DE102015016629A1

DE102015016629A1 - Herstellung eines geschweißten Strukturelements und geschweißtes Strukturelement

Info

Publication number: DE102015016629A1
Application number: DE102015016629.8A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Tanaka
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-06-30
Also published as: CN105728970A; US10124436B2; US20160184916A1; CN105728970B

Abstract

Offenbart wird ein Herstellungsverfahren für ein geschweißtes Strukturelement, welches umfasst: einen ersten Erzeugungsschritt des Erzeugens eines im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstücks, das eine erste Bodenwand, ein Paar von ersten stehenden Wänden und ein Paar von Flanschen aufweist; einen zweiten Erzeugungsschritt des Erzeugens eines im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks, das eine zweite Bodenwand und ein Paar von zweiten stehenden Wänden aufweist; einen Positionierungsschritt des Positionierens des ersten Metallwerkstücks und des Metallwerkstücks in solcher Weise, dass jeder von zwei Paaren von distalen Rändern der zweiten stehenden Wände und innere Randbereiche der Flansche aneinander stoßen; und einen Verbindungsschritt des äußeren Schweißens eines Stoßbereichs jedes der Paare der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und der inneren Randbereiche der Flansche, um dadurch das erste und das zweite Metallwerkstück miteinander zu verbinden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturelements mit einem geschlossenen Querschnitt sowie ein geschweißtes Strukturelement.
Technischer Hintergrund
Bei einem Kraftfahrzeug müssen ein an einer Fahrzeugkarosserie zu montierendes Element, wie etwa ein Seitenelement eines Hilfsrahmens zum Lagern eines Lenkers, und ein die Fahrzeugkarosserie bildendes Element, wie etwa ein frontseitiger Rahmen oder ein heckseitiger Rahmen, aus Sicht des Sicherstellens der Festigkeit der Fahrzeugkarosserie in ihrer Festigkeit verbessert werden, um verbesserte Sicherheit zu bieten, und aus Sicht des Verbesserns der Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Motors in ihrem Gewicht reduziert werden. Aus diesem Grund bestehen diese Elemente üblicherweise aus einem Strukturelement geschlossenen Querschnitts, das aus einem Metallmaterial gefertigt ist.
Bisher wurde ein solches Strukturelement geschlossenen Querschnitts hergestellt durch: Erzeugen von zwei im Querschnitt hutförmigen Metallwerkstücken, die jeweils eine Bodenwand, ein Paar von stehenden Wänden, die von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der Bodenwand abstehen, und ein Paar von Flanschen, die sich jeweils von einem jeweiligen von distalen Rändern der stehenden Wände nach außen biegen, aufweisen; und Zusammenschweißen von zwei Paaren von gegenüberliegenden Flanschen der Metallwerkstücke. Wie in 9A gezeigt ist, werden im Einzelnen nach Erzeugen von zwei Metallwerkstücken 101, 102, deren Flansche 111, 112 unterschiedliche Breiten aufweisen, die Flansche 111, 112 übereinander gelegt (zusammengefügt), und in diesem Zustand wird entlang einer Seitenrandfläche des Flansches 112 mit einer kleineren Breite ein auf Lichtbogenschweißen oder dergleichen beruhender Überlappstoß-Kehlnahtschweißvorgang ausgeführt.
Bei dem vorstehenden geschweißten Strukturelement, das durch Verschweißen von zwei Metallwerkstücken erhalten wird, dient das untere Metallwerkstück 101 als Element zum Positionieren des oberen Metallwerkstücks 102, so dass es möglich ist, eine Positionsausrichtung in einer Richtung senkrecht zu zusammengefügten Flächen der Flansche 111, 112 zu erleichtern. Andererseits ist es erforderlich, den Flansch 111 (112) entlang eines distalen Rands einer stehenden Wand jedes der Metallwerkstücke 101, 102 vorzusehen, was zu dem Problem führt, dass eine zu verwendende Metallwerkstückmenge größer wird, was zu einem vermehrten Gewicht des geschweißten Strukturelements und verschlechterter Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Kraftfahrzeugs führt.
Um dieses Problem zum Beispiel bei einem in 9B gezeigten geschweißten Strukturelement anzugehen, wird nach Erzeugen von zwei im Querschnitt U-förmigen Metallwerkstücken, denen die vorstehenden Flansche fehlen, eines 202 der Werkstücke in dem anderen Werkstück 201 eingepasst, und in diesem Zustand wird entlang einer Randfläche jeder stehenden Wand des äußeren Metallwerkstücks 201 ein Überlappstoß-Kehlnahtschweißvorgang ausgeführt. Bei diesem Verfahren ist in den Metallwerkstücken kein Flansch vorgesehen, so dass es verglichen mit dem in 9A gezeigten geschweißten Strukturelement möglich ist, eine zu verwendende Metallwerkstückmenge zu reduzieren und somit eine Gewichtsreduktion zu erleichtern.
Indessen kann bei dem vorstehenden geschweißten Strukturelement im Hinblick auf eine Gewichtsreduktion das Metallwerkstück unter Verwenden eines Metallwerkstücks mit einer kleinen Blechdicke erzeugt werden. In diesem Fall kommt es bei kleiner werdender Blechdicke eher zu einer verschlechterten Durchführbarkeit des Schweißens, und aufgrund des Auftretens von Rost kommt es eher zum Ausbilden eines Lochs. Um dieses Problem anzugehen, wird in manchen Fällen ein beschichtetes Stahlblech als Metallwerkstück für die Metallwerkstücke verwendet. Die Verwendung eines beschichteten Stahlblechs führt jedoch zu einer Situation, in der bei Ausführen eines auf Lichtbogenschweißen, Laserschweißen oder dergleichen beruhenden Überlappstoß-Kehlnahtschweißvorgangs zum Herstellen eines geschweißten Strukturelements der Ausführung mit Flanschzusammenfügen, wie es in 9A gezeigt ist, oder eines geschweißten Strukturelements der Ausführung mit Einpassung, wie es in 9B gezeigt ist, ein beschichtetes Metall bei dem Schweißvorgang verdampft wird, was Metallgas erzeugt. Dann tendiert das erzeugte Metallgas dazu, sich in einer Schmelzzone um Fügeflächen oder Passflächen der Flansche zu mischen, und die Schmelzzone wird verfestigt, während das Mischmetallgas nicht nach außen abgelassen wird, was zu dem Auftreten von so genannten ”Gasblasen” führt. Die Gasblasen bewirken eine ungenügende Festigkeit des geschweißten Strukturelements. Somit besteht Bedarf, das Auftreten von Gasblasen zu unterbinden.
