DE102018120416A1

DE102018120416A1 - Fahrzeugrahmenstruktur und verfahren zur montage mittels eines strukturklebstoffs

Info

Publication number: DE102018120416A1
Application number: DE102018120416.7A
Authority: DE
Inventors: Balbir S. Sangha; Fred M. Marquardt; Len V. Peschansky; Joseph M. Madafferi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109421837A; US20190061834A1

Abstract

Eine Fahrzeugrahmenstruktur beinhaltet eine Greiferanordnung, ein drittes Element und einen Strukturklebstoff. Die Greiferanordnung beinhaltet ein erstes Element mit einer ersten konkaven Fläche und ein zweites Element mit einer zweiten konkaven Fläche. Das dritte Element beinhaltet eine konvexe Fläche gegenüber der ersten und zweiten konkaven Fläche. Der Strukturklebstoff ist zwischen und in Kontakt mit der ersten konkaven Fläche und der konvexen Fläche sowie zwischen und in Kontakt mit der zweiten konkaven Fläche und der konvexen Fläche angeordnet.

Description

EINLEITUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugrahmenstruktur, insbesondere auf Fahrzeugrahmenstrukturen unter Verwendung von Strukturklebstoffen und einem Montageverfahren.
Herkömmliche Fahrzeugrahmenstrukturen verfügen über verschiedene Komponenten, die aus einem gemeinsamen Material (z. B. Stahl, Aluminium) bestehen und über traditionelle Verfahren wie Schweißen und mechanische Befestigungen miteinander verbunden sind. Derartige Montageverfahren und eingeschränkte Materialwahlen sind möglicherweise nicht geeignet, um die Herstellungskosten und das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Darüber hinaus können diese Verfahren die Gestaltungsmöglichkeiten einschränken, die sich auf die Gesamtleistung und Effizienz des Fahrzeugs auswirken können.
KURZDARSTELLUNG
Eine Fahrzeugrahmenstruktur gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Greiferanordnung, ein drittes Element und einen Strukturklebstoff. Die Greiferanordnung beinhaltet ein erstes Element mit einer ersten konkaven Fläche und ein zweites Element mit einer zweiten konkaven Fläche. Das dritte Element weist eine konvexe Fläche gegenüber der ersten und zweiten konkaven Fläche auf. Der Strukturklebstoff wird zwischen der ersten konkaven Fläche und der konvexen Fläche angeordnet. Darüber hinaus wird der Strukturklebstoff zwischen der zweiten konkaven Fläche und der konvexen Fläche angeordnet.
Zusätzlich zu der vorhergehenden Ausführungsform ist die konvexe Fläche in Umfangsrichtung durchgehend.
Alternativ oder zusätzlich dazu erstrecken sich die ersten und zweiten konkaven Flächen in der vorhergehenden Ausführungsform in Umfangsrichtung um die konvexe Fläche.
Alternativ oder zusätzlich dazu beinhaltet das dritte Element in der vorhergehenden Ausführungsform einen Mittelpunkt und die ersten und zweiten konkaven Flächen sind einander in Bezug auf den Mittelpunkt diametral gegenüberliegend.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist das dritte Element in der vorhergehenden Ausführungsform ein längliches Element, das sich entlang einer Mittellinie erstreckt, die sich durch den Mittelpunkt erstreckt.
Alternativ oder zusätzlich dazu bestehen die Greiferanordnung und das dritte Element in der vorhergehenden Ausführungsform aus unterschiedlichen Materialien.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Greiferanordnung in der vorhergehenden Ausführungsform ein Knoten und das dritte Element eines von einer Vielzahl von dritten Elementen, die jeweils über den Strukturklebstoff mit dem Knoten verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Fahrzeugrahmenstruktur in der vorhergehenden Ausführungsform ein Motorträger.
Alternativ oder zusätzlich dazu besteht der Knoten in der vorhergehenden Ausführungsform aus Aluminium und die Vielzahl der dritten Elemente aus Stahl.
Alternativ oder zusätzlich dazu beinhaltet das erste Element in der vorhergehenden Ausführungsform eine Basisfläche, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten konkaven Fläche angeordnet ist, und das zweite Element beinhaltet ein Flanschsegment, das über den Strukturklebstoff an der Basisfläche haftet.
