verstehen, d. h. insbesondere Sicken oder Ausstellungen, in welche das flüssige Aluminium während des Umgießens fließt. Die Sicken oder Dellen erstrecken sich insbesondere in Axialrichtung des Profilelements.
Ein hervorragender Formschluss kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass ein Profilelement und insbesondere der Rahmen gebogen ist oder wird und dass die Gussknoten im Bereich der Biegungen angegossen werden. Allein durch die Anordnung der Gussknoten im Bereich der Biegungen ist eine Längsverschiebung des Gussknotens relativ zum Rahmen bzw. relativ zum Profilelement ausgeschlossen. Ebenso wenig ist ein Verschwenken um die Längsachse des Rahmens bzw. Profilelements möglich.
Als weiterer Vorteil wird angesehen, dass an dem Rahmen bzw. an einem Profilelement sowohl vor als auch nach dem Umgießen Halteelemente aus Stahl fixiert, insbesondere angeschweißt werden können. Diese dienen z. B. zur Befestigung von Kabeln, Leitungen, weiterer Halter, wie z. B. für Komponenten des Abgasstrangs.
Der Hilfsrahmen kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein, so dass sich auch bei Verwendung eines Stahlrohrs komplexe und leichtbauende Strukturen schaffen lassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen Gießwerkzeuge zum Einsatz, die zum Abformen der Gussknoten geeignet sind. Nachdem ein Stahlrohrrahmen oder ein Teil davon, d. h. ein Profilelement, durch Biegen, Fügen, Hydroformen und/oder Prägen in der gewünschten Kombination hergestellt worden ist, wird dieser/dieses in ein Gießwerkzeug eingelegt, das zum Abformen der Gussknoten dienende und passende Aussparungen zur Aufnahme des Rahmens/des Profilelements bzw. zur Aufnahme von Teilen des Rahmens/des Profilelements besitzt. Anschließend erfolgt der Guss, wobei die Gussknoten zeitlich nacheinander, d. h. einzeln, in Gruppen zusammengefasst oder alle gleichzeitig gegossen werden. Die Stahl-Aluminium-Verbundbauteile können nach dem Gießen zu einem Hilfsrahmen gefügt werden. Alternativ bildet das Verbundbauteil selbst den Hilfsrahmen, welcher der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
Ausgehend von den metallographischen Ergebnissen vor und nach einem Korrosionsbeständigkeitstest (VDA-Wechseltest, VDA 621-415) sowie ausgehend von den Festigkeitsuntersuchungen in Ausdruck- und Torsionsversuchen erscheinen Hohlprofile aus dem Stahlwerkstoff St35 in Kombination mit einer Vor- und Nachbehandlung als zum Umgießen am Besten geeignet. Als Vorbehandlung der Profilelemente vor dem Umgießen, hat sich die Kombination aus Strahlen der Oberfläche gefolgt von einer Entfettung mit anschließendem optionalen Vorwärmen bewährt. Die Nachbehandlung der Gussknoten nach dem Umgießen, bestehend aus dem Versiegeln des Übergangsbereichs zwischen dem Profilelement und dem Aluminiumgussknoten und einer anschließend KTL-Beschichtung (KTL = Kathodische Tauchlackierung), zeigte ein gutes Korrosionsverhalten.
Für die Abdichtung im Übergangsbereich von Stahl und Aluminium wird bevorzugt ein 1-komponentiger, hitzehärtender Dichtstoff auf Epoxydharz/Polyurethan-Basis verwendet. Nachdem der Dichtstoff kalt appliziert wird, erfolgt die Vorhärtung mittels Luftfeuchtigkeit oder Temperatur. Zu den Vorteilen des Produktes zählen die gute Auswaschbeständigkeit nach der erfolgten Vorhärtung, die Eignung zur Abdichtung unterschiedlicher Metalle (z. B. Stahl, Aluminium) sowie die Pulver- bzw. die KTL-Beschichtbarkeit. Das System bildet unter der Einwirkung von Luftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur eine dünne Haut an der Oberfläche aus, die den Dichtstoff vor dem Auswaschen schützt. Die Endaushärtung erfolgt dann durch Temperatureinfluss, beispielsweise in einem KTL-Ofen. Daneben eignen sich auch Infrarot- oder Induktionsanlagen für die Endaushärtung Der Prozessablauf im Niederdruck-Sandgussverfahren kann in 8 Prozessschritte gegliedert werden:
1. Bereitstellen/Trennen
Im ersten Prozessschritt wird das Profilelement bereitgestellt, insbesondere in dem dieses auf die benötigte Länge zugeschnitten wird. Grundsätzlich ist es denkbar, die Profilelemente in der benötigten Länge von einem Lieferanten zu beziehen. In diesem Fall entfällt dieser Prozessschritt.
