DE102012214558A1

DE102012214558A1 - Fahrzeugrahmenanordnung und Verfahren zur Herstellung

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Publication number: DE102012214558A1
Application number: DE102012214558A
Authority: DE
Inventors: David Anthony Wagner; Michael M. Azzouz; Ari Garo Caliskan; Xiaoming Chen; John Edward Huber; Yuksel Gur; Sunil K. Kasaragod; Parameswararao Pothuraju; Jeffrey Wallace
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20130026793A1; US8915530B2; US20130026794A1; US9108678B2; CN103010305A; US20130229005A1; US20130026796A1; DE102012216495A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugrahmenanordnungen. Einige der offenbarten Verfahren umfassen Ausbilden einer Keil- und Aufnahmeanordnung zwischen einem Verbindungselement, das eine erste Materialzusammensetzung umfasst, und einem Querträger, der eine zweite Materialzusammensetzung umfasst; Befestigen des Verbindungselements und des Querträgers über die Keil- und Aufnahmeanordnung an einer Stelle; Einführen des Verbindungselements und des Querträgers in einem Längsträger und Verschweißen des Verbindungselements mit dem Längsträger an einer anderen Stelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugrahmenanordnung mit Elementen aus verschiedenen Materialien und ein Herstellungsverfahren dafür.
Herkömmliche Fahrzeugtragrahmen können aus verschiedenen Materialien bestehen, darunter zum Beispiel Stahl, Aluminium und verstärkten Polymerverbundwerkstoffen. Fahrzeughersteller versuchen, ein Gleichgewicht zwischen Gewichtsreduzierung und Struktursteifigkeit zu finden. Es ist wünschenswert, leichte Querträger für Rahmen für Vollgrößen-Leichtlastwagen zu konstruieren. Aluminiumquerträger können so ausgeführt sein, dass sie eine 50%ige Gewichtsreduzierung erreichen, während sie immer noch Leistungsziele erfüllen. Obgleich Aluminiumquerträger großes Potential für den Bau von leichten Lastwagenrahmen haben, weist Aluminium eine geringere Materialfestigkeit als Stahl auf. Die Verbindung von Aluminiumelementen mit Stahlrahmenträgern ist auch mit Herausforderungen verbunden, und zwar insbesondere, wenn beide Teile röhrenförmige Bauteile mit geschlossenem Profil sind. Darüber hinaus kann es teuer sein, bestehende Produktionsanlagen umzurüsten, damit sie mit komplexen Techniken zur Verbindung von verschiedenen Materialen fertig werden.
Einige bestehende Bezugsschriften in der Technik lehren die Verwendung von mechanischen Befestigungselementen zum Aneinanderbefestigen von zwei Trägern, die aus verschiedenen Materialien hergestellt sind. Diese Techniken sind jedoch weniger wünschenswert. Diese mechanischen Merkmale umfassen Befestigungselemente, was Kosten und Herstellungskomplexität erhöhen kann. Eine Patentbezugsschrift lehrt die Verwendung einer überlappenden Konfiguration für die Träger aus verschiedenen Materialien. Ein Strukturelement klemmt ein Ende eines ersten Strukturelements ein und ist mit einem zweiten Strukturelement verschweißt. US-Patentveröffentlichung Nr. 20090188206 mit dem Titel "System and Method for Joining Dissimilar Materials" (System und Verfahren zur Verbindung von verschiedenen Materialien). Die hierin gelehrte überlappende Konfiguration bildet eine mechanische 3-Wege-Verriegelung und ist besser für eine kollineare Strukturelementverbindung im Gegensatz zu einer sich überkreuzenden oder abgewinkelten Strukturelementverbindung, das heißt Längsträger-mit-Querträger-Verbindungen, geeignet. Des Weiteren scheinen Strukturelemente mit geschlossenem Profil mit diesen Lehren nicht kompatibel zu sein.