Alternativ oder zusätzlich dazu beinhaltet die Fahrzeugrahmenstruktur in der vorhergehenden Ausführungsform ein viertes Element mit einer vierten konvexen Fläche, worin die Greiferanordnung ein fünftes Element beinhaltet, das eine fünfte konkave Fläche trägt, und worin das erste Element einen Basisabschnitt, einen ersten Anschlagbereich, der aus dem Basisabschnitt herausragt und die erste konkave Fläche trägt, und einen zweiten Anschlagbereich, der aus dem Basisabschnitt herausragt und eine vierte konkave Fläche trägt, beinhaltet und worin die vierte und fünfte konkave Fläche über den Strukturklebstoff an der vierten konvexen Fläche befestigt sind.
Verfahren zur Montage einer Fahrzeugrahmenstruktur eines Fahrzeugs gemäß einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform, umfassend das Anbringen eines Strukturklebstoffs auf mindestens einer konkaven Fläche, die durch die Greiferanordnung getragen wird, und einer konvexen Fläche, die durch das Element getragen wird. Nach dem Platzieren wird die Greiferanordnung in einer radialen Richtung nach innen gerichtet, um den Strukturklebstoff zwischen der Greiferanordnung und der konvexen Fläche zu komprimieren und gleichzeitig das Wischen des Klebstoffs zu minimieren.
Zusätzlich zu der vorhergehenden Ausführungsform beinhaltet die Greiferanordnung diametral gegenüberliegende erste und zweite Elemente mit jeweils einer ersten und einer zweiten konkaven Fläche der konkaven Fläche.
Alternativ oder zusätzlich dazu beinhaltet die Ausrichtung der Greiferanordnung in einer radialen Richtung nach innen in der vorhergehenden Ausführungsform das Verbinden der ersten konkaven Fläche mit der konvexen Fläche und das Verbinden der zweiten konkaven Fläche mit der konvexen Fläche.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist die konvexe Fläche in der vorstehenden Ausführungsform in Umfangsrichtung durchgehend.
Alternativ oder zusätzlich dazu erstrecken sich die ersten und zweiten konkaven Flächen in der vorhergehenden Ausführungsform um die konvexe Fläche.
Alternativ oder zusätzlich dazu beinhaltet das Verfahren in der vorhergehenden Ausführungsform die Anwendung von Wärme zur Aushärtung des Strukturklebstoffs.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die Zeichnungen bezieht, in denen gilt:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugrahmenstruktur als eine nicht einschränkende, exemplarische Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine vergrößerte, zerlegte perspektivische Draufsicht auf die Fahrzeugrahmenstruktur am Kreis 2 von 1;
3 ist eine vergrößerte, zusammengesetzte Unteransicht der Fahrzeugrahmenstruktur;
4 ist eine Draufsicht auf eine Greiferanordnung der Fahrzeugrahmenstruktur;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Montage der Fahrgestellbaugruppe darstellt;
6 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Fahrgestellbaugruppe; und
7 ist eine zusammengesetzte perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform der Fahrgestellbaugruppe.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Unter Bezugnahme auf 1 und gemäß einer exemplarischen Ausführungsform kann eine Fahrzeugrahmenstruktur 20 einen Artikel 22 und ein Element 24 beinhalten, die durch einen Strukturklebstoff 26 zusammengeklebt sind (siehe 2). In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Fahrzeugrahmenstruktur 20 ein Motorträger und Artikel 22 ein Verbindungsknoten oder eine Greiferanordnung sein. Der Motorträger 20 kann mehrere Elemente 24 (d. h. vier veranschaulichte) beinhalten, die durch mehrere Greiferanordnungen 22 (d. h. vier veranschaulichte) miteinander verbunden sind. Jedes Element 24 kann rohrförmig sein und/oder sich entlang der jeweiligen Mittellinien C erstrecken, die sich im Allgemeinen an den zugehörigen Knoten 22 schneiden können. In weiteren Ausführungsformen kann die Fahrzeugrahmenstruktur 20 aus Längsträgern, Querträgern und anderen Konstruktionen bestehen, die durch den Strukturklebstoff 26 mit mehreren Komponenten miteinander verklebt sind. Ein nicht einschränkendes Beispiel für den Strukturklebstoff 26 kann