Als Maßnahmen gegen dieses Problem beschreibt JP 2003-136243A ein Herstellungsverfahren für das geschweißte Strukturelement der Einpassausführung, wobei mehrere konkave Nuten in jeder stehenden Wand eines von zwei im Querschnitt U-förmigen Metallwerkstücken unterbrochen entlang einer Schweißrichtung ausgebildet sind. Dieses Verfahren kann angeblich beruhend auf den konkaven Nuten das Auftreten von Gasblasen durch Hohlräume unterbinden.
Das in JP 2003-136243A beschriebene Verfahren geht aber einher mit dem Problem, dass das Vorhandensein der konkaven Nute in dem Metallwerkstück Einschränkungen bezüglich der Schweißposition macht, sowie dem Problem, dass in Bereichen, in denen die zwei Metallwerkstück eng aneinander gepasst werden, das Auftreten von Gasblasen immer noch nicht unterbunden werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht ein technisches Problem des Unterbindens des Auftretens von Gasblasen in einem geschweißten Strukturelement mit einem geschlossenen Querschnitt an, um die Festigkeit des geschweißten Strukturelements ausreichend sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung, die auf das Lösen des technischen Problems gerichtet ist, betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturelements, das innen einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Dieses Verfahren umfasst: einen ersten Erzeugungsschritt des Erzeugens eines im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstücks, das eine erste Bodenwand, ein Paar von ersten stehenden Wänden, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der ersten Bodenwand abstehen, und ein Paar von Flanschen, die sich von einem jeweiligen von distalen Rändern der ersten stehenden Wände nach außen biegen, aufweist; einen zweiten Erzeugungsschritt des Erzeugens eines im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks, das eine zweite Bodenwand und ein Paar von zweiten stehenden Wänden aufweist, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der zweiten Bodenwand abstehen, um einen distalen Rand zu haben, der mit einem entsprechenden von inneren Randbereichen des Paars von Flanschen in Kontakt gebracht werden kann; einen Positionierungsschritt des Positionierens des ersten Metallwerkstücks und des Metallwerkstücks in solcher Weise, dass jeder von zwei Paaren der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und die inneren Randbereiche der Flansche aneinander stoßen; und einen Verbindungsschritt des äußeren Schweißens eines Stoßbereichs jedes der Paare der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und der inneren Randbereiche der Flansche, um dadurch das erste Metallwerkstück und das zweite Metallwerkstück miteinander zu verbinden, um den geschlossenen Querschnitt zu bilden.
Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein geschweißtes Strukturelement, das innen einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Dieses geschweißte Strukturelement umfasst: einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die einander gegenüberliegen, wobei der geschlossene Querschnitt dazwischen gesetzt ist; und einen geschweißten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet. Der erste Abschnitt besteht in einem Zustand vor dem Schweißen aus einem im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstück, das eine erste Bodenwand, ein Paar von ersten stehenden Wänden, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der ersten Bodenwand abstehen, und ein Paar von Flanschen, die sich von einem jeweiligen von distalen Rändern der ersten stehenden Wände nach außen biegen, aufweist, und der zweite Abschnitt besteht in einem Zustand vor dem Schweißen aus einem im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstück, das eine zweite Bodenwand und ein Paar von zweiten stehenden Wänden aufweist, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der zweiten Bodenwand abstehen, um einen distalen Rand zu haben, der mit einem entsprechenden von inneren Randbereichen des Paars von Flanschen in Kontakt gebracht werden kann. Ferner ist der geschweißte Abschnitt durch äußeres Schweißen eines Stoßbereichs, in dem jeder von zwei Paaren der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und die inneren Randbereiche der Flansche aneinander stoßen, gebildet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A und 1B sind Perspektivansichten eines geschweißten Strukturelements nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine Konfiguration zeigt, die in dem Fall erhalten wird, in dem eine Schweißintensität relativ gering ist, und 1B eine Konfiguration zeigt, die in dem Fall erhalten wird, in dem die Schweißintensität relativ hoch ist.
2A und 2B sind Vorderansichten des geschweißten Strukturelements nach dieser Ausführungsform, wobei 2A die Konfiguration zeigt, die in dem Fall erhalten wird, in dem die Schweißintensität relativ gering ist, und 2B die Konfiguration zeigt, die in dem Fall erhalten wird, in dem die Schweißintensität relativ hoch ist.
3 ist ein erläuterndes Flussdiagramm eines Prozesses zum Herstellen des geschweißten Strukturelements nach dieser Ausführungsform.
4A ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt des Bildens eines ersten Metallwerkstücks durch Pressen zeigt, und 4B ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt des Bildens eines zweiten Metallwerkstücks durch Pressen zeigt.
5 ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt des Positionierens des ersten und des zweiten Metallwerkstücks zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt des Zusammenschweißens der positionierten Metallwerkstücke zeigt.
7 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs zeigt.
8 ist eine Perspektivansicht, die ein Seitenelement zeigt, das ein Teil des Hilfsrahmens des Fahrzeugs ist.
9A ist eine Vorderansicht, die eine Ausführung eines herkömmlichen geschweißten Strukturelements (geschweißtes Strukturelement der Ausführung mit zusammengefügten Flanschen) zeigt, und 9B ist eine Vorderansicht, die eine andere Ausführung eines herkömmlichen geschweißten Strukturelements (geschweißtes Strukturelement der Einpassausführung) zeigt.
10 ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt des Positionierens von zwei Metallwerkstücken bei einem Herstellungsverfahren für ein herkömmliches geschweißtes Strukturelement (geschweißtes Strukturelement der Einpassausführung) zeigt.
11 ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt des Zusammenschweißens von zwei Metallwerkstücken bei einem Herstellungsverfahren für das herkömmliche geschweißte Strukturelement zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Unter Bezug auf die Begleitzeichnungen wird die vorliegende Erfindung nun beruhend auf einer Ausführungsform derselben näher beschrieben. In der folgenden Ausführungsform werden Begriffe verwendet, die jeweils eine bestimmte Richtung wie etwa ”obere (nach oben)” und ”untere (nach unten)” bezeichnen. Es ist aber zu beachten, dass diese Begriffe nur zum Erleichtern des Verständnisses der Erfindung in Verbindung mit den Figuren verwendet werden, aber nicht eine Implementierung der Erfindung in einer anderen Richtung ausschließen sollen.
1A und 1B sind Perspektivansichten eines geschweißten Strukturelements nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, und 2A und 2B sind Vorderansichten des geschweißten Strukturelements. Das geschweißte Strukturelement 10 umfasst einen ersten Abschnitt 1 und einen zweiten Abschnitt 2, die miteinander verbunden sind.