2. Umformen
Als nächstes wird das Profilelement in seine endgültige Form gebracht. Hier kommen vor allem Biegeoperationen zum Einsatz. Bei komplizierten Geometrien können auch wirkmedienunterstützte Verfahren, wie das Innen-Hochdruck-Umformen (IHU) zum Einsatz kommen. Im Rahmen der Umformung der Profilelemente könnten in den späteren Verbindungsbereich von Profilelement und Gussknoten zusätzliche Formschlusselemente, wie zum Beispiel Sicken eingebracht werden.
3. Vorbehandlung
Im Anschluss daran werden die Profilelemente zumindest oder ausschließlich in den im später zu umgießenden Bereichen durch einen Strahlprozess von Oberflächenoxiden und Verunreinigungen befreit. Zudem wird die Oberfläche durch das Strahlen angeraut. Darauf folgt bevorzugt eine Reinigung in einem Entfettungsbad.
4. Gussvorbereitung
Unmittelbar vor dem Umgießen der Profilelemente im Niederdruck-Sandguss sollte eine Erwärmung des Profilelements im zu umgießenden Bereich erfolgen. Eine Temperatur in einem Bereich von 380°C bis 420°C, insbesondere 400°C, hat sich als günstig erwiesen. Für die Erwärmung kommt neben der Heißluft auch eine induktive Erwärmung in Betracht. Letztere hat den Vorteil, dass über eine angepasste Induktorgeometrie nur der jenige Abschnitt des Profilelements erwärmt werden muss, der auch umgossen werden soll. Dadurch kann die Gefahr des Wärmeverzugs in übrigen Abschnitten des Profilelements verringert werden. Mit anderen Worten kann das Profilelement vollständig oder im Wesentlichen nur in den zu umgießenden Bereichen auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden.
Durch die hohen Aufheizraten einer Induktionserwärmung ist es möglich, das Profilelement in sehr kurzer Zeit zu erwärmen. Es ist möglich, ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 35 mm in 6 Sekunden auf einer Länge von 150 mm von 20°C auf 400°C zu erwärmen.
5. Guss
Beim Niederdruck-Sandguss sollte das Profilelement direkt nach der Erwärmung in eine Sandform eingelegt und umgossen werden, um ein Abkühlen zu vermeiden. Für die Fertigung größerer Stückzahlen könnten auch alternative Gießverfahren, wie zum Beispiel der Druckguss eingesetzt werden. Beim Druckguss ist es ggf. nicht erforderlich, dass Profilelement ganz oder teilweise zu erwärmen. Beim Druckguss könnte durch den Einsatz von verzinkten Profilelementen unter Umständen auch auf eine nachträgliche kathodische Tauchlackierung verzichtet werden.
6. Trennen
Nach dem Gießprozess werden die Funktionsflächen des mit Gussknoten versehenen Hilfsrahmens durch spanende Verfahren nachbearbeitet. Hierbei kommen vor allem Bohr- oder Fräsoperationen zum Einsatz.
7. Versiegeln
Im nächsten Prozessschritt wird eine Versiegelungsmasse im Übergangsbereich von Profilelement und Gussknoten aus Aluminium aufgebracht. Hierbei können robotergeführte Applikationsanlagen eingesetzt werden.
8. Beschichten
Nach dem Aufbringen der Versiegelungsmasse muss diese zunächst vorhärten, beispielsweise über einen Zeitraum von 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 23°C. Im Anschluss an das Vorhärten erfolgt eine KTL-Beschichtung, aus der der Hilfsrahmen als Fertigteil hervorgeht.