ein Epoxidharz sein, das thermisch ausgehärtet werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann die Greiferanordnung 22 ein erstes Element 28 und mindestens ein zweites Element 30 (d. h. zwei veranschaulichte) beinhalten. Das erste Element 28 kann einen Basisabschnitt 32 und mindestens einen Widerlagerabschnitt 34 (d. h. zwei veranschaulichte) beinhalten, die von den jeweiligen Basisflächen 36, die vom Basisabschnitt 32 getragen werden, nach außen vorstehen. Jeder Widerlagerabschnitt 34 trägt eine konkave Fläche 38, die im Wesentlichen normal zur Basisfläche 36 verlaufen kann. Bei der Montage der Fahrzeugrahmenstruktur 20 kann im Allgemeinen ein in Bezug auf den Widerlagerabschnitt 34 ausgerichteter Mittelpunkt P innerhalb der Mittellinie C des jeweiligen Elements 24 liegen. Die konkave Fläche 38 zeigt radial nach innen und ist im Wesentlichen symmetrisch zum Mittelpunkt P.
Unter Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 ist das zweite Element 30 vor der Montage vom ersten Element 28 getrennt. Das zweite Element 30 kann ein Mittelsegment 40, gegenüberliegende Laschensegmente 42, 44 und ein Flanschsegment 46 beinhalten. Die Laschensegmente 42, 44 können von gegenüberliegenden Endabschnitten des mittleren Segments 40 und in Bezug auf den Mittelpunkt P (d. h. im montierten Zustand) im Wesentlichen radial nach außen vorstehen. Das mittlere Segment 40 trägt eine konkave Fläche 48, die im montierten Zustand radial nach innen zeigt und im Allgemeinen symmetrisch zum Mittelpunkt P ausgerichtet ist. Das Flanschsegment 46 ist im Allgemeinen verlängert, erstreckt sich in Längsrichtung in Bezug auf die Mittellinie C (d. h. im montierten Zustand) und ragt radial nach außen aus dem mittleren Segment 40 heraus. In einer Ausführungsform können Endabschnitte des Flanschsegments 46 an den jeweiligen Laschensegmenten 42, 44 befestigt werden.
Das Element 24, das ein rohrförmiges Element sein kann, trägt eine konvexe Fläche 50, die in Bezug auf die Mittellinie C radial nach außen gerichtet ist. In einer Ausführungsform kann die konvexe Fläche 50 in Umfangsrichtung durchgehend sein. Ebenso können die konkave Fläche 38 des Widerlagerabschnitts 34 und die konkave Fläche 48 des mittleren Segments 40 jeweils um etwa 180 Grad umlaufend umspannen. Im montierten Zustand kann die kombinierte konkave Fläche 38, 48 in Umfangsrichtung durchgehend sein.
Wenn die Fahrzeugrahmenstruktur 20 vollständig montiert ist, wird ein Abschnitt der konvexen Fläche 50 des Elements 24 (z. B. rohrförmiges Element) und die gegenüberliegende konkave Fläche 38 des Widerlagerabschnitts 34 des Elements 28 durch den Strukturklebstoff 26 miteinander verklebt. Ebenso wird ein weiterer Abschnitt der konvexen Fläche 50 des Elements 24 und der gegenüberliegenden konkaven Fläche 48 des mittleren Segments 40 des Elements 30 durch den Strukturklebstoff 26 miteinander verklebt. Weiterhin kann das Flanschsegment 46 des Elements 30 auf die Basisfläche 36 des Basisabschnitts 32 des Elements 28 geklebt werden, während die Laschensegmente 42, 44 auf gegenüberliegenden Endabschnitten der konkaven Fläche 38 des Widerlagerabschnitts 34 des Elements 28 geklebt werden können.
Die Elemente 24, 28, 30 können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. In einer Ausführungsform kann der Knoten oder die Greiferanordnung 22 (d. h. beide Elemente 28, 30) aus einer Aluminiumlegierung und das rohrförmige Element 24 aus Stahl hergestellt sein. Weiterhin kann das Element 28 der Greiferanordnung 22 gegossen werden, und das Element 30 der Greiferanordnung 22 kann je nach Profil oder Form gestanzt oder gegossen werden. Das Element 24 kann als rohrförmiges Element in zwei getrennte und verlängerte Teile gestanzt werden, die entlang zweier Längsnähte 56 verbunden werden können (siehe 3). In weiteren Ausführungsformen können verschiedene Komponenten aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 5 veranschaulicht ein Flussdiagramm ein Verfahren 100 zur Montage der Fahrzeugrahmenstruktur 20. Bei Block 102 kann der Strukturklebstoff 26 auf mindestens einen Abschnitt der konvexen