Der erste Abschnitt 1 ist im Querschnitt in Hutform oder im Querschnitt in U-Form, deren obere Fläche geöffnet ist, ausgebildet. Im Einzelnen weist der erste Abschnitt 1 eine untere Wand 5 und ein Paar von Seitenwänden 3 auf, die jeweils von einem jeweiligen von gegenüberliegenden rechten und linken Rändern der unteren Wand 5 nach oben stehen. In dem in 1A und 2A gezeigten Fall, in dem der erste Abschnitt 1 im Querschnitt in Hutform ausgebildet ist, weist der erste Abschnitt 1 ferner ein Paar von vorstehenden Teilstücken 4 auf, die jeweils von einem jeweiligen von oberen Rändern der Seitenwände 3 seitlich nach außen ragen.
Der zweite Abschnitt 2 ist im Querschnitt in einer U-Form ausgebildet, deren untere Fläche geöffnet ist. Im Einzelnen weist der zweite Abschnitt 2 eine obere Wand 9, die in einer Auf-Ab-Richtung in gegenüberliegender Beziehung zu der unteren Fläche 5 des ersten Abschnitts 1 mit einem Abstand dazwischen angeordnet ist, und ein Paar von Seitenwänden 8, die sich jeweils von einem jeweiligen von gegenüberliegenden rechten und linken Rändern der oberen Wand 9 nach unten hin zu einem entsprechenden der oberen Ränder der Seitenwände 3 des ersten Abschnitts 1 erstrecken, auf.
Zwischen jedem von zwei Paaren des Paars von Seitenwänden 3 des ersten Abschnitts 1 und des Paars von Seitenwänden 8 des zweiten Abschnitts 2 ist (in einem Stoßbereich) ein geschweißter Abschnitt 6 ausgebildet. Im Einzelnen sind der erste Abschnitt 1 und der zweite Abschnitt 2 durch das Paar von rechten und linken geschweißten Abschnitten 6 integral verbunden, um einen in etwa rechteckförmigen (genauer gesagt eine rechteckartige Form, deren Ecken gerundet sind) Querschnitt X zwischen den zwei Abschnitten 1, 2 zu bilden.
1A und 2A zeigen eine Konfiguration des geschweißten Strukturelements 10, die in dem Fall erhalten wird, da eine Schweißintensität relativ gering ist. Bei dieser Konfiguration ist das vorstehende Teilstück 4, das von jedem der oberen Ränder der Seitenwände 3 des ersten Abschnitts 1 nach außen ragt, an jeder von gegenüberliegenden Seitenflächen des geschweißten Strukturelements 10 belassen. D. h. der geschweißte Abschnitt 6 verbinden innere Randbereiche des rechten und linken vorstehenden Teilstücks 4 des ersten Abschnitts 1 und untere Ränder der rechten und linken Seitenwände 8 des zweiten Abschnitts 2 miteinander. In dem verbundenen Bereich schneiden die vorstehenden Teilstücke 4 des ersten Abschnitts 1 und die Seitenwände 8 des zweiten Abschnitts 2 einander, um in Vorderansicht eine L-Form zu bilden.
1B und 2B zeigen eine Konfiguration des geschweißten Strukturelements 10, die in dem Fall erhalten wird, da die Schweißintensität relativ hoch ist. Bei dieser Konfiguration ist das obige vorstehende Teilstück 4 nicht auf jeder der gegenüberliegenden Seitenflächen des geschweißten Strukturelements 10 belassen. D. h. ein Teilstück, das äquivalent zu dem vorstehenden Teilstück 4 ist, wird während des Schweißens mit dem geschweißten Abschnitt 6 nahezu verschmolzen und integriert. In dem Fall, da die Schweißintensität relativ hoch ist, kann der geschweißte Abschnitt 6 ferner zu dem geschlossenen Querschnitt X geweitet werden, wie in 2B gezeigt ist.
Wie hierin verwendet bedeutet der Ausdruck ”Schweißintensität ist relativ hoch”, dass ein zugeführter Schweißenergiebetrag relativ groß ist, z. B. in einer Situation, in der eine Schweißzeit relativ lang ist, und der Ausdruck ”Schweißintensität ist relativ gering” bedeutet, dass ein zugeführter Schweißenergiebetrag relativ klein ist.
Wie in 1A und 1B gezeigt ist, ist sowohl der erste Abschnitt 1 als auch der zweite Abschnitt 2 mit einem Durchgangsloch 7 zum Ermöglichen, dass ein nachstehend erwähnter Positionierungsstift 32 durchsetzend in dieses eingeführt wird, ausgebildet.
Unter Bezug auf 3 bis 6 wird nachstehend ein Herstellungsverfahren für das geschweißte Strukturelement 10 beschrieben.
Das geschweißte Strukturelement 10 wird durch Zusammenschweißen eines im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstücks 11 und eines im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks 21, die jeweils durch Pressformen erzeugt sind, gebildet. Die Metallwerkstücke 11, 21 sind ein verzinktes Stahlblech. Im Hinblick auf das Sicherstellen einer erforderlichen Festigkeit kann ein hochfestes Stahlblech als Metallwerkstücke 11, 21 verwendet werden. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Herstellungsverfahren für das geschweißte Strukturelement 10 die folgenden Schritte S1 bis S4.
(S1): Ein erster Erzeugungsschritt des Erzeugens des im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstücks 11.
(S2): Ein zweiter Erzeugungsschritt des Erzeugens des im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks 21.
(S3): Ein Positionierungsschritt des Positionierens der Metallwerkstücke 11, 21.
(S4): Ein Verbindungsschritt des Miteinanderverbindens des ersten Metallwerkstücks 11 und des zweiten Metallwerkstücks 21.
Wie in 4A schematisch gezeigt ist, werden in dem ersten Erzeugungsschritt S1 die folgenden Unterschritte S11 und S12 ausgeführt. In 4A wird auf die Darstellung einer Presswerkzeugbaugruppe etwa eines Stempels und einer Matrize verzichtet.
(S11): Ein Unterschritt des Pressens eines flachen blechartigen Metallwerkstücks 11 durch einen Ziehprozess im Querschnitt zu einer Hutform.
(S12) Ein Unterschritt des Zuschneidens eines Bereichs eines Flansches des gebildeten hutförmigen Blechs, der sich auswärts einer Halteposition H befindet.