Deshalb ist es wünschenswert, verbesserte Verbindungstechniken zur Verbindung von zwei Strukturelementen, die aus verschiedenen Materialen bestehen, vorzusehen, um eine Fahrzeugrahmenanordnung herzustellen.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit einem oder mehreren der oben genannten Probleme. Weitere Merkmale und/oder Vorteile können aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung: Bilden einer Keil- und Aufnahmeanordnung zwischen einem Verbindungselement, das eine erste Materialzusammensetzung umfasst, und einem Querträger, der eine zweite Materialzusammensetzung umfasst; Befestigen des Verbindungselements und des Querträgers über die Keil- und Aufnahmeanordnung an einer Stelle; Einführen des Verbindungselements und des Querträgers in einem Längsträger und Verschweißen des Verbindungselements mit dem Längsträger an einer anderen Stelle.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugquerträgeranordnung: Ausbilden einer Öffnung in einem ersten Strukturelement oder einem zweiten Strukturelement aus einer verschiedenen Materialzusammensetzung; Überkreuzen des ersten Strukturelements und des zweiten Strukturelements und Formen des jeweils anderen Elements des ersten Strukturelements oder des zweiten Strukturelements in die Öffnung, wodurch eine mechanische Verriegelung zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement erzeugt wird.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält eine Fahrzeugrahmenanordnung: ein erstes Strukturelement mit einem Verbindungselement; ein zweites Strukturelement, das sich an dem Verbindungselement mit dem ersten Strukturelement kreuzt; und eine(n) Pass-Keil und -Aufnahme, die abwechselnd an dem zweiten Strukturelement oder dem Verbindungselement ausgebildet sind, um nach dem Zusammenfügen eine mechanische Verriegelung zu bilden.
Ein Vorteil der vorliegenden Lehren besteht darin, dass sie leichte Fahrzeugstrukturrahmen offenbaren, die mit Fahrzeugen verschiedener Größe verwendet werden können, darunter Rahmen für Vollgrößen-Lastwagen. Die mit der vorliegenden Offenbarung verbundene Gewichtsreduzierung kann bis zu 50% betragen.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Lehren besteht darin, dass sie das Verbinden von Strukturelementen aus zwei verschiedenen Materialien gestatten, die ein geschlossenes Profil aufweisen können. Strukturelemente können in einem beliebigen Winkel bezüglich einander positioniert sein.
Das Verbinden eines longitudinalen Trägers und eines lateralen Trägers, die aus verschiedenen Materialien bestehen, wird unten beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei in den Figuren die gleichen Bezugszahlen für identische oder im Wesentlichen identische Elemente verwendet werden. Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsweisen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind den Figuren entnehmbar. Es zeigen:
1 eine perspektivische Draufsicht einer Fahrzeugtragrahmenanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht der Hülse und des Querträgers von 1 am Kreis 2;
3 eine Querschnittsansicht der Hülse und des Querträgers von 2;
4 eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Hülse und des Querträgers;
5 eine Querschnittsansicht der Hülse und des Querträgers von 4;
6 eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Hülse und eines Querträgers;
7 eine Querschnittsansicht der Hülse und des Querträgers von 6;
8 eine perspektivische Teilansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Hülse und eines Querträgers;
9 eine perspektivische Ansicht der Hülse und des Querträgers von 8;
10 eine Querschnittsansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines zusammengebauten Querträgers und Trägers;
11 den Querträger und den Träger von 10, die über eine andere beispielhafte Verbindungstechnik befestigt sind.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen in den ganzen mehreren Ansichten gleiche Zeichen Beispiele der gleichen oder einander entsprechender Teile darstellen, werden Fahrzeugtragrahmen mit verbundenen Strukturelementen, die aus verschiedenen Materialien bestehen, gezeigt. Insbesondere sind leichtere Aluminiumquerträger mit Stahllängsträgern durch ein dazwischen angrenzend angeordnetes Verbindungselement verbunden. Das zwischen dem Querträger und dem Längsträger dargestellte Verbindungselement mindert die Herausforderungen der Verbindung von verschiedenen Materialien durch Lehre von mechanischen Verriegelungstechniken zwischen dem Verbindungselement und dem Querträger an einer Stelle und anderen Befestigungstechniken zwischen dem Längsträger und dem Verbindungselement an einer anderen Stelle. Ein Ende des Verbindungselements ist unter Verwendung von mechanischen Verriegelungsmerkmalen mit dem Aluminiumquerträger verbunden. Die zur Befestigung des Längsträgers an der Anordnung am anderen Ende des Verbindungselements verwendeten Befestigungstechniken umfassen zum Beispiel MIG-Schweißen, Hartlöten oder Weichlöten. Die offenbarten Verbindungselemente erleichtern die Verwendung von leichteren Materialen im Fahrzeugrahmen.