Grundsätzlich gilt für alle Prozessschritte, dass das Handling der Bauteile des Hilfsrahmens zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten mit Hilfe von Robotern erfolgen kann. Damit wären die Reproduzierbarkeit der Prozesse und die Gleichmäßigkeit der Qualität am Größten. Im Rahmen der Erfindung wurde ein Konzept entwickelt, welches es erlaubt, im Niederdruck-Sandgussverfahren Aluminiumgussknoten prozesssicher mit einem Stahlrohrrahmen zu verbinden, um einen Hilfsrahmen zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
Für die erforderlichen Grundlagenuntersuchungen wurden Modellknoten im Niederdruck-Sandgussverfahren hergestellt und im Rahmen von Gießversuchen verschiedene Rohrwerkstoffe (St35 und 1.4301) mit unterschiedlichen Oberflächen untersucht.
In den metallographischen Untersuchungen zeigte sich bei den unbeschichteten Hohlprofilen, dass das Auftreten von Lunkern im Guss durch eine Vorbehandlung wirksam verhindert werden kann. Diese Vorbehandlung bestand aus dem Strahlen der Rohroberfläche mit dem Strahlmittel ”AFESIKOS” der Firma Asikos Strahlmittel GmbH, Deutschland. Bei diesem Strahlmittel handelt es sich um ein synthetisches, mineralisches, eisenfreies Strahlmittel nach ISO 11126, nämlich um eine Aluminiumsilikatglasschmelze mit einem spezifischen Gewicht von 2,6 g/cm³. Die Korngröße betrug 0,2 bis 0,5 mm bei 2 bar Strahldruck. Nachdem Strahlen folgte eine Entfettung mit Aceton und anschließendem Vorwärmen der Profilelemente auf 400 C. Es stellte sich heraus, dass bei den untersuchten, beschichteten Profilelementen in Form von Rohren (St35 feuerverzinkt, St35 feuerverzinkt und wärmebehandelt, St35 galvanisch verzinkt) verstärkt Lunker und Spalte auftraten, die auch mit einer Vorbehandlung nicht vollkommen reduziert werden konnten. Bei den Profilelementen aus St35 mit Feuerverzinkung konnte nach dem Umgießen im Verbindungsbereich von Aluminium und Stahl eine neue Zwischenschicht mit guten Haftungseigenschaften nachgewiesen werden.
Bei den Rohren aus den Werkstoffen St35 und 1.4301 konnte durch die Vorbehandlung ein sehr gutes Anfließen der Schmelze erreicht werden. Bei den Alterungsuntersuchungen wurden bei Hohlprofilen aus St35 durch eine Kombination aus Versiegelung und KTL-Beschichtung im Hinblick auf die Korrosion gute Ergebnisse erzielt. Mit den genannten Maßnahmen konnte ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Verbindungsbereich von Hohlprofil und Gussknoten verhindert werden.
In Ausdrückversuchen zeigte sich, dass die höchsten Festigkeiten bis 60 kN bei feuerverzinkten Rohren erzielt wurden und dass dies auf eine Zwischenschicht, die sich beim Umgießen auf dem Rohr bildet, zurückzuführen ist. Bei den unbeschichteten Rohren aus St35 wurde auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminium eine deutlicher Einfluss der Prüftemperatur auf die Verbindungsfestigkeit festgestellt. Es zeigte sich, dass die Verbindungsfestigkeit mit steigender Probentemperatur abnimmt. Ein Einfluss der Alterung auf die Losbrechkräfte im Ausdrückversuch war bei den umgossenen und nachträglich abgedichteten Rohren aus St35 nicht zu erkennen. Ohne eine Wärmebehandlung des Aluminiums nach dem Umgießen ergaben sich höhere Losbrechkräfte im Ausdrückversuch und es konnte ein verstärktes Aufschieben von Aluminium-Partikeln auf der Rohroberfläche im Versuchsverlauf beobachtet werden. Einen ähnlichen Einfluss auf die Verbindungsfestigkeit konnte auch dem Strahlen der Rohroberfläche zugeordnet werden. Gestrahlte Oberflächen zeigten beim Rohrwerkstoff St35 sowohl höhere Losbrechkräfte, als auch ein stärkeres Aufschieben von Aluminium-Partikeln im Ausdrückverfahren im Vergleich zu ungestrahlten Rohren. Auch der Werkstoff der Rohre selbst hatte einen Einfluss auf die Losbrechkräfte im Ausdrückversuch. Bei Rohren aus St35 mit gestrahlter Oberfläche und Wärmebehandlung konnten Losbrechkräfte von 30 kN ermittelt werden. Bei Rohren aus 1.4301 und gleichen Parametern lagen die Werte für die Losbrechkräfte mit 14 kN deutlich niedriger. Möglicherweise führt das Strahlen der Oberflächen der Rohre bei den verschiedenen Stahlwerkstoffen zu unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und damit verbunden zu unterschiedlich hohen Losbrechkräften.
