DE19802396A1 - Mittels Hydroforming ausgebildete Motorplattform und Querträger für Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung - Google Patents
Mittels Hydroforming ausgebildete Motorplattform und Querträger für Fahrzeugkarosserie- und RahmenanordnungInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit Karosserie- und
Rahmenanordnungen für Fahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die
Erfindung auf eine Weiterentwicklung für eine kombinierte Anord
nung aus Motorplattform und Querträger zum Einsatz bei einer
Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung.
Alle Landfahrzeuge im allgemeinen Einsatz, wie Kraftfahrzeuge,
Lieferwagen und Lastwagen, umfassen eine Karosserie- und Rahmen
anordnung, welche auf einer Mehrzahl von mit dem Untergrund
zusammenarbeitenden Rädern über ein Federungssystem abgestützt
ist. Die Auslegungsformen von üblichen Karosserie- und Rahmen
anordnungen können im allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt
werden, nämlich eine gesonderte Auslegung und eine vereinheit
lichte bzw. selbsttragende Auslegung. Bei einer typischen geson
derten Karosserie- und Rahmenanordnung sind die Baukomponenten
des Karosserieteils und des Rahmenteils gesondert und unabhängig
voneinander. Beim Zusammenbau wird das Rahmenteil der Anordnung
mittels des Federungssystems auf den Fahrzeugrädern abgestützt
und dient als eine Plattform, auf welcher das Karosserieteil der
Anordnung und die weiteren Komponenten des Fahrzeugs aufgebaut
werden können. Gesonderte Karosserie- und Rahmenanordnungen
dieser allgemeinen Bauart hat man bei den meisten älteren Fahr
zeugtypen, sie sind aber auch noch heutzutage bei vielen relativ
großen oder für Spezialeinsätze bestimmte moderne Fahrzeuge im
Einsatz, wie bei großen Lieferwagen, Fahrzeugen für Sportzwecke
und Lastkraftwagen. Bei einer typischen vereinheitlichten bzw.
selbsttragenden Karosserie- und Rahmenanordnung werden die Bau
komponenten des Karosserieteils und des Rahmenteils zu einer
integralen Einheit verknüpft, welche auf den Fahrzeugrädern über
das Federungssystem abgestützt ist. Die vereinheitlichten Karos
serie- und Rahmenanordnungen dieser allgemeinen Bauart findet
man bei vielen relativ kleinen, modernen Fahrzeugen, wie Kraft
fahrzeugen oder Kleinlieferwagen.
Bei beiden Arten von Karosserie- und Rahmenanordnungen ist es
bekannt, eine spezielle Konstruktion zur Abstützung der Brenn
kraftmaschine des Fahrzeuges vorzusehen. Diese Brennkraftmaschi
nen- bzw. Motortragkonstruktion, welche allgemein als Motor
plattform bezeichnet wird, ist häufig in Form eines im allgemei
nen U-förmigen Teils ausgelegt, welches einen Mittelabschnitt
und ein Paar von Schenkelabschnitten hat. Die Motorbefestigungs
teile und die Karosseriebefestigungsteile sind an verschiedenen
Stellen an der Motorplattform ausgebildet. Die Motorbefesti
gungsteile sind vorgesehen, um die Verbindung von Brennkraftma
schine und Plattform zu erleichtern, während die Karosseriebefe
stigungsteile vorgesehen sind, um die Verbindung der Plattform
mit der Karosserie- und Rahmenanordnung zu erleichtern. Übli
cherweise werden Schrauben oder ähnliche Befestigungsmittel
eingesetzt, um die verschiedenen Verbindungen zwischen der
Brennkraftmaschine, der Plattform und der Karosserie- und Rah
menanordnung herzustellen. Somit trägt die Motorplattform in