Weiterhin werden Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugrahmenanordnungen offenbart, die Verbindungstechniken umfassen, die die Verwendung eines Verbindungselements zur Verbindung des Längsträgers mit Querträgern erfordern und nicht erfordern.
Die Offenbarung beschreibt die Ausführungen und Prozesse zur Verbindung zum Beispiel eines Aluminiumquerträgers mit einem Stahlverbindungselement oder einer Stahlhülse. Die Unteranordnung des Aluminiumquerträgers und der Stahlhülse kann dann mit herkömmlichen Herstellungsprozessen, wie zum Beispiel Schweißen, an Stahllängsträgern befestigt werden.
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, wird hier ein Fahrzeugtragrahmen 10 gezeigt. Der Tragrahmen 10 ist zur Verwendung in einem Vollgrößen-Kleinlastwagen konfiguriert. Es ist jedoch ein beliebiger Fahrzeugtragrahmen mit den vorliegenden Lehren kompatibel, darunter zum Beispiel Coupés, Limousinen, SUVs, alle Nutzfahrzeuge, Lieferwagen und gewerbliche Fahrzeuge. Der Tragrahmen 10 stammt (wie gezeigt) von dem hinteren Abschnitt des Lastwagenrahmens. Dieser Abschnitt stützt die (nicht gezeigte) LKW-Plattform. Längsträger (oder Strukturelemente) 20 und 30 erstrecken sich bezüglich der Anordnung und des Fahrzeugs in Längsrichtung. Bei der gezeigten Ausführungsform können die Längsträger 20, 30 aus Stahl bestehen und über einen Extrusions-, Hydroform-, Rollumform- oder anderen Prozess hergestellt sein. Die hinteren Enden der Längsträger sind durch einen Stahlquerträger 40 miteinander verbunden. An dem Querträger ist eine Anhängekupplung 50 befestigt. Jedes Ende der Träger 20, 30 ist mit einer Seitenhalterung 60 zum Verbinden des Querträgers 40 mit den Trägern und zum Verbinden der Träger 20, 30 mit einer anderen (nicht gezeigten) Fahrzeugstruktur versehen.
Am vorderen Ende des Tragrahmens 10 befindet sich, wie in 1 gezeigt, ein anderer Stahlquerträger 70, der jeden Längsträger 20, 30 kreuzt. Wie gezeigt ist der Längsträger 30 mit dem Querträger 70 verschweißt. Jeder Längsträger 20, 30 enthält eine (nicht gezeigte) Leiterhalterung für Befestigungspunkte und Kabelbäume.
Der Fahrzeugtragrahmen 10 enthält außerdem, wie in 1 gezeigt, eine Unteranordnung 80 zur Befestigung von Ersatzreifen. Die Unteranordnung 80 enthält zwei sich lateral erstreckende Aluminiumquerträger 90. Die Querträger 90 stützen einen Unterrahmen 100 für den Ersatzreifen. Eine (nicht gezeigte) Winde befestigt den Reifen durch die Öffnung 110 an dem Unterrahmen. Der Unterrahmen 100 kann aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl, Titan oder einem Polymer bestehen. Der dargestellte Unterrahmen 100 ist gestanzt. Des Weiteren kann der Unterrahmen 100 zum Beispiel durch Druckguss unter Verwendung von Pulvermetallurgietechniken hergestellt werden.