Das im Querschnitt hutförmige erste Metallwerkstück 11, das durch den ersten Erzeugungsschritt S1 (S11 + S12) gebildet ist, weist eine Bodenwand 14 (erste Bodenwand), ein Paar von stehenden Wänden 12 (erste stehende Wände), die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern (gegenüberliegende rechte und linke Ränder) der Bodenwand 14 abstehen, und ein Paar von Flanschen 13, die sich jeweils von einem jeweiligen von distalen Rändern der stehenden Wände 12 nach außen biegen, auf. Die Bodenwand 14 ist mit einem Durchgangsloch 15 ausgebildet (5).
Das erste Metallwerkstück 11 ist eine Komponente, die anschließend zu dem ersten Abschnitt 1 des geschweißten Strukturelements 10 auszubilden ist. D. h. die Bodenwand 14, die stehenden Wände 12, die Flansche 13 und das Durchgangsloch 15 in dem ersten Metallwerkstück 11 entsprechen jeweils der unteren Wand 5, den Seitenwänden 3, den vorstehenden Teilstücken 4 und dem Durchgangsloch 7 in dem ersten Abschnitt 1.
Wie in 4B schematisch gezeigt ist, werden in dem zweiten Erzeugungsschritt S2 die folgenden Unterschritte S21 bis S23 ausgeführt. In 4A wird auf die Darstellung einer Presswerkzeugbaugruppe etwa eines Stempels und einer Matrize verzichtet.
(S21): Ein Unterschritt des Pressens eines flachen blechartigen Metallwerkstücks 21 durch einen Ziehprozess im Querschnitt zu einer Hutform.
(S22): Ein Unterschritt des Zurückbiegens eines Flansches 22a des gebildeten hutförmigen Blechs, um ein im Querschnitt U-förmiges Blech zu bilden.
(S23): Ein Unterschritt des Zuschneidens eines distalen Randbereichs 23 jeder stehenden Wand 22 des gebildeten U-förmigen Blechs, um die stehende Wand 22 ein erwünschtes Höhenmaß aufweisen zu lassen.
Es versteht sich, dass bei den obigen Unterschritten S22 und S23 nach Zuschneiden eines Bereichs des Flansches des hutförmigen Blechs, der sich auswärts der Halteposition H befindet, wie in Verbindung mit dem Unterschritt S12 beschrieben ist, der Flansch 22a zurückgebogen werden kann.
Das im Querschnitt U-förmige zweite Metallwerkstück 21, das durch den zweiten Erzeugungsschritt S2 (S21 + S22 + S23) gebildet ist, weist eine Bodenwand 24 (zweite Bodenwand) und ein Paar von stehenden Wänden 22 (zweite stehende Wände) auf, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern (gegenüberliegenden rechten und linken Rändern) der Bodenwand 24 abstehen. Die Bodenwand 24 ist mit einem Durchgangsloch 25 ausgebildet (5). Die stehenden Wände 22 sind an Positionen ausgebildet, an denen distale Ränder 23 derselben gegen jeweilige innere Randbereiche der Flansche 13 des ersten Metallwerkstücks 11 zum Anliegen gebracht werden können.
Wie in 6 näher gezeigt ist, ist aufgrund der Natur des Pressformens jeder der Flansche 13 des ersten Metallwerkstücks 11 so ausgebildet, dass er sich von einer jeweiligen der stehenden Wand 12 gleichmäßig biegt, so dass in einem Eckbereich zwischen dem Flansch 13 und der stehenden Wand 12 eine Rundung mit einem vorgegebenen Radius ausgebildet ist. Genauer gesagt stößt somit der distale Rand 23 der stehenden Wand 22 an einen flachen Bereich des Flansches 13, der sich an einer Stelle etwas auswärts eines innersten Rands des Flansches 13 befindet.
Das zweite Metallwerkstück 21 ist eine Komponente, die anschließend zu dem zweiten Abschnitt 2 des geschweißten Strukturelements 10 auszubilden ist. D. h. die Bodenwand 24, die stehenden Wände 22 und das Durchgangsloch 25 in dem zweiten Metallwerkstück 21 entsprechen jeweils der oberen Wand 9, den Seitenwänden 8 und dem Durchgangsloch 7 in dem zweiten Abschnitt 2.
Wie aus einem Vergleich der Erzeugungsprozesse für das erste und zweite Metallwerkstück 11, 21 (4A und 4B) offensichtlich ist, kann ein im Querschnitt hutförmiges Metallwerkstück, wie etwa das erste Metallwerkstück 11, mit einer kleineren Anzahl von Schritten als das im Querschnitt U-förmige Metallwerkstück, etwa das zweite Metallwerkstück 21, erzeugt werden. Das geschweißte Strukturelement 10 gemäß dieser Ausführungsform 10 kann daher verglichen mit dem geschweißten Strukturelement herkömmlicher Einpassausführung in einfacher Weise und bei niedrigeren Kosten hergestellt werden.
5 ist eine schematische Darstellung, die den Schritt des Positionierens des ersten und des zweiten Metallwerkstücks 11, 21 zeigt. Bei dem Positionierungsschritt S3 liegen jeder von zwei Paaren der distalen Ränder 23 der zweiten stehenden Wände 22 des zweiten Metallwerkstücks 21 und die inneren Randbereiche 13 des ersten Metallwerkstücks 11 aneinander. Im Einzelnen sind das erste Metallwerkstück 11 und das zweite Metallwerkstück 21 auf ein tragendes Unterteil 31 gesetzt, wobei sich das erste Metallwerkstück 11 bei einer untersten Position befindet. Ein Positionierungsstift 32 ist stehend an dem tragenden Unterteil 31 angebracht und durchsetzend in die Durchgangslöcher 15, 25 eingeführt, die in den Metallwerkstücken 11, 21 ausgebildet sind. Somit sind das erste Metallwerkstück 11 und das zweite Metallwerkstück 21 in einer horizontalen Richtung positioniert. Das erste Metallwerkstück 11 ist in einer Auf-Ab-Richtung ebenfalls zwischen dem tragenden Unterteil 31 und dem zweiten Metallwerkstück 21 positioniert. Ferner wird von oben durch eine Klemme 33 auf das zweite Metallwerkstück 21 gepresst. Somit ist das zweite Metallwerkstück 21 in der Auf-Ab-Richtung zwischen dem ersten Metallwerkstück 11 und der Klemme 33 positioniert.
Zum Vergleich ist in 10 ein Schritt des Positionierens von zwei Metallwerkstücken bei einem Herstellungsverfahren für ein herkömmliches geschweißtes Strukturelement (geschweißtes Strukturelement der Einpassausführung) gezeigt. 10 ist entsprechend 5 dargestellt, wobei einem beliebigen Einspannelement dazwischen mit der gleichen oder ähnlichen Funktion das gleiche Bezugszeichen zugewiesen ist. Wie in 10 gezeigt ist, wird zusätzlich zu den in Schritt S3 dieser Ausführungsform verwendeten Einspannelementen bei dem herkömmlichen Prozess eine Klemme 133 verwendet, um einen distalen Rand jeder von zwei stehenden Wänden eines unteren Metallwerkstücks 201 von oben zu pressen. Ferner wird ein gestufter Stift 132 als Positionierungsstift verwendet. Somit ist das untere Metallwerkstück 201 in einer Auf-Ab-Richtung zwischen einem tragenden Unterteil 31 und der Klemme 133 positioniert, und ein oberes Metallwerkstück 202 ist in der Auf-Ab-Richtung zwischen einem gestuften Abschnitt 132a des gestuften Stifts und einer Klemme 33 positioniert. Da die zwei Metallwerkstücke 201, 202 zur Verwendung beim Herstellen des geschweißten Strukturelements der Einpassausführung wie vorstehend dazwischen keinen Stoßbereich aufweisen, wird es notwendig, ein Einspannelement zum Positionieren in der Auf-Ab-Richtung hinzuzufügen und den Positionierungsstift von einem Stift ohne gestuften Abschnitt zu einem gestuften Stift zu ändern.
Verglichen mit dem vorstehenden Herstellungsverfahren für das geschweißte Strukturelement der Einpassausführung kann in dieser Ausführungsform auf das Einspannelement zum Positionieren in der Auf-Ab-Richtung verzichtet werden, so dass es möglich wird, eine Einspannbaugruppe zu vereinfachen und Herstellungskosten zu reduzieren. Zudem ist es im Fall des Verwendens des gestuften Stifts 132 erforderlich, das Einspannelement abhängig von einer Form (Höhenmaß) eines beabsichtigten Strukturelements zu ändern. Diesbezüglich macht es die Verwendung des Stifts 32 ohne gestuften Abschnitt möglich, eine solche Notwendigkeit zu beheben, d. h. eine verbesserte Herstellungsflexibilität vorzusehen.
6 ist eine schematische Darstellung, die den Verbindungsschritt S4 des Aneinanderschweißens der positionierten Metallwerkstücke 11, 21 zeigt. Bei dem Verbindungsschritt S4 wird das Schweißen unter Verwenden einer MAG-Schweißanlage als Beispiel für eine Lichtbogenschweißanlage ausgeführt. In 6 bezeichnen die Bezugszeichen 44 und 45 jeweils einen Schweißdraht und ein Kupferrohr eines Schweißbrenners, und die Bezugszeichen D und M bezeichnen jeweils einen Tropfen und eine Schmelzzone. Das Kupferrohr 45 bedeckt einen Außenumfang des Schweißdrahts 44, während ein unterer Abschnitt des Schweißdrahts 44 freigelassen wird. Um einen Außenumfang des Kupferrohrs 45 ist eine (nicht gezeigte) Keramikisolierschicht vorgesehen, und von einem Spalt zwischen der Isolierschicht und dem Kupferrohr 45 wird ein Mischgas (Schutzgas) aus inertem Gas und Kohlendioxidgas zugeführt. Dann wird ein L-förmiger Stoßbereich F, in dem jeder der zwei Paare der Flansche 13 des ersten Metallwerkstücks 11 und die distalen Ränder 23 der stehenden Wände 22 des zweiten Metallwerkstücks 21 aneinander stoßen, außen Schweißen unterzogen. Das Schweißen wird entlang des Stoßbereichs F in einer axialen Richtung desselben (einer Richtung senkrecht zum Zeichnungsblatt von 6) kontinuierlich durchgeführt.
In diesem Prozess wird das Schweißen ausgeführt, während der Flansch 13 gemäß einer dem Stoßbereich F zugeführten Lichtbogenenergie mit der Schmelzzone M verschmelzt wird. In dem Fall, in dem der zugeführte Schweißenergiebetrag relativ groß ist, wird der Flansch 13 vollständig mit der Schmelzzone M verschmolzen, um den geschweißten Abschnitt 6 zu bilden, wie in 1B und 2B gezeigt ist. In dem Fall, da der Betrag zugeführter Schweißenergie relativ klein ist, wird der Flansch 13 teilweise an die Schmelzzone M geschmolzen und ein Abschnitt des Flansches 13, der ohne Schmelzen zurückbleibt, wird als vorstehendes Teilstück 4 ausgebildet, wie in 1A und 2A gezeigt ist. Der zugeführte Schweißenergiebetrag kann beruhend auf einem an der MAG-Schweißanlage anzulegendem elektrischen Strom, einer Schweißzeit oder dergleichen gesteuert werden.
Zum Vergleich ist in 11 ein Schritt des Schweißens von zwei Metallwerkstücken in einem Herstellungsverfahren für ein herkömmliches geschweißtes Strukturelement (geschweißtes Strukturelement der Ausführung mit zusammengefügten Flanschen oder der Einpassausführung) gezeigt. Während des Schweißens, etwa eines Lichtbogenschweißens, wird Zink in der beschichteten Schicht zusammen mit dem Schweißen verdampft, was die Erzeugung von Zinkgas bewirkt. Da diesbezüglich beim Herstellungsverfahren für das herkömmliche geschweißte Strukturelement ein Abstand eines Kontaktbereichs zwischen den zwei Metallwerkstücken, etwa der zusammengefügten Oberflächen der Flansche oder der gepassten Flächen, relativ lang ist, wird das erzeugte Zinkgas weniger wahrscheinlich aus der Schmelzzone M hin zu einer Seite gegenüber einem Schweißbereich (hin zu dem geschlossenen Querschnitt) abgelassen, so dass in den Metallwerkstücken Gasblasen wahrscheinlicher auftreten.
In dieser Ausführungsform wird dagegen Schweißen entlang des L-förmigen Stoßbereichs F ausgeführt. Da in diesem Fall ein Abstand eines Kontaktbereichs zwischen den Metallwerkstücken 11, 21 nur eine Blechdicke des Metallwerkstücks 21 ist, wird ein solches Zinkgas eher aus der Schmelzzone M nach innen (hin zu dem geschlossenen Querschnitt) abgelassen, so dass es möglich wird, das Auftreten von Gasblasen in den Metallwerkstücken 11, 21 zu unterbinden.
Insbesondere in dem Fall, da Schweißen ausgeführt wird, während unter einer Bedingung, dass der zugeführte Lichtbogenenergiebetrag bei einem relativ großen Wert eingestellt ist, der Flansch 13 vollständig mit der Schmelzzone M verschmolzen wird, wird das Zinkgas von der Schmelzzone M direkt zu dem geschlossenen Querschnitt abgelassen, so dass es möglich wird, das Auftreten von Gasblasen in den Metallwerkstücken 11, 21 effektiver zu unterbinden.
Nachstehend wird ein Beispiel einer Anwendung des geschweißten Strukturelements 10 beschrieben.
7 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs zeigt. Der Hilfsrahmen 50 ist an einem Heck einer Fahrzeugkarosserie eines FF-Fahrzeugs (Fahrzeug mit Frontmotor und Vorderradantrieb) vorgesehen, um eine Mehrlenkerachse mit mehreren Lenkern zum Festlegen einer Position einer Achswelle zu lagern.
Der Hilfsrahmen 50 umfasst: einen vorderen Querträger 51 und einen hinteren Querträger 52, die dazwischen in einer Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs mit einem Abstand dazwischen vorgesehen sind und sich jeweils in einer Fahrzeugbreitenrichtung erstrecken; ein Paar von Seitenelementen 53, mit denen rechte und linke Enden jedes der Querträger 51, 52 verbunden sind und die sich jeweils in der Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs erstrecken; und ein Paar von Kopplungselementen 54, die zwischen den Seitenelementen 53 angeordnet sind, um die Querträger 51, 52 miteinander zu koppeln.
Die Mehrlenkerachse umfasst ein Paar von oberen Lenkern 61, ein Paar von unteren Lenkern 62 und ein Paar von hinteren unteren Lenkern 63 an der rechten und linken Seite des Hilfsrahmens 50. Jeder der Lenker 61, 62 wird von dem vorderen Querträger 51 schwenkbar in einer Auf-Ab-Richtung gelagert, und jeder der hinteren unteren Lenker 63 wird von dem hinteren Querträger 52 schwenkbar in einer Auf-Ab-Richtung gelagert. Jeder der hinteren unteren Lenker 63 weist einen Federsitz 63a auf, und eine Feder, die mit einem Ende an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, ist durch ihr anderes Ende an dem Federsitz 63a befestigt.
Zwei Halterungsabschnitte 53a, 3b sind jeweils an vorderen und hinteren Enden jedes der Seitenelemente 53 vorgesehen, und der Hilfsrahmen 50 ist durch die Halterungsabschnitte 53a, 53b an der Fahrzeugkarosserie angebracht.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Seitenelements 53. Das Seitenelement 53 ist ein Element geschlossenen Querschnitts, das sich in der Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs erstreckt, während es sich in einem ungefähren Bogenverlauf biegt. Somit kann das geschweißte Strukturelement 10 an diesem Seitenelement 53 angebracht werden. D. h. das Seitenelement 53 wird durch Schweißen von zwei Metallelementen 531, 532 hergestellt, wobei die Metallelemente 531, 532 dem ersten Abschnitt 1 bzw. dem zweiten Abschnitt 2 des geschweißten Strukturelements 10 entsprechen. Ein Paar von Durchgangslöchern 53c, die in dem Seitenelement 53 ausgebildet sind, sind Bereiche zum durchsetzenden Einführenlassen des Positionierungsstifts 32 in diese, d. h. entsprechen den Durchgangslöchern 7 des geschweißten Strukturelements 10.
Auch wenn die vorliegende Erfindung beruhend auf der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt ist. Zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen an der Ausführungsform vorgenommen werden können und dass es daher viele Abwandlungen der Ausführungsform gibt. Nachstehend werden einige modifizierte Ausführungsformen beschrieben.
Auch wenn die vorstehende Ausführungsform zum Beispiel beruhend auf einem Beispiel beschrieben wurde, bei dem das geschweißte Strukturelement 10 an einem Seitenelement 53 eines Hilfsrahmens zum Lagern von mehreren Lenkern eines Kraftfahrzeugs angebracht ist, kann die vorliegende Erfindung bei jedem anderen geeigneten geschweißten Strukturelement mit einem geschlossenen Querschnitt, etwa einem frontseitigen Rahmen oder einem heckseitigen Rahmen, in dem Gebiet von Kraftfahrzeugen und Vorratsbehältern und Baumaterialien in anderen Gebieten als dem Gebiet von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Auch wenn die vorstehende Ausführungsform beruhend auf einem Beispiel beschrieben wurde, bei dem das geschweißte Strukturelement 10 ein Element geschlossenen Querschnitts ist, ist das geschweißte Strukturelement nicht unbedingt so ausgelegt, dass es über seine Gesamtlänge einen geschlossenen Querschnitt aufweist, sondern kann so ausgelegt sein, dass es über einen Teil der Gesamtlänge einen geschlossenen Querschnitt aufweist.
Auch wenn die vorstehende Ausführungsform beruhend auf einem Beispiel beschrieben wurde, bei dem das erste Metallwerkstück und das zweite Metallwerkstück unter Nutzen eines Ziehprozesses gepresst werden, kann jeder andere geeignete Formgebungsprozess, etwa ein Pressformprozess, verwendet werden.
Auch wenn die vorstehende Ausführungsform beruhend auf einem Beispiel beschrieben wurde, bei dem Schweißen in einem Zustand ausgeführt wird, in dem das zweite Metallwerkstück 21 mit dem ersten Metallwerkstück 11 in vertikaler Richtung zusammengefügt ist, kann das Schweißen in einem Zustand ausgeführt werden, in dem das erste Metallwerkstück 11 und das zweite Metallwerkstück 21 in horizontaler Richtung zusammengefügt sind.
Auch wenn die vorstehende Ausführungsform beruhend auf einem Beispiel beschrieben wurde, bei dem ein Werkstück (Stahlblechmaterial), das hauptsächlich aus Eisen besteht, als Material für die Metallwerkstücke 11, 21 verwendet wird, kann ein Werkstück, das hauptsächlich aus einem anderen geeigneten Metallmaterial besteht, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch nicht nur bei einem geschweißten Strukturelement, das durch Schweißen von zwei Metallwerkstücken aus jeweils ähnlichen Metallmaterialien erhaltbar ist, verwendet werden, sondern auch bei einem geschweißten Strukturelement, das durch Schweißen von zwei Metallwerkstücken aus jeweils unähnlichen Metallmaterialien erhaltbar ist.
Auch wenn die vorstehende Ausführungsform beruhend auf einem Beispiel beschrieben wurde, bei dem das geschweißte Strukturelement durch Lichtbogenschweißen hergestellt ist, wird das geschweißte Strukturelement durch einen beliebigen anderen geeigneten Schweißprozess wie etwa Laserschweißen hergestellt.
In der vorstehenden Ausführungsform ist das zweite Metallwerkstück 21 im Querschnitt in einer U-Form, die die Bodenwand 24 und das Paar von stehenden Wänden 22 aufweist, ausgebildet. Wie hierin verwendet ist der Begriff ”im Querschnitt in einer U-Form” nicht auf die Form des in den Figuren gezeigten zweiten Metallwerkstücks 21 beschränkt. Zum Beispiel kann das zweite Metallwerkstück 21 im Querschnitt eine Winkelform aufweisen, bei der die Bodenwand 24 und jede der stehenden Wände 22 einander in etwa rechtwinklig schneiden, oder kann eine im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmige oder halbelliptische Form aufweisen, bei der die Bodenwand 24 und jede der stehenden Wände 22 im Allgemeinen durchgehend in einer gleichmäßigen Biegung ausgebildet sind.
Bei der vorstehenden Ausführungsform ist das erste Metallwerkstück 11 im Querschnitt in Hutform ausgebildet, die die Bodenwand 14, das Paar von stehenden Wänden 12 und das Paar von Flanschen 13 aufweist. Wie hierin verwendet ist der Begriff ”im Querschnitt in einer Hutform” nicht auf die Form des in den Figuren gezeigten ersten Metallwerkstücks 11 beschränkt. Zum Beispiel kann ein im Querschnitt U-förmiges Teil (die Bodenwand 14 und die stehenden Wände 12) des ersten Metallwerkstücks 11 mit Ausnahme der Flansche 13 in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben in verschiedenen anderen geeigneten Formen ausgebildet werden.
Schließlich werden markante Merkmale, die in der vorstehenden Ausführungsform offenbart sind, sowie Funktionen/vorteilhafte Wirkungen, die auf den Merkmalen beruhen, nachstehend umrissen.
Die vorstehende Ausführungsform offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturelements, das innen einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Dieses Verfahren umfasst: einen ersten Erzeugungsschritt des Erzeugens eines im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstücks, das eine erste Bodenwand, ein Paar von ersten stehenden Wänden, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der ersten Bodenwand abstehen, und ein Paar von Flanschen, die sich von einem jeweiligen von distalen Rändern der ersten stehenden Wände nach außen biegen, aufweist; einen zweiten Erzeugungsschritt des Erzeugens eines im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks, das eine zweite Bodenwand und ein Paar von zweiten stehenden Wänden aufweist, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der zweiten Bodenwand abstehen, um einen distalen Rand zu haben, der mit einem entsprechenden von inneren Randbereichen des Paars von Flanschen in Kontakt gebracht werden kann; einen Positionierungsschritt des Positionierens des ersten Metallwerkstücks und des Metallwerkstücks in solcher Weise, dass jeder von zwei Paaren der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und die inneren Randbereiche der Flansche aneinander stoßen; und einen Verbindungsschritt des äußeren Schweißens eines Stoßbereichs jedes der Paare der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und der inneren Randbereiche der Flansche, um dadurch das erste Metallwerkstück und das zweite Metallwerkstück miteinander zu verbinden, um den geschlossenen Querschnitt zu bilden.
Das vorstehende Verfahren ermöglicht es, das Auftreten von Gasblasen während des Schweißens zu unterbinden, um die Festigkeit des geschweißten Strukturelements ausreichend sicherzustellen. In dem Fall, da mindestens eines von erstem Metallwerkstück und zweitem Metallwerkstück eine beschichtete Schicht aufweist, neigt im Einzelnen Metallgas, das während des Schweißens durch Verdampfen von beschichtetem Metall erzeugt wird, zu einem Mischen in einer Schmelzzone. Diesbezüglich wird bei diesem Verfahren ein L-förmiger Stoßbereich, in dem jeder der zwei Paare von Flanschen des ersten Metallwerkstücks und die stehenden Wände des zweiten Metallwerkstücks aneinander stoßen, außen Schweißen unterzogen, so dass von der Schmelzzone Metallgas eher nach innen (hin zu dem geschlossenen Querschnitt) abgelassen wird. Dies ermöglicht es, das Auftreten von Gasblasen in dem geschweißten Abschnitt zu unterbinden, um die Festigkeit des geschweißten Abschnitts ausreichend sicherzustellen.
Bei diesem Verfahren ist es nicht erforderlich, die Flansche vollständig in den geschweißten Abschnitt zu schmelzen. D. h. der Verbindungsschritt kann das Schweißen des Stoßbereichs während eines Schmelzens zumindest eines Teils des Flansches an diesen umfassen.
Der erste Erzeugungsschritt umfasst bevorzugt einen Unterschritt des Pressens eines flachen blechartigen Metallwerkstücks im Querschnitt in eine Hutform; und der zweite Erzeugungsschritt umfasst einen ersten Unterschritt des Pressens eines flachen blechartigen Metallwerkstücks im Querschnitt in eine Hutform und einen zweiten Unterschritt des Zurückbiegens eines Flansches eines im Querschnitt hutförmigen Blechs, das durch den ersten Unterschritt gebildet wurde, um das hutförmige Blech im Querschnitt in eine U-Form zu verwandeln.
Verglichen mit dem Fall des Herstellens eines geschweißten Strukturelements der Einpassausführung mithilfe von zwei im Querschnitt U-förmigen Metallwerkstücken kann gemäß diesem Merkmal das im Querschnitt hutförmige erste Metallwerkstück mit einer kleineren Anzahl an Schritten als das im Querschnitt U-förmige zweite Metallwerkstück erzeugt werden, so dass es möglich wird, Herstellungskosten zu reduzieren.
Der Positionierungsschritt umfasst bevorzugt das Übereinanderlegen des ersten Metallwerkstücks und des zweiten Metallwerkstücks und das Pressen von oben auf ein oberes der übereinandergelegten Metallwerkstücke.
In dem Fall, da das erste Metallwerkstück und das Metallwerkstück übereinander gelegt werden und von oben gepresst werden, dient das untere Metallwerkstück als Positionierungselement für das obere Metallwerkstück, so dass es möglich wird, eine Einspannvorrichtung zu vereinfachen, um dadurch die Herstellungskosten zu reduzieren.
Mindestens eines von erstem Metallwerkstück und dem Metallwerkstück kann eine beschichtete Schicht aufweisen.
In dem Fall, da mindestens eines von dem ersten Metallwerkstück und dem Metallwerkstück eine beschichtete Schicht aufweist, ist das Auftreten von Metallgas, das während Schweißen Gasblasen hervorruft, wahrscheinlicher. Die Verwendung dieses Verfahrens macht es aber möglich, das Auftreten solcher Gasblasen zu unterbinden.
Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein geschweißtes Strukturelement, das innen einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Dieses geschweißte Strukturelement umfasst: einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die einander gegenüberliegen, wobei der geschlossene Querschnitt dazwischen liegt; und einen geschweißten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet. Der erste Abschnitt besteht in einem Zustand vor dem Schweißen aus einem im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstück, das eine erste Bodenwand, ein Paar von ersten stehenden Wänden, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der ersten Bodenwand abstehen, und ein Paar von Flanschen, die sich jeweils von einem jeweiligen von distalen Rändern der ersten stehenden Wände nach außen biegen, aufweist, und der zweite Abschnitt besteht in einem Zustand vor dem Schweißen aus einem im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstück, das eine zweite Bodenwand und ein Paar von zweiten stehenden Wänden aufweist, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der zweiten Bodenwand abstehen, um einen distalen Rand zu haben, der mit einem entsprechenden von inneren Randbereichen des Paars von Flanschen in Kontakt gebracht werden kann. Ferner ist der geschweißte Abschnitt durch äußeres Schweißen eines Stoßbereichs, in dem jeder von zwei Paaren der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände und die inneren Randbereiche der Flansche aneinander stoßen, ausgebildet.
Dieses Merkmal macht es möglich, ein geschweißtes Strukturelement hoher Festigkeit mit reduziertem Risiko eines Auftretens von Gasblasen zu verwirklichen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorstehend macht es die vorliegende Erfindung möglich, das Auftreten von Gasblasen während des Schweißens zu unterbinden, um die Festigkeit eines geschweißten Strukturelements ausreichend sicherzustellen. Somit weist die vorliegende Erfindung das Potential auf, in dem Gebiet der industriellen Fertigung von Kraftfahrzeugen, die diese Art von geschweißtem Strukturelement oder dergleichen umfassen, geeignet eingesetzt zu werden.
Diese Anmeldung beruht auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2014-265677 , beim japanischen Patentamt am 26. Dezember 2014 eingereicht, und Nr. 2014-265683 , beim japanischen Patentamt am 26. Dezember 2014 eingereicht, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Auch wenn die vorliegende Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen umfassend beschrieben wurde, versteht sich, dass für den Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen nahe liegen können. Sofern solche Änderungen und Abwandlungen nicht anderweitig vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der nachstehend dargelegt ist, abweichen, sollen sie daher als darin enthalten ausgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003-136243 A [0007, 0008]
JP 2014-265677 [0088]
JP 2014-265683 [0088]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturelements (10), welches innen einen geschlossenen Querschnitt (X) aufweist, umfassend: einen ersten Erzeugungsschritt (S1) des Erzeugens eines im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstücks (11), das eine erste Bodenwand (14), ein Paar von ersten stehenden Wänden (12), die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der ersten Bodenwand (14) abstehen, und ein Paar von Flanschen (13), die sich jeweils von einem jeweiligen von distalen Rändern der ersten stehenden Wände (12) nach außen biegen, aufweist; einen zweiten Erzeugungsschritt (S2) des Erzeugens eines im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks (21), das eine zweite Bodenwand (24) und ein Paar von zweiten stehenden Wänden (22) aufweist, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der zweiten Bodenwand (24) abstehen, um einen distalen Rand zu haben, der mit einem entsprechenden von inneren Randbereichen des Paars von Flanschen (13) in Kontakt bringbar ist; einen Positionierungsschritt (S3) des Positionierens des ersten Metallwerkstücks (11) und des Metallwerkstücks (21) in solcher Weise, dass jeder von zwei Paaren der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände (22) und die inneren Randbereiche der Flansche (13) aneinander stoßen; und und einen Verbindungsschritt (S4) des äußeren Schweißens eines Stoßbereichs (F) jedes der Paare der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände (22) und der inneren Randbereiche der Flansche (13), um dadurch das erste Metallwerkstück (11) und das zweite Metallwerkstück (21) miteinander zu verbinden, um den geschlossenen Querschnitt (X) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsschritt (S4) das Schweißen des Stoßbereichs (F) während eines Schmelzens mindestens eines Teils des Flansches (13) daran umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der erste Erzeugungsschritt (S1) einen Unterschritt (S11) des Pressens eines flachen blechartigen Metallwerkstücks im Querschnitt in eine Hutform umfasst; und der zweite Erzeugungsschritt (S2) einen ersten Unterschritt (S21) des Pressens eines flachen blechartigen Metallwerkstücks im Querschnitt in eine Hutform und einen zweiten Unterschritt (S22) des Zurückbiegens eines Flansches (22a) eines im Querschnitt hutförmigen Blechs, das durch den ersten Unterschritt (S21) gebildet ist, um das hutförmige Blech im Querschnitt in eine U-Form zu verwandeln, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Positionierungsschritt (S3) das Übereinanderlegen des ersten Metallwerkstücks (11) und des Metallwerkstücks (21) und das Pressen von oben auf ein oberes der übereinandergelegten Metallwerkstücke umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eines von: dem erstem Metallwerkstück (11) und dem Metallwerkstück (21) eine beschichtete Schicht aufweist.
Geschweißtes Strukturelement (10), welches innen einen geschlossenen Querschnitt (X) aufweist, umfassend: einen ersten Abschnitt (1) und einen zweiten Abschnitt (2), die einander gegenüberliegen, wobei der geschlossene Querschnitt (X) dazwischen liegt; und einen geschweißten Abschnitt (6), der den ersten Abschnitt (1) und den zweiten Abschnitt (2) miteinander verbindet, wobei: der erste Abschnitt (1) in einem Zustand vor dem Schweißen aus einem im Querschnitt hutförmigen ersten Metallwerkstück (11) besteht, das eine erste Bodenwand (14), ein Paar von ersten stehenden Wänden (12), die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der ersten Bodenwand (14) abstehen, und ein Paar von Flanschen (13), die sich jeweils von einem jeweiligen von distalen Rändern der ersten stehenden Wände (12) nach außen biegen, aufweist; der zweite Abschnitt in einem Zustand vor dem Schweißen aus einem im Querschnitt U-förmigen zweiten Metallwerkstücks (21) besteht, das eine zweite Bodenwand (24) und ein Paar von zweiten stehenden Wänden (22) aufweist, die jeweils von einem jeweiligen von in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern der zweiten Bodenwand (14) abstehen, um einen distalen Rand zu haben, der mit einem entsprechenden von inneren Randbereichen des Paars von Flanschen (13) in Kontakt bringbar ist; und der geschweißte Abschnitt (6) durch äußeres Schweißen eines Stoßbereichs (F), in dem jeder von zwei Paaren der distalen Ränder der zweiten stehenden Wände (22) und die inneren Randbereiche der Flansche (13) aneinander stoßen, gebildet ist.