sicherer Weise die Brennkraftmaschine auf der Karosserie- und
Rahmenanordnung des Fahrzeugs im Gebrauchszustand. Bisher wurde
eine Brennkraftmaschinenplattform im allgemeinen dadurch gebil
det, daß man eine Anzahl von einzelnen Komponenten zu einer
gewünschten Konfiguration fest miteinander verbunden hat. Typi
scherweise sind diese einzelnen Komponenten Metallteile, welche
gestanzt oder auf eine andere Weise wunschgemäß geformt sind,
und dann zur Bildung der Brennkraftmaschinenplattform abschlie
ßend zusammengeschweißt werden. Brennkraftmaschinenplattformen,
welche eine solche allgemeine Auslegung haben, haben sich als
zweckmäßig erwiesen, sie sind aber relativ zeitraubend und teuer
herzustellen, da eine große Anzahl von einzelnen Komponenten
erforderlich ist. In jüngster Zeit wurden Brennkraftmaschinen
platt formen aus einer einzigen rohrförmigen Komponente unter
Einsatz des Expansionsformens ausgebildet, was auch als Hydro
forming bezeichnet wird. Das Hydroforming ist ein an sich be
kanntes Verfahren, bei dem Druckfluid eingesetzt wird, um ein
rohrförmiges Teil zu einer gewünschten Gestalt zu formen. Um
dies zu erreichen, wird das rohrförmige Teil zu Beginn zwischen
zwei Formteilen einer Hydroformingvorrichtung angeordnet, welche
beim Schließen einen Formhohlraum bilden, welcher eine gewünsch
te Endgestalt hat. Anschließend wird das rohrförmige Teil mit
einem Druckfluid, typischerweise einer relativ kompressiblen
Flüssigkeit, wie Wasser, gefüllt. Der Druck des Fluids wird dann
in einer solchen Weise vergrößert, daß sich das rohrförmige Teil
nach außen expandiert und an die Gestalt des Formhohlraums an
paßt. Als Folge hiervon ist das rohrförmige Teil dann zu der
gewünschten Endgestalt umgeformt. Das Hydroforming ist ein
zweckmäßiges Verfahren zur Ausbildung von Motorplattformen und
anderen Bauteilen, das sich gemäß diesem Verfahren durch eine
einzige Komponente schnell zu einer gewünschten Gestalt umformen
läßt.
Unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschinenplattform von einer
Anzahl von einzelnen geschweißten Komponenten oder von einem
einzigen mittels Hydroforming ausgebildeten Komponente gebildet
wird, ist es häufig erwünscht, einen Querträger bzw. ein Quer
teil zwischen den beiden Schenkelabschnitten der Brennkraftma
schinenplattform in der Nähe der Enden hiervon fest anzubringen.
Das Querteil verleiht der Brennkraftmaschinenplattform insgesamt
eine gewünschte Quer- und Torsionssteifigkeit. Bisher wurden
Querteile für Brennkraftmaschinenplattformen aus ebenen Metall
teilen ausgebildet, welche ausgestanzt oder auf andere Weise wie
gewünscht ausgeformt wurden. Obgleich bekannte Querteile für
Brennkraftmaschinenplattformen äußerst zweckmäßig sind, hat es
sich gezeigt, daß sie aus relativ schweren Materialteilen ausge
bildet werden müssen, um die gewünschte Quer- und Torsionsstei
figkeit zu erhalten. Wie an sich bekannt, ist die Reduzierung
des Gewichts von immer größer werdender Bedeutung bei der Aus
legung von nahezu allen Komponenten eines Fahrzeugs. Daher ist
es erwünscht, eine verbesserte Auslegung der Brennkraftmaschi
nenplattform mit einem Querteil zu haben, welches fest hiermit
verbunden ist, wobei diese Auslegung gewichtsmäßig leichter als
übliche Auslegungsformen einer kombinierten Brennkraftmaschinen
plattform und eines Querteils ist, wobei man aber dennoch die
erforderliche Quer- und Torsionssteifigkeit hierbei erhält.