Die Aluminiumquerträger 90 sind dazu konfiguriert, den Unterrahmen 100 bezüglich der Längsträger 30 zu befestigen. Die Querträger 90 erstrecken sich lateral bezüglich der Rahmenanordnung und des Fahrzeugs. Die Querträger 90 sind mit einem Verbindungselement 120 versehen, wie unten besprochen. Die Verbindungselemente 120 sind durch die Verwendung eines mechanischen Verriegelungsmerkmals an einem Ende an den Querträgern befestigt; weiterhin sind die Verbindungselemente über MIG-Schweißen an dem gegenüberliegenden Ende an den Längsträgern 20 und 30 befestigt. Bei dieser Ausführungsform ist das Verbindungselement 120 eine Stahlhülse, die so konfiguriert ist, dass sie einen Abschnitt des Querträgers 90 vollständig umgibt.
Nunmehr auf die 2–3 Bezug nehmend, wird hier an Kreis 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Fahrzeugrahmenanordnung 10 von 1 gezeigt. Der Längsträger 20 ist mit der Stahlhülse 120 und dem darin eingeführten Aluminiumquerträger 90 versehen. Längliche Öffnungen 150 sind an jeder der vier Flächen des Verbindungselements 120 an einer Stelle nahe dem Ende des Querträgers 90 ausgeschnitten. Der Aluminiumquerträger 90 ist in dem Stahllängsträger 20 platziert. Die Hülse 120 ist mit einer Reihe von Keilen 160 konfiguriert, die sich in die im Querträger 90 ausgebildeten Aufnahmen oder Öffnungen 150 erstrecken. Bei dieser dargestellten Ausführungsform sind die Keile 160 Vorsprünge (oder Vertiefungen), die als eine mechanische Verriegelung zwischen der Hülse 120 und dem Querträger 90 wirken. Die Hülse 120 und der Querträger 90 werden dadurch an der mechanischen Verriegelung (oder der Keil- und Aufnahmeanordnung) befestigt. Die Aufnahmen 150 sind längliche Öffnungen, die an einem Ende des Querträgers 90 ausgebildet sind. Die Hülsen-Querträger-Verriegelung kann auch zum Beispiel durch die Verwendung eines auf die überlappenden Abschnitte der Hülse 120 und des Querträgers 90 aufgebrachten Klebstoffs 170 verstärkt sein, wie gezeigt. Der Klebstoff kann durch einen Hartlötprozess, thermische Aktivierung, Feuchtigkeit oder andere Prozesse aktiviert werden.
Nach der Verbindung der Hülse 120 und des Querträgers 90 werden die beiden in dem Stahlträger 20 eingeführt. Dann wird die Hülse 120 an dem Längsträger 20 befestigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Hülse 120 über einen Schweißprozess an dem Längsträger 20 befestigt. Die Gemeinsamkeit der Materialauswahlen zwischen der Hülse 120 und dem Längsträger 20 erleichtern den Schweißprozess. Bezüglich der dargestellten Ausführungsform der 2–3 liegt die Verbindung zwischen der Hülse 120 und dem Querträger 90 in dem Längsträger 20 (wie gezeigt). Bei anderen Ausführungsformen liegt die Verbindung zwischen der Hülse und dem Querträger außerhalb des Längsträgers.