In Torsionsversuchen konnten bei Gussknoten mit einer Überlappungslänge von 45 mm ebenfalls unterschiedlich hohe Losbrechmomente für die Rohrwerkstoffe St35 (1,4 kN) und 1.4301 (0,9 kN) ermittelt werden. Des Weiteren zeigte sich in Versuchen mit umgossenen Rohren aus St35, dass der Zusammenhang zwischen Überlappungslänge und Losbrechmoment nicht linear ist. Zudem wurde bei Rohren aus St35 nach einer zyklischen Vorschädigung eine Abnahme der Verbindungsfestigkeiten im Torsionsversuch festgestellt.
Es wird erwartet, dass durch höhere Abkühlgeschwindigkeiten und den höheren Gießdruck beim Druckgussverfahren das Umgießen beschichteter Hohlprofile weniger problematisch ist als im Niederdruck-Sandguss. Unter Umständen kann durch eine Veränderung des Gießverfahrens auch die Vorbehandlung der Rohre vereinfacht werden, d. h. insbesondere auf das Vorwärmen und Strahlen verzichtet werden.
Mögliche Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsform eines Hilfsrahmens eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs in geschlossener Ausführungsform sowie;
2 eine weitere Ausführungsform eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug;
3 den Hilfsrahmen der 1 in einer Schnittdarstellung;
4 eine weitere Schnittdarstellung des Hilfsrahmens der 1 und
5 eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnitts eines Profilelements, das mit Sicken versehen ist.
1 zeigt einen Hilfsrahmen – auch Fahrschemel genannt – eines Personenkraftwagens. Der Hilfsrahmen 1 weist vier Gussknoten 2, 3, 4, 5 auf, die jeweils im Eckbereich des Hilfsrahmens 1 angeordnet sind sowie Profilelemente 6, 7, 8, 9, die sich zwischen den jeweiligen Gussknoten 2, 3, 4, 5 erstrecken. Der dargestellte Hilfsrahmen 1 ist ein geschlossenes Rahmenbauteil.
Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von derjenigen der 1 lediglich dadurch, dass der dort dargestellte Hilfsrahmen 1a nicht geschlossen, sondern offen ist. Das in 1 dargestellte Profilelement 7 ist gewissermaßen aufgetrennt, wobei Enden 10, 11 des Rahmens 13 im Abstand zueinander angeordnet sind. In 2 ist zu erkennen, dass es sich bei den einzelnen Profilelementen 6, 7, 8, 9 um ein Hohlprofil handelt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Hohlprofil ein umfangseitig geschlossenes, dünnwandiges Stahlrohr, das den tragenden Rahmen 12, 13 des Hilfsrahmen 1, 1a bildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Profilelemente 6, 7, 8, 9 nicht separat mit den einzelnen Gussknoten 2, 3, 4, 5 verbunden, da der Rahmen 12, 13 ein durchgehendes Bauteil ist, das sich auch durch die Gussknoten 2, 3, 4, 5 hindurch erstreckt. Die Gussknoten 2, 3, 4, 5 sind durch ein Urformverfahren außenseitig um den Rahmen 12, 13 herum gegossen, wie anhand der Schnittdarstellungen der 3 und 4 zu erkennen ist. Der Werkstoff der Gussknoten 2, 3, 4, 5 befindet sich ausschließlich außerhalb des Rahmens 12. Das heißt, dass die Gussknoten 2, 3, 4, 5 innen hohl sind. Der Formschluss zwischen den Gussknoten 2, 3, 4, 5 und dem Rahmen 12, 13 wird unter anderem durch Biegungen des Rahmens 12, 13 realisiert. Das heißt, dass die Gussknoten 2, 3, 4, 5 im gebogenen Eckbereich des Rahmens 12, 13 angeordnet sind und diesen gewissermaßen manschettenartig umschließen, um sowohl ein Verschieben in Längsrichtung, als auch ein Verschwenken um die Längsachse des Rahmens 12, 13 zu verhindern.