Fläche des rohrförmigen Elements 24 aufgetragen werden, der im Allgemeinen der konkaven Fläche 38 des Widerlagerabschnitts 34 gegenüberliegt. Bei Block 104 kann das Element 28 der Greiferanordnung 22 in einer Verbindungsrichtung (siehe Pfeil 52 in 2), die im Wesentlichen normal zur Mittellinie C verläuft, gegen das rohrförmige Element 24 bewegt und gedrückt werden. Nach dem Verpressen wird der Strukturklebstoff 26 radial zwischen der konkaven Fläche 38 und der konvexen Fläche 50 angeordnet und mit minimalem Klebstoffabrieb verklebt, was andernfalls zu Klebstoffabfall, zusätzlichem Gewicht und/oder verminderter Klebeleistung führen würde.
Bei Block 106 kann der Strukturklebstoff 26 auf den verbleibenden (d. h. freiliegenden) Abschnitt der konvexen Fläche des rohrförmigen Elements 24 oder auf die konkave Fläche 48 des mittleren Segments 40 aufgebracht werden. Weiterer Klebstoff 26 kann auf die Laschen 42, 44 und, wenn das Element 30 das Flanschsegment 46 aufweist, auf das Flanschsegment 46 aufgebracht werden. Bei Block 108 kann das Element 30 der Greiferanordnung 22 in Richtung und verpresst gegen das rohrförmige Element 24 in einer Verbindungsrichtung (siehe Pfeil 54 in 3) bewegt werden, die einen ersten Vektor oder eine Komponente beinhaltet, die im Wesentlichen normal zur Mittellinie C ist (d. h. radial) und einen zweiten Vektor oder eine Komponente, die im Wesentlichen normal zur Basisfläche 36 ist (d. h. axial), um das übermäßige Wischen des Klebstoffs zu reduzieren.
Nach dem Verpressen wird der Strukturklebstoff 26 radial zwischen der konkaven Fläche 48 und der konvexen Fläche 50, dem Flanschsegment 46 und der Basisfläche 36 sowie den Laschen 42, 44 und der konkaven Fläche 38 angeordnet und verklebt. Beide Verbindungsrichtungen 52, 54 können als Diagonalrichtungen bezeichnet werden. Bei Block 110 kann zum Aushärten des Strukturklebstoffs 26 Wärme auf die Fahrzeugrahmenstruktur 20 aufgebracht werden. In einem Beispiel kann die Wärme im Rahmen eines Elektrobeschichtungsverfahrens aufgebracht werden. Es wird erwogen und verstanden, dass die Verbindung des Knotens 22 mit dem rohrförmigen Element 24 auf Steifigkeit und Festigkeit skalierbar und abstimmbar sein kann. Es versteht sich weiterhin, dass verschiedene Verbindungselemente an verschiedenen Stellen zwischen den Elementen 24, 28, 30 befestigt werden können, um die Festigkeit zu erhöhen und die Ermüdungs- und Langlebigkeitseigenschaften zu verbessern.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform einer Fahrzeugrahmenstruktur veranschaulicht, worin Elemente, die denen der ersten Ausführungsform gleichen, identische Bezugszeichen haben, mit Ausnahme der Hinzufügung eines Hochkommasuffixes. Die Greiferanordnung 22' kann erste und zweite Elemente 28', 30' mit jeweils konkaven Flächen 38', 48', die im Verhältnis zur Mittellinie C radial nach innen zeigen, beinhalten. Das rohrförmige Element 24' kann eine in Umfangsrichtung durchgehende konvexe Fläche 50' tragen. Auf die konvexe Fläche 50' kann ein Strukturklebstoff 26' aufgetragen werden und die Elemente 28', 30' können jeweils in den entsprechenden Verbindungsrichtungen 52', 54' zum rohrförmigen Element 24' bewegt werden. Die Verbindungsrichtungen 52', 54' können entgegengesetzte oder gegenüberliegende, radial nach innen gerichtete Richtungen sein. In einem Beispiel können zwei getrennte Längshälften des rohrförmigen Elements 24' gestanzt und dann miteinander verbunden werden, um das rohrförmige Element 24' zu bilden. Alternativ kann das rohrförmige Element 24' auch im Rollformverfahren hergestellt werden. Im gleichen Beispiel können die Elemente 28', 30' der Greiferanordnung 22' durch einen Prägeprozess individuell gebildet werden.
Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung bestehen darin, dass unterschiedliche Materialien als Teil einer Fahrzeugrahmenstruktur verbunden werden können und dass ein Strukturklebstoff mit reduziertem Wischen während der Montage verwendet wird.
Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, aber alle Ausführungsformen beinhaltet, die in deren Umfang fallen.

Claims

Fahrzeugrahmenstruktur für ein Fahrzeug, umfassend: eine Greiferanordnung mit einem ersten Element mit einer ersten konkaven Fläche und einem zweiten Element mit einer zweiten konkaven Fläche; ein drittes Element mit einer konvexen Fläche gegenüber der ersten und zweiten konkaven Fläche; und einen Strukturklebstoff, der zwischen und in Kontakt mit der ersten konkaven Fläche und der konvexen Fläche und zwischen und in Kontakt mit der zweiten konkaven Fläche und der konvexen Fläche angeordnet ist.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 1, worin die konvexe Fläche in Umfangsrichtung durchgehend ist.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 2, worin sich die ersten und die zweiten konkaven Flächen in Umfangsrichtung um die konvexe Fläche erstrecken.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 3, worin das dritte Element einen Mittelpunkt beinhaltet und die ersten und zweiten konkaven Flächen in Bezug auf den Mittelpunkt einander diametral entgegengesetzt sind.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 4, worin das dritte Element ein längliches Element ist, das sich entlang einer Mittellinie erstreckt, die sich durch den Mittelpunkt erstreckt.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 1, worin die Greiferanordnung und das dritte Element aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 6, worin die Greiferanordnung ein Knoten ist und das dritte Element eines von einer Vielzahl von dritten Elementen ist, die jeweils mit dem Knoten über den Strukturklebstoff verbunden sind.
Fahrzeugrahmenstruktur nach Anspruch 7, worin die Fahrzeugrahmenstruktur ein Motorträger ist.
Verfahren zur Montage einer Fahrzeugrahmenstruktur, umfassend: Aufbringen eines Strukturklebstoffs auf mindestens eine konkave Fläche, die durch die Greiferanordnung getragen wird, und eine konvexe Fläche, die durch das Element getragen wird; und Richten der Greiferanordnung in eine radial nach innen gerichtete Richtung, um den Strukturklebstoff zwischen der Greiferanordnung und der konvexen Fläche zu komprimieren und gleichzeitig das Wischen des Klebstoffs zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Greiferanordnung diametral gegenüberliegende erste und zweite Elemente aufweist, die jeweils eine erste und eine zweite konkave Fläche der konkaven Fläche aufweisen.