Mit Bezugnahme auf die 4 und 5 wird eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugtragrahmens 200 gezeigt. Ein Längsträger 210 ist mit einem Stahlverbindungselement 220 (oder einer Hülse) und einem Aluminiumquerträger 230 versehen oder überkreuzt. Öffnungen 240, 250 sind an den vier Flächen des Querträgers 230 bzw. der Hülse 220 ausgeschnitten. Die Öffnungen 240, 250 weisen eine längliche Form auf und sind an Pass-Flächen des Aluminiumquerträgers 230 und der Stahlhülse 220 positioniert. Die Öffnung 240 weist einen etwas größeren Längs- und Querdurchmesser auf als die Öffnung 250. Die Hülse 220 ist mit einer Lippe 260 konfiguriert, die sich in die im Querträger 230 am Rand (oder an der Lippe) 270 ausgebildete Öffnung 240 erstreckt, wie im Querschnitt von 5 gezeigt. Die Lippe 260 wirkt als eine mechanische Verriegelung zwischen der Hülse 220 und dem Querträger 230. Die Hülse 220 und der Querträger 230 sind mechanisch an der Pass-Verbindungsstelle der Lippe 260 und der Lippe 270 der Öffnung im Querträger 230 befestigt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Hülse 220 durch die Verwendung eines Klebstoffs 280 an dem Querträger befestigt, der auf die Abschnitte der Hülse aufgebracht ist, die den Querträger überlappen. Der Klebstoff 280 wird durch einen Hartlötprozess aktiviert. Bei anderen Ausführungsformen kann Klebstoff thermisch, durch Feuchtigkeit oder durch andere Prozesse aktiviert werden. Bei anderen Ausführungsformen wird kein Klebstoff verwendet.
Nunmehr auf die 6 und 7 Bezug nehmend, wird hier eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Fahrzeugtragrahmenanordnung 300 gezeigt. In 6 werden eine Hülse 310 und ein Querträger 320 gezeigt, der mit der Hülse an der Außenseite des Querträgers versehen ist. Die Hülse 310 wirkt als ein Verbindungselement zwischen dem Querträger 320 und einem Längsträger (zum Beispiel 20, wie in 1 gezeigt). Die Hülse 310 weist eine Reihe von länglichen Öffnungen 330 auf, wie in 6 gezeigt. Ein Ende des Aluminiumquerträgers 320 ist an der Hülse 310 angeordnet und so ausgebildet, dass der Querträger und die Hülse durch Presspassung miteinander verbunden sind. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Querträger 320 mit Druck beaufschlagt, um sich in die Hülse 310 zu verformen. In Abhängigkeit von der Dicke und der Materialauswahl des Querträgers kann die Druckbeaufschlagung variieren. Bei einer Ausführungsform ist der Querträger 320 aus Aluminium hergestellt und durch Erhöhen des Drucks darin auf 3000 psi geformt. Dieser Prozess wird gemeinhin als ein Hydroformprozess bezeichnet. Wenn der Aluminiumquerträger 320 mit Druck beaufschlagt wird, werden Vorsprünge 340, Vertiefungen oder Warzen gebildet, die sich in die Öffnungen 330 in der Hülse 310 erstrecken, wie in 7 gezeigt. Somit wird eine andere Art von mechanischer Verriegelung erzielt. Die Hülse 310 und der Querträger 320 sind an der Pass-Grenzfläche zwischen den Vorsprüngen 340 und den Öffnungen 330 mechanisch verbunden. Dann werden die Hülse 310 und der Querträger 320 in einen Stahllängsträger eingeführt, und die Hülse wird an einer anderen Stelle als die Pass-Grenzfläche zwischen der Hülse und dem Querträger, zum Beispiel 350, damit verschweißt. Wenn die Strukturleistung beispielsweise dies erfordert, dann kann Klebstoff in den Überlappungsbereich der Verbindung eingeführt werden.
Nunmehr auf die 8 und 9 Bezug nehmend, wird hier eine andere alternative Ausführungsform einer Fahrzeugrahmenanordnung 400 gezeigt. Ein leichter Querträger 410 ist mit einer Stahlhülse 420 versehen. Eine Öffnung 430 ist entlang dem Umfang des Querträgers 410 ausgeschnitten. Die Hülse 420 ist mit einer Lippe 440 konfiguriert, die sich in die in dem Querträger 410 ausgebildete Öffnung 430 erstreckt. Bei dieser Anordnung wirkt die Lippe 440 in der Hülse 420 als ein Keil für die Aufnahme (oder die Öffnung 430) in dem Querträger 410. Die Lippe 440 ist an einer solchen Stelle an der Stahlhülse 420 ausgebildet, die mit der Öffnung 430 an dem Aluminiumquerträger 410 zusammenfällt. Nach dem Platzieren des Aluminiumquerträgers 410 in der Stahlhülse 420 wird die Lippe 440 durch die Öffnung 430 nach unten gedrückt und umgebogen, so dass sich der Rand der Lippe parallel zu einer Längsachse A der Anordnung aus Querträger 410 und Hülse 420 erstreckt. Nach dem Umbiegen des Rands der Öffnung 430 bildet die Lippe 440 eine Falz-Verriegelung zwischen dem Querträger 410 und der Hülse 420. Der Querträger 410 und die Hülse 420 sind am Rand der Öffnung 430 befestigt. Die Hülse 420 kann dann über einen Schweißprozess an einem Längsträger (zum Beispiel 20, wie in 1 gezeigt) befestigt werden.
10–11 zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Fahrzeugrahmenanordnung 500. Bei dieser Ausführungsform wird kein Verbindungselement zwischen einem Querträger 510 und einem Längsträger 520 benötigt. Der Aluminiumquerträger 510 wird über Hydroformen an dem Stahllängsträger 520 befestigt. Der Aluminiumquerträger 510 wird vor dem MIG-Schweißen in dem Träger 520 platziert. Zwischen dem Querträger 510 und dem Stahlträger 520 besteht ein anfänglicher Spalt. Der Träger 520 enthält eine Öffnung 530 (wie im Querschnitt gezeigt), durch die das Aluminiumrohr (oder der Querträger) 510 angeordnet wird. Der Aluminiumquerträger 510 wird auf ca. 3500 psi mit Druck beaufschlagt, um Vorsprünge 540 (oder Blasen) zu bilden, die sich in die Öffnungen 530 in der Hülse 510 verformen. Flansche 550 sind am Querträger 510 ausgebildet. Hydroformen des Aluminiumquerträgers 510 vergrößert den Querschnitt, um eine mechanische Verbindung am Träger 520 zu erzeugen. Somit wird eine andere Art von mechanischer Verriegelung erzielt. Bei einer Ausführungsform wird ein Klebstoff (zum Beispiel 170, wie in 3 gezeigt) vor dem Einführen in den Längsträger 520 auf den Querträger 510 aufgebracht. Klebstoff kann Korrosionsschutzvorzüge sowie Verriegelung bieten. Bei einer Ausführungsform ist der Längsträger 520 mit einem gezackten Rand am Umfang der Öffnung 530 ausgebildet, um als eine mechanische Sekundärverriegelung zwischen dem Längsträger und dem Querträger 510 zu wirken. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Querträger vor dem Einführen in den Längsträger vorgespannt. Vorspannen erfolgt zur Steuerung der Art und Weise, auf die sich der Querträger 510 beim Hydroformen verformt. Zum Beispiel kann an einem Querschnitt des Querträgers vor dem Spannen eine vorläufige rechteckige Einkerbung ausgebildet werden. Der Vorsprung 540 am Querträger 510 weist bei dieser Ausführungsform rechteckig beschnittene Ränder auf.
Bei noch einer anderen Ausführungsform enthält der Querträger 510 eine Öffnung, in der der Längsträger 520 eintreten kann. Der Querträger wird nach dem Einführen in den Längsträger druckentlastet. Ein beispielhafter Unterdruck ist ein Druck von –4500 psi. Der Längsträger verformt sich in eine Öffnung im Querträger, wodurch eine andere mechanische Verriegelung erzeugt wird.
Hydroformen ist eines mehrerer Verfahren, die zum Miteinanderverbinden eines Aluminiumquerträgers und eines Stahllängsträgers ohne Verwendung eines Verbindungselements verwendet werden können. Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform wird durch Einführen eines kreisförmigen, kalten Aluminiumquerträgers in ein kreisförmiges, erwärmtes Stahlrohr eine Verriegelung erzeugt. Wenn die Anordnung abgekühlt ist, sind das Rohr und der Querträger durch Materialschrumpfen oder Aufschrumpfen miteinander verriegelt. Ein Dorn (oder eine andere Formvorrichtung) kann verwendet werden, um die Verriegelung zwischen dem Längsträger und dem Querträger zu formen.
Des Weiteren werden hier verschiedene Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung offenbart. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Formen einer Keil- und Aufnahmeanordnung zwischen einer Hülse (mit einer ersten Materialzusammensetzung) und einem Querträger (mit einer zweiten Materialzusammensetzung). Als Nächstes werden bei dem Verfahren die Hülse und der Querträger über die Keil- und Aufnahmeanordnung an einer Stelle befestigt und die Hülse und der Querträger in einem Längsträger eingeführt. Dann wird das Verbindungselement in einem anschließenden Schritt an dem Längsträger befestigt, zum Beispiel durch Verschweißen der Hülse mit dem Längsträger an einer anderen Stelle.
Bei einer Ausführungsform des oben genannten Verfahrens umfasst die Ausbildung einer Keil- und Aufnahmeanordnung: (1) Ausbilden des Keils als ein Vorsprung in dem Verbindungselement und (ii) Ausbilden der Aufnahme als eine Öffnung in dem Querträger. Dies wird zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 2 und 3 gezeigt. Der Keil ist der in der Hülse 120 ausgebildete Vorsprung 160, und die Aufnahme ist eine im Querträger 90 ausgebildete Öffnung 150.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des oben genannten Verfahrens umfasst das Ausbilden einer Keil- und Aufnahmeanordnung: (i) Ausbilden des Keils als eine Lippe im Verbindungselement und (ii) Ausbilden der Aufnahme als eine Öffnung im Querträger. Dies wird zum Beispiel mit Bezugnahme auf die 4 und 5 gezeigt.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des oben genannten Verfahrens ist ein zusätzlicher Schritt enthalten: Falzen der Lippe um einen Rand der Öffnung, wodurch eine Falz-Verriegelung gebildet wird. Dies wird zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 8 und 9 gezeigt und besprochen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des oben genannten Verfahrens umfasst das Ausbilden einer Keil- und Aufnahmeanordnung: (i) Ausbilden des Keils als ein Vorsprung in dem Querträger und (ii) Ausbilden der Aufnahme als eine Öffnung in dem Verbindungselement. Dies wird zum Beispiel in 6 gezeigt, wie oben besprochen.
Des Weiteren wird ein anderes beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung offenbart. Das Verfahren umfasst: (i) Ausbilden einer Öffnung in einem ersten Strukturelement oder einem zweiten Strukturelement, das eine andere Materialzusammensetzung als die Materialzusammensetzung des ersten Strukturelements aufweist; (ii) Überkreuzen des ersten Strukturelements und des zweiten Strukturelements und (iii) Formen des jeweils anderen des ersten Strukturelements oder zweiten Strukturelements in die Öffnung, wodurch eine mechanische Verriegelung zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement gebildet wird, wie zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 10 und 11 besprochen. Wie unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der 10 und 11 besprochen, wird entweder das erste Strukturelement oder das zweite Strukturelement nach dem Überkreuzen mit Druck beaufschlagt, wodurch eine Verformung des druckbeaufschlagten Strukturelements in die Öffnung verursacht wird. Bei einigen Ausführungsformen wird vor oder nach der Bildung der mechanischen Verriegelung ein Klebstoff oder ein Korrosionsschutzstoff aufgebracht.
Es versteht sich, dass die gezeigten Elemente (zum Beispiel die Hülsen, die Längsträger und die Querträger) aus verschiedenen Materialien bestehen können, darunter zum Beispiel Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Wolfram und verstärkte Polymerverbundwerkstoffe. Techniken zur Befestigung der Hülse an dem Längsträger sind nicht auf MIG-Schweißen beschränkt, sondern können Laserschweißen, Punktschweißen, Hartlöten, die Verwendung eines Befestigungselements, Weichlöten, Klammern oder Quetschen umfassen. Hülsen und Träger können unter Verwendung von Herstellungstechniken, die Formen, Gießen, Drehen, Hydroformen, Stanzen oder Extrusionsprozesse umfassen, hergestellt werden.
Es sollte auf der Hand liegen, dass die Verbindungselemente eine beliebige Größe, Form oder Konfiguration aufweisen können und nicht auf Hülsen beschränkt sind. Zum Beispiel weisen die Verbindungselemente bei anderen Ausführungsformen eine rechteckige Form auf und sind an einer Aufnahme im Querträger festgeklemmt, um eine Fläche zum anschließenden Schweißen bereitzustellen.
Weiterhin können Klebstoffe zwischen beliebigen der Verbindungselemente und dem Querträger oder dem Verbindungselement und den Längsträgern aufgebracht werden. Es kann eine beliebige Art von Klebstoff verwendet werden, zum Beispiel ist ein Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Epoxid mit den dargestellten Ausführungen kompatibel. Die Enden des Verbindungselements und des Querträgers können auch ein Lötmaterial dazwischen aufweisen, um ihre Verbindung zu verbessern und als Korrosionsminderung zu dienen. Die Enden der Mischmaterial-Überlappungsverbindung können ein Polymer oder ein anderes Dichtungsmaterial aufweisen.
Obgleich die besten Weisen zur Durchführung der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausführungen und Ausführungsformen zur Ausübung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20090188206 [0003]

Claims

Fahrzeugrahmenanordnung, die Folgendes umfasst: ein erstes Strukturelement mit einem Verbindungselement; ein zweites Strukturelement, das sich an dem Verbindungselement mit dem ersten Strukturelement kreuzt; und einen Passkeil und eine Passaufnahme, die abwechselnd an dem zweiten Strukturelement oder dem Verbindungselement ausgebildet sind, um nach dem Zusammenfügen eine mechanische Verriegelung zu bilden.
Fahrzeugrahmenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement dazu konfiguriert ist, an einer Stelle an dem ersten Strukturelement befestigt zu werden und an einer anderen Stelle an dem zweiten Strukturelement befestigt zu werden.
Fahrzeugrahmenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Strukturelement dazu konfiguriert ist, sich in Längsrichtung bezüglich der Anordnung zu erstrecken; und wobei das zweite Strukturelement dazu konfiguriert ist, sich lateral bezüglich der Anordnung zu erstrecken.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Strukturelement aus Stahl besteht, das Verbindungselement aus Stahl besteht und das zweite Strukturelement aus einem leichteren Material als Stahl besteht, insbesondere aus Aluminium.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Passkeil ein in dem Verbindungselement ausgebildeter Vorsprung ist.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Passaufnahme eine in dem zweiten Strukturelement ausgebildete Öffnung umfasst.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Passkeil eine in dem Verbindungselement ausgebildete Lippe ist.
Fahrzeugrahmenanordnung nach Anspruch 7, wobei die Lippe dazu konfiguriert ist, um einen Rand der Öffnung gebogen zu werden, wodurch eine Falz-Verriegelung gebildet wird.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Passaufnahme eine in dem zweiten Strukturelement ausgebildete Öffnung umfasst.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Passkeil ein in dem zweiten Strukturelement ausgebildeter Vorsprung ist.
Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Aufnahme eine in dem Verbindungselement ausgebildete Öffnung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung, insbesondere zur Herstellung einer Fahrzeugrahmenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Folgendes umfasst: Ausbilden einer Öffnung in einem ersten Strukturelement oder einem zweiten Strukturelement aus einer verschiedenen Materialzusammensetzung gegenüber der Materialzusammensetzung des ersten Strukturelements; Überkreuzen des ersten Strukturelements und des zweiten Strukturelements; und Formen des jeweils anderen Elements des ersten Strukturelements oder des zweiten Strukturelements in die Öffnung, wodurch eine mechanische Verriegelung zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Formen des anderen des ersten Strukturelements oder zweiten Strukturelements in die Öffnung durch Druckbeaufschlagen des ersten oder zweiten Strukturelements erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, das weiterhin Folgendes umfasst: Aufbringen eines Klebstoffs zwischen dem ersten und dem zweiten Strukturelement.