Nach der Erfindung wird eine kombinierte Brennkraftmaschinen
plattform- und Querteilekonstruktion zum Einsatz bei einer Fahr
zeugkarosserie- und Rahmenanordnung bereitgestellt, welche ge
wichtsmäßig leichter als übliche Auslegungsformen ist. Die
Brennkraftmaschinenplattform wird von einem rohrförmigen Aus
gangsmaterial unter Einsatz des mechanischen Biegens und des
Hydroformings ausgebildet, um eine im allgemeinen U-förmige
Gestalt zu haben, welche einen Mittelabschnitt mit einem Paar
von Schenkelabschnitten umfaßt, welche sich von diesem aus weg
erstrecken. Das Querteil bzw. der Querträger ist ebenfalls aus
einem rohrförmigen Ausgangsmaterial unter Einsatz des Hydrofor
mings ausgebildet und hat ein Paar von Endabschnitten. Die End
abschnitte des rohrförmigen Querteils sind fest mit den Schen
kelabschnitten der aus Rohrmaterial ausgebildeten Brennkraftma
schinenplattform verbunden, um die kombinierte Konstruktion aus
Brennkraftmaschinenplattform und Querteil zu bilden. Um dies zu
erreichen, können die Endabschnitte des rohrförmigen Querteils
darin ausgebildete Ausnehmungen haben, welche die Schenkelab
schnitte der Brennkraftmaschinenplattform darin aufnehmen. Die
Endabschnitte des Querteils können fest mit den Schenkelab
schnitten der Brennkraftmaschinenplattform auf irgendeine an
sich bekannte Weise, wie mittels Schweißen, verbunden werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge
ben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines hohlen, rohrförmi
gen Teils, welches zur Ausbildung einer Brennkraftma
schinenplattform nach der Erfindung eingesetzt werden
kann,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 darge
stellten hohlen, rohrförmigen Teils nach einer Vorver
formung in einer Rohrbiegevorrichtung,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten
hohlen, rohrförmigen Teils nach dem Hydroforming,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines in Fig. 3 gezeig
ten hohlen, rohrförmigen Teils, nachdem die rohrförmi
gen Enden entfernt sind, um die Brennkraftmaschinen
plattform zu bilden,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschi
nenplattform nach Fig. 4 zusammen mit einem hohlen,
rohrförmigen Teil, welches zur Ausbildung eines Quer
teils bzw. eines Querträgers nach der Erfindung einge
setzt werden kann,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. S in dem
Zustand, wenn das hohle, rohrförmige Teil zur Bildung
des Teils mittels Hydroformen geformt wurde, und
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung eines
Querteils, welches fest mit der Brennkraftmaschinen
plattform verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1
ist dort ein hohles, rohrförmiges Teil insgesamt mit 10 bezeich
net, welches eingesetzt werden kann, um eine Brennkraftmaschi
nenplattform nach der Erfindung auszubilden. Obgleich das darge
stellte Teile 10 im Querschnitt rohrförmig ausgestaltet ist,
kann natürlich das Teil 10 auch irgendeine andere Querschnitts
gestalt gegebenenfalls haben. Das rohrförmige Teil 10 ist vor
zugsweise aus einem starren, verformbaren Material, wie Metall,
hergestellt, welches eine Länge und Wanddicke hat, welche für
den jeweils gewünschten Anwendungszweck im Hinblick auf die
auszubildende Brennkraftmaschinenplattform geeignet sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das rohrförmige Teil 10 zu
Beginn derart verformt, daß man eine im allgemeinen U-förmige
Gestalt hat, welche einen Mittelabschnitt 11 umfaßt, welcher ein
Paar von Schenkelabschnitten 12 und 13 hat, welche sich von
diesem aus wegerstrecken. Die Schenkelabschnitte 12 und 13 enden
in zugeordneten hohlen, zylindrischen Enden 12a und 13a. Das
rohrförmige Teil kann zu der U-förmigen Gestalt unter Einsatz
einer üblichen mechanischen Rohrbiegevorrichtung umgeformt wer
den. Nach dieser vorläufigen Umformung des rohrförmigen Teils 10
ist die Querschnittsgestalt des rohrförmigen Teils 10 nach wie
vor noch über die gesamte Länge hinweg im wesentlichen kreisför
mig. Jedoch können gewisse Teile (insbesondere in der Nähe der
relativ scharfen Abkantungen zwischen dem Mittelabschnitt 11 und
den beiden Schenkelabschnitten 12 und 13) nach innen in einem
gewissen Maße infolge der mechanischen Biegebearbeitung einge
fallen sein.