Anhand der 3 und 4 ist zudem zu erkennen, dass die Gussknoten 2, 3, 4, 5 deutlich dickwandiger ausgeführt sind, als das dünnwandige Stahlrohr, das in der Mitte der Gussknoten 2, 3, 4, 5 formschlüssig eingebettet ist.
5 zeigt einen Teilabschnitt eines Profilelements, das mit Sicken 14 versehen ist, die sich in Längsrichtung des Profilelements erstrecken. Es ist wenigstens eine solche Sicke 14 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere dieser Sicken 14 über den Umfang verteilt angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Hilfsrahmen
1a: Hilfsrahmen
2: Gussknoten
3: Gussknoten
4: Gussknoten
5: Gussknoten
6: Profilelemente
7: Profilelemente
8: Profilelemente
9: Profilelemente
10: Ende
11: Ende
12: Rahmen
13: Rahmen
14: Sicke

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens (1, 1a) eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs, wobei der Hilfsrahmen (1, 1a) im Abstand zueinander angeordnete und über Profilelemente (6, 7, 8, 9) gekoppelte Gussknoten (2, 3, 4, 5) aus einem Aluminiumwerkstoff aufweist, wobei die Profilelemente (6, 7, 8, 9) Hohlprofile aus Stahl sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (6, 7, 8, 9) in ein Gießwerkzeug eingelegt werden, in welchem sie zur Ausbildung der Gussknoten (2, 3, 4, 5) umgossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit Gussknoten (2, 3, 4, 5) versehene Profilelemente (6, 7, 8, 9) zu einem Rahmen (12, 13) gefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (6, 7, 8, 9) vor dem Umgießen zu einem offenen oder geschlossenen Rahmen (12, 13) gefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Profilelement (6, 7, 8, 9) oder an dem Rahmen (12, 13) vor dem Umgießen zumindest in den zu umgießenden Längenabschnitten bereichsweise Formschlusselemente ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen gebogen wird und dass ein Gussknoten (2, 3, 4, 5) im Bereich der Biegungen um das Profilelement (6, 7, 8, 9) oder um den Rahmen (12, 13) gegossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Umformung voneinander abweichende Querschnittsbereiche des Profilelements (6, 7, 8, 9) oder des Rahmens (12, 13) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen (12, 13) durch Innenhochdruck umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen (12, 13) durch Prägen umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Umgießen wenigstens ein Halteelement an dem Profilelement (6, 7, 8, 9) oder an dem Rahmen (12, 13) befestigt wird.
Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs, umfassend im Abstand zueinander angeordnete und über Profilelemente (6, 7, 8, 9) gekoppelte Gussknoten (2, 3, 4, 5) aus einem Aluminiumwerkstoff, wobei die Profilelemente (6, 7, 8, 9) Hohlprofile aus Stahl sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussknoten (2, 3, 4, 5) um die Profilelemente (6, 7, 8, 9) gegossen sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit Gussknoten (2, 3, 4, 5) versehene Profilelemente (6, 7, 8, 9) zu einem Rahmen (12, 13) gefügt sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (6, 7, 8, 9) einen offenen oder geschlossenen Rahmen (12, 13) bilden.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen (12, 13) im Bereich eines Gussknotens (2, 3, 4, 5) um seine Längsachse gekrümmt ist.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen (12, 13) voneinander abweichende Querschnittsbereiche aufweist.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen (12, 13) im Bereich eines Gussknotens (2, 3, 4, 5) ausgeformte Formschlusselemente aufweist.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilelement (6, 7, 8, 9) oder der Rahmen (12, 13) durch Innenhochdruck umgeformt ist.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Profilelement (6, 7, 8, 9) oder an dem Rahmen (12, 13) wenigstens ein Halteelement befestigt ist.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussknoten (2, 3, 4, 5) durch das innenliegende Profilelement (6, 7, 8, 9) oder durch den innenliegenden Rahmen (12, 13) hohl sind.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussknoten (2, 3, 4, 5) in Eckbereichen des Rahmens (12, 13) angeordnet sind.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussknoten (2, 3, 4, 5) im Abstand von Enden (10, 11) des Rahmens (12, 13) angeordnet sind.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (6, 7, 8, 9) aus einem dünnwandigen geschlossenen Hohlprofil in Form eines Stahlrohrs gebildet sind.