DE10394337T5

DE10394337T5 - Hilfsrahmen für ein Fahrzeug und Verfahren für dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10394337T5
Application number: DE10394337T
Authority: DE
Inventors: Trygve Ruste
Original assignee: Raufoss Technology AS
Current assignee: Raufoss Technology AS
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2006-10-12
Also published as: US20070187938A1; WO2005049409A1; AU2003288794A1; US7562905B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Hilfsrahmens für ein Fahrzeug, aufweisend das Erzeugen eines Aluminiumprofils (1), wobei das Aluminiumprofil einen ersten Kanal (11) und einen zweiten Kanal (13) mit einem dazwischenliegenden Kanal (12) aufweist, Spalten des ersten Kanals (11) von dem zweiten Kanal (13) in örtlich begrenzten Bereichen durch Entfernen von Wandmaterial von dem dazwischenliegenden Kanal (12), gekennzeichnet durch Entfernen von Teilen des ersten Kanals (11), um dem verbleibenden zweiten Kanal (13) zu ermöglichen, in den Bereichen gebogen zu werden, Formen des Profils in die fertiggestellte Form des Hilfsrahmens, wobei der zweite Kanal (13) einen Last-tragenden Rahmen definiert, und Formen des verbleibenden Teils des ersten Kanals (11) in Montagebeschläge für Radfederungselemente und andere externe Bauteile.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Auto und insbesondere einen leichtgewichtigen Hilfsrahmen, der aus hochfestem Aluminium gemacht ist.

Technischer Hintergrund

Hilfsrahmen werden in modernen Autos als Ankerpunkte für Federungselemente und schwere Antriebselemente verwendet. Insbesondere werden Hilfsrahmen im vorderen Teil des Autos zum Halten der Maschine und der Frontfederungselemente verwendet. Der Hilfsrahmen ist normalerweise ein U-förmiger oder ein rechteckiger geschlossener Rahmen, der aus Stahl oder Aluminium gemacht ist. Normalerweise ist der Rahmen aus einer Anzahl von Strukturelementen gemacht, die zusammengeschweißt sind. Zusätzlich wird eine Anzahl von Beschlägen an den Rahmen geschweißt, um Befestigungspunkte für die Maschine, Steuerungsarme oder Lenkungskomponenten zu bilden. Im Falle einer Aluminiumkonstruktion stellt die Anzahl von Komponenten, die verschweißt werden müssen, eine Herausforderung dar, da die einzelnen Komponenten mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden müssen, um automatische Schweißroboter zu verwenden. An den Schweißpunkten sind Spalte von maximal 0,2 mm erlaubt. Diese Hoch-Präzision-Herstellungsverfahren sind von begrenztem Wert bei dem fertigen Produkt, d. h. der Hilfsrahmen wird selbst an solchen Stellen mit engen Toleranzen hergestellt, bei denen es für die Funktion des Rahmens unnötig ist, trägt aber zu hohen Produktionskosten bei.

Ein mögliches Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik ist, ein Profil mit quadratischem Querschnitt zu verwenden und vier verschiedene Komponenten zu produzieren und diese Komponenten zusammen in den fertigen Rahmen zu verschweißen. Anschließend muss eine Anzahl von Montagedetails, wie z. B. Maschinenmontagebeschläge, an den Rahmen geschweißt werden. Das Fertigen der einzelnen Komponenten des Rahmens bedeutet, dass eine Menge von Material verschwendet wird. In einem typischen Beispiel benötigt ein Rahmen von etwa 8 bis 8,5 kg fertiggestellten Gewichts etwa 20 kg Roh-Aluminiummaterial. Dies bedeutet, dass etwa 11,5 bis 12 kg verschwendet werden. Außerdem sind die Schweißnähte potentielle Schwachpunkte, da der Schweißvorgang die Struktur des Aluminiums beeinträchtigt.

Die japanische Patentanmeldung 59041737 beschreibt einen Rahmen für ein Motorrad, der aus einem Mehrfach-Kammer-Profil hergestellt ist, wahrscheinlich in Aluminium. Das Profil wird an den Enden, zwischen den Kammern, aufgespalten und in einen Rahmen gebogen. Dieses Teil wird jedoch mit Gusselementen ergänzt, die an dieses geschweißt werden, sowie durch eine Mehrzahl von Montageklammern, die an den Rahmen geschweißt oder genietet werden. Sekundärkanäle werden als Verstärkungselemente/Last-tragende Elemente in der Gesamtrahmenkonstruktion verwendet.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Hilfsrahmens für ein Fahrzeug mit niedrigeren Produktionskosten als bei herkömmlichen Verfahren bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren zum Bilden eines Hilfsrahmens bereitzustellen, das weniger Schweißvorgänge beinhaltet, verglichen mit herkömmlichen Verfahren, und das vorzugsweise überhaupt kein Schweißen beinhaltet.

Es ist noch eine weiter Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, das eine bessere Ausbeute verwendeten Rohmaterials ergibt. Typischerweise enden etwa 85 bis 90% des Rohmaterials, in diesem Fall ein Aluminiumprofil, in dem fertiggestellten Produkt.

Diese Aufgaben werden in einem Verfahren zum Herstellen eines Hilfsrahmens erreicht, wie es in den beigefügten Patentansprüchen 1 und 5 definiert ist, sowie mit dem fertigen Hilfsrahmen, wie er in Anspruch 6 definiert ist. Die Erfindung umfasst auch ein speziell für die Herstellung des Hilfsrahmens designtes Aluminiumprofil. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden aus den folgenden abhängigen Ansprüchen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nun beschrieben, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines Hilfsrahmens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist eine Draufsicht desselben Hilfsrahmens.
3 ist ein Querschnitt durch ein speziell designtes Aluminiumprofil für die Herstellung des erfindungsgemäßen Hilfsrahmens.
4 zeigt, wie dieses spezielle Profil in zwei Teile gespalten werden kann durch Wegschneiden von Teilen des Profils in örtlich begrenzten Bereichen,
5 ist eine schematische Sequenz, die einige der Schritte zeigt, die während der Herstellung des erfindungsgemäßen Hilfsrahmens durchgeführt werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt einen Hilfsrahmen, der aus einem speziellen Drei-Kanal-Aluminiumprofil 1 gemacht ist. Der Rahmen besteht aus einem Profil, das in einen rechteckigen Rahmen gebogen ist, der an der Verbindungsstelle durch eine Klammer 5 zusammengehalten ist. Die Verwendung dieser separaten Klammer ermöglicht, dass die Breite des Rahmens angepasst werden kann. Außerdem wird die Zahnstangenanordnung des Lenkgetriebes an diese Klammer montiert. Der Rahmen ist an dem Chassis an Montagepunkten 4 befestigt und trägt die Maschine in Montagebeschlägen 3. Die kurzen Arme, die die Montagepunkte 4 halten, sind leicht weg von dem Rahmen gebogen, damit sie sich in einer kontrollierten Weise deformieren, für den Fall, dass das Fahrzeug eine Kollision erleidet. Die Montagepunkte 2 sind zum Halten der Steuerungsarme vorgesehen. Diese Montagepunkte 2 sind mit engen Toleranzen gearbeitet und sind einige der wenigen Teile des Hilfsrahmens, die mit hoher Präzision produziert sind.
3 zeigt das spezielle Aluminiumprofil, das für die Herstellung dieses Hilfsrahmens verwendet wird. Im Querschnitt weist das Profil drei Kanäle 11, 12, 13 auf. Alternativ kann das Profil derart angesehen werden, dass es aus einem ersten Kanal 11, der durch die Seitenwände 17, 18, 24 und 14 gebildet ist, und einem zweiten Kanal, der durch die Seitenwände 20, 21, 22 und 25 gebildet ist, besteht. Diese Kanäle sind durch erhöhte Kanten 19 und 23 zusammengehalten. Durch Entfernen dieser Kanten in örtlich begrenzten Bereichen kann das Profil in zwei separate Kanäle 11 und 13 aufgespalten werden. Diese Kanten können mit einem Messer weggeschnitten werden, wie in 4 gezeigt, oder weggeschliffen werden. 4 veranschaulicht die Kanten 19, 23, die über die Ebene der jeweils umgebenden Seitenwände 18, 20 und 14, 22 ragen. Dies dient dem einfachen Entfernen der Kanten durch ein Messer oder durch Schleifen. Es ist jedoch auch möglich, diese Kanten zu vermeiden und die Kanäle 11, 13 durch Schneiden in das Material, z. B. mit einer Säge, zu separieren.
Es ist jedoch bevorzugt, ein Profil mit Kanten 19, 23 zu verwenden und ein Messer zu verwenden, um überschüssiges Material zu entfernen, da bei diesem Verfahren die Erzeugung von Aluminiumschnipseln vermieden wird, was einen nachfolgenden Reinigungsschritt unnötig macht.
Die Kernidee der vorliegenden Erfindung ist, die Funktionen des Rahmens zwischen den zwei Kanälen aufzuteilen, indem dem einen Kanal die Funktion des Tragens der Last zugeordnet wird, wohingegen Montagepunkte an dem anderen Kanal konzentriert sind. Bei dem in 1 gezeigten Rahmen trägt der Kanal 13 die Last und bildet den eigentlichen Rahmen. Es werden keine Schnitte in diesen Kanal gemacht und er wird als geschlossene Struktur bewahrt. Der andere Kanal wird verwendet zum Bilden der Beschläge durch Schneiden, Biegen und Bearbeiten in lokale Punkte. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Seitenwände 15, 24 des linken Kanals 11 mit verdickten Abschnitten 16, 26 versehen. Die verdickten Abschnitte 16, 26 sind enthalten, um das Profil in Bereichen zu verstärken, in denen hohe Kräfte auf den Arm ausgeübt werden, wie z. B. in den Montagepunkten für die Steuerungsarme 2.
In 1 ist jedoch eine Abweichung von diesem Separationsprinzip gezeigt, da zwei Beschläge 3 an dem inneren, Last-tragenden Kanal 13 ausgebildet wurden.
Die gestrichelten Linien veranschaulichen, wie die Maschinenmontagebeschläge durch Zusammendrücken eines Teils des rechten Kanals 13 erzeugt werden können. Auf diese Weise bleibt die durchgehende Struktur des Kanals bewahrt.
5 wurde beigefügt, um das prinzipielle Verfahren zu zeigen, das verwendet wird, wenn der Hilfsrahmen erzeugt wird. Die Figur zeigt die einzelnen Schritte, die durchgeführt werden, wenn das Knie innerhalb des umkreisten Bereichs in 2 gebildet wird. Es ist natürlich unmöglich, das Drei-Kanal-Profil, so wie es ist, zu biegen.
5 zeigt ein Rohprofil in Draufsicht. In Schritt b wurde ein Teil der Kante 19 in einem räumlich begrenzten Bereich entfernt. In Schritt c wurden Teile des Kanals 13 weggeschnitten. Da es nur einen in diesem Bereich verbleibenden Kanal gibt, kann das Profil gebogen werden, Schritt d. In anschließenden Schritten wird der abragende Bereich 2 in einen Montagepunkt für einen Steuerungsarm gearbeitet.
Obwohl der in 1 gezeigte Hilfsrahmen, der aus einem in 3 gezeigten Profil erzeugt ist, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, sind viele Modifikationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich. Die erste Modifikation, die einem in den Sinn kommt, betrifft das Schließen der Rahmenstruktur. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird dies erreicht mittels einer separaten Klammer 5, die die Enden des Hilfsrahmens überbrückt. Diese Klammer wird an die Enden des Rahmens geschraubt oder genagelt. Diese Klammer kann jedoch einfach weggelassen werden und die Enden zusammengeschweißt werden. Diese Lösung bietet sich für diejenigen Fälle an, bei denen keine Komponenten an den Hilfsrahmen in diesem Bereich montiert werden sollen.
Eine weitere Variation ist, den Hilfsrahmen als eine U-förmige Struktur, nach hinten offen, auszubilden, und den Hilfsrahmen mit einem Querelement, das die Öffnung überspannt, zu schließen.
Es ist auch möglich, den Hilfsrahmen aus einem weniger komplizierten Profil zu erzeugen, d. h., einem Profil mit nur zwei Kanälen, und den dazwischenliegenden „Spalt"-Kanal wegzulassen. Wenn Kanten vorhanden sind, treten sie in den Wänden eines der Kanäle auf. Ein Spalten des Profils führt zu einem Kanal, der geschlossen ist (im Querschnitt), und einem Kanal, der U-förmig ist.
Da es wichtig ist, den Last-tragenden Kanal intakt zu halten, sollte dieser aus dem geschlossenen Kanal gebildet werden. Beschläge und Montagepunkte werden dann in dem U-Kanal ausgebildet.
Zusammenfassung
Ein quadratisch geformter Hilfsrahmen für ein Fahrzeug, der aus einem speziell designten Aluminiumprofil (1) hergestellt ist. Das Profil weist einen ersten und einen zweiten Kanal (11, 13) auf, die durch einen dazwischenliegenden Kanal (12) getrennt sind. Der erste und der zweite Kanal (11, 13) sind in räumlich begrenzten Bereichen durch Entfernen von Wandmaterial von dem dazwischenliegenden Kanal (12) getrennt. Dann wird das Profil (1) in einen U-förmigen oder rechteckigen, geschlossenen Rahmen gebogen, wobei der zweite Kanal (13) einen Last-tragenden Rahmen definiert. Der erste Kanal (11) wird in Montagebeschläge für Steuerungsarme etc. bearbeitet.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Hilfsrahmens für ein Fahrzeug, aufweisend das Erzeugen eines Aluminiumprofils (1), wobei das Aluminiumprofil einen ersten Kanal (11) und einen zweiten Kanal (13) mit einem dazwischenliegenden Kanal (12) aufweist, Spalten des ersten Kanals (11) von dem zweiten Kanal (13) in örtlich begrenzten Bereichen durch Entfernen von Wandmaterial von dem dazwischenliegenden Kanal (12), gekennzeichnet durch Entfernen von Teilen des ersten Kanals (11), um dem verbleibenden zweiten Kanal (13) zu ermöglichen, in den Bereichen gebogen zu werden, Formen des Profils in die fertiggestellte Form des Hilfsrahmens, wobei der zweite Kanal (13) einen Last-tragenden Rahmen definiert, und Formen des verbleibenden Teils des ersten Kanals (11) in Montagebeschläge für Radfederungselemente und andere externe Bauteile.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dazwischenliegende Kanal (12) außerhalb des benachbarten ersten (11) und zweiten (13) Kanals in Kanten (19, 29) ragt, und, wenn das Profil gespalten wird, Entfernen der Kanten mit einem Messer.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil gespalten und in vier Bereichen Material entfernt wird, was dem Profil ermöglicht, in eine quadratische Rahmenstruktur gebogen zu werden, und Schließen des Rahmens durch Zusammenschweißen gegenüberliegender Enden des Profils.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil in eine U-förmige Struktur gebogen wird, die geschlossen ist mit einem Querelement, das die Enden des zweiten Kanals (13) überspannt.
Verfahren zum Herstellen eines Hilfsrahmens für ein Fahrzeug, aufweisend ein Erzeugen eines Aluminiumprofils (1), wobei das Aluminiumprofil einen ersten Kanal (11) und einen zweiten Kanal (13) aufweist, Spalten des ersten Kanals (11) von dem zweiten Kanal (13) in räumlich begrenzten Bereichen durch Entfernen von Wandmaterial von dem ersten Kanal und Intaktlassen des zweiten Kanals (13), gekennzeichnet durch Entfernen von Teilen des ersten Kanals (11), um dem verbleibenden zweiten Kanal (13) zu ermöglichen, in den Bereichen gebogen zu werden, Formen des Profils in die fertiggestellte Form des Hilfsrahmens, wobei der zweite Kanal (13) einen Last-tragenden Rahmen definiert, und Ausbilden des ersten Kanals (11) in Montagebeschläge für Radfederungselemente oder andere externe Bauteile.
Hilfsrahmen für ein Fahrzeug, aufweisend ein Aluminiumprofil (1), aufweisend einen ersten Kanal (11) und einen zweiten Kanal (13) mit einem dazwischenliegenden Kanal (12), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kanal (13) einen Last-tragenden Rahmen bildet, wobei der erste Kanal (11) in Montagebeschläge für Radfederungselemente und andere externe Bauteile ausgebildet ist.
Hilfsrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil eine quadratische Rahmenstruktur bildet, die durch Aneinanderschweißen gegenüberliegender Enden des Profils geschlossen ist.
Hilfsrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil eine U-förmige Struktur bildet.
Hilfsrahmen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Struktur mit einem Querelement, das die Enden des Profils überspannt, geschlossen ist.
Aluminiumprofil, aufweisend einen ersten Kanal (11) und einen zweiten Kanal (13) mit einem dazwischenliegenden Kanal (12), dadurch gekennzeichnet, dass der dazwischenliegende Kanal (12) außerhalb des benachbarten ersten (11) und zweiten (13) Kanals in Kanten (19, 29) ragt.