Das verformte, rohrförmige Teil 10 wird dann einem Hydroforming-
Verfahren unterzogen. Wie vorstehend angegeben worden ist, ist
die Verfahrensweise gemäß dem Hydroforming an sich bekannt, bei
dem Druckfluid eingesetzt wird, um ein rohrförmiges Teil 10 zu
einer gewünschten Gestalt zu verformen. Um dies zu erreichen,
wird das rohrförmige Teil 10 zu Beginn zwischen zwei Formteilen
einer Hydroforming-Vorrichtung angeordnet, welche beim Schließen
zusammen einen Formhohlraum bildet, welcher die gewünschte End
gestalt hat. Obgleich der Formhohlraum im allgemeinen etwas
größer als das rohrförmige Teil 10 selbst ist und einen nicht
kreisförmigen Querschnitt hat, kann das Schließen der beiden
Formteile in den meisten Fällen dazu führen, daß eine gewisse
mechanische Verformung an dem rohrförmigen Teil 10 auftritt.
Anschließend wird das rohrförmige Teil 10 mit einem Druckfluid,
typischerweise einer relativ inkompressiblen Flüssigkeit, wie
Wasser, gefüllt. Der Druck des Fluids wird auf eine Größe ge
steigert, bei der das rohrförmige Teil 10 sich nach außen expan
diert und an die Form des Formhohlraums anpaßt.
Infolge des Hydroforming-Verfahrens wird das rohrförmige Teil 10
zu der gewünschten Endgestalt nach Fig. 3 verformt. Wie dort
gezeigt ist, hat das mittels Hydroforming ausgebildete, rohrför
mige Teil 10 eine Anzahl von ebenen Bereichen 15, welche während
des Hydroforming-Verfahrens ausgebildet wurden, um das Anbringen
von unterschiedlichen Trageteilen (nicht gezeigt) zu erleich
tern. Diese Tragteile werden eingesetzt, um die Brennkraftma
schine und andere Komponenten des Fahrzeugs fest mit dem mittels
Hydroforming ausgebildeten rohrförmigen Teils 10 zu verbinden.
Das mittels Hydroforming ausgebildete, rohrförmige Teil 10 hat
ferner hohle, rechteckförmige Bereiche 16 und 17 jeweils, welche
während des Hydroforming-Verfahrens in den Schenkelabschnitten
12 und 13 in der Nähe der Enden 12a und 13a ausgebildet wurden.
Bei einer typischen Hydroforming-Vorrichtung jedoch verlaufen
die Enden 12a und 13a des rohrförmigen Teils 10 von den Form
querschnitten während des Hydroforming-Verfahrens nach außen, um
das Anbringen der Dichtköpfe (nicht gezeigt) zu erleichtern. Die
Dichtköpfe sind vorgesehen, um das Innere des rohrförmigen Teils
10 abzudichten, und um zu ermöglichen, daß dieses Innere mit
einem Druckfluid ausgefüllt werden kann. Ein oder beide Dicht
köpfe sind mit einer Quelle für Druckfluid verbunden, um das
rohrförmige Teil 10 mit Fluid aufzufüllen und unter Druck zu
setzen, so daß das Fluid den Teil des rohrförmigen Teils 10
expandiert, welcher zwischen den Abschnitten liegt, und dieser
Abschnitt nach außen expandiert wird, so daß sich dieser an die
Gestalt des Formhohlraums anpaßt. Somit verbleiben die Enden 12a
und 13a der Schenkel 12 und 13 des rohrförmigen Teils 10 je
weils, welche sich von den Formabschnitten nach außen erstrecken,
während des Hydroforming-Verfahrens unverformt, und sie
behalten daher ihre ursprüngliche, hohle, zylindrische Gestalt
bei. Im Anschluß ab das Hydroforming-Verfahren werden diese
rohrförmigen Enden 12a und 13a geschnitten oder auf eine andere
Art und Weise entfernt, so daß die Schenkel 12 und 13 des rohr
förmigen Teils 10 mit den hohlen, rechteckförmigen Bereichen 16
und 17 jeweils nach Fig. 4 enden. Auf diese Weise wird das
hohle, rohrförmige Teil 10 zu einer Brennkraftmaschinenplattform
geformt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist ein hohles, rohrförmiges Teil
dargestellt, welches insgesamt mit 20 bezeichnet ist, und wel
ches zur Ausbildung eines Querträgers bzw. eines Querteils für
die Brennkraftmaschinenplattform 10 nach der Erfindung einge
setzt wird. Obgleich das dargestellte Teil 20 im Querschnitt
eine kreisförmige Gestalt hat, kann natürlich das Teil 20 auch
irgendeine andere Querschnittsgestalt gegebenenfalls haben. Das
rohrförmige Teil 20 ist vorzugsweise aus einem starren, verform
baren Material, wie Metall, ausgebildet und hat eine Länge und
Wanddicke, welche für den jeweiligen Anwendungszweck des auszu
bildenden Querteils geeignet sind.
Das rohrförmige Teil 20 wird dann einer Hydroforming-Behandlung
unterzogen. Infolge dieser Hydroforming-Behandlung wird das
rohrförmige Teil 20 zu der gewünschten Endgestalt für das Quer
teil nach Fig. 6 verformt. Wie dort gezeigt ist, ist das mit
tels Hydroforming ausgebildete Querteil 20 im allgemeinen ka
stenförmig ausgebildet und hat einen im allgemeinen ebenen Mit
telbereich 21, welcher mittels Hydroforming ausgebildet worden
ist, um das Befestigen eines Teils der Fahrzeugbrennkraftmaschi
ne (nicht gezeigt) oder weiterer Komponenten zu erleichtern. Die
spezielle Gestalt des Mittelbereichs 21 des Querteils 20 kann in
Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungszwecken variieren.
Das mittels Hydroforming ausgebildete Querteil 20 hat ferner ein
Paar von Endabschnitten 22 und 23, welche an diesem ausgebildet
sind. Die Endabschnitte 22 und 23 sind vorgesehen, um das Quer
teil 20 mit einem Paar von gegenüberliegenden ebenen Bereichen
15 zu verbinden, welche an den Schenkelabschnitten 12 und 13 der
Brennkraftmaschinenplattform 10 ausgebildet sind. Um dies zu
erreichen, können die Endabschnitte 22 und 23 Ausnehmungen 22a
und 23a jeweils haben, welche in den unteren Flächen hiervon
ausgebildet sind. Die Ausnehmungen 22a und 23a können auf übli
che Art und Weise, beispielsweise mittels Schneiden, ausgebildet
werden. Die Ausnehmungen 22a und 23a sind vorzugsweise derart
bemessen, daß sie eng sitzend über die benachbarten ebenen Be
reiche 15 der Schenkelabschnitte 12 und 13 der Brennkraftmaschi
nenplattform 10 fassen. Dann können die Endabschnitte 22 und 23
des Querteils 20 jeweils fest beispielsweise mittels Schweißen
24, mit den Schenkelabschnitten 12 und 13 der Brennkraftmaschi
nenplattform 10 verbunden werden, wie dies in Fig. 7 gezeigt
ist. Die Endabschnitte 22 und 23 des Querteils 20 können jedoch
fest mit den Schenkelabschnitten 12 und 13 der Brennkraftmaschi
nenplattform 10 auf übliche Art und Weise verbunden werden.
Die so erhaltene kombinierte Auslegung aus Brennkraftmaschinen
plattform und Querteil ist aus mehreren Gründen zweckmäßig. Zum
einen ist es erwünscht, daß man das Hydroforming-Verfahren zur
Ausbildung sowohl der Brennkraftmaschinenplattform 10 als auch
des Querteils 20 einsetzt, da man auf diese Weise relativ kom
plizierte Auslegungsformen schnell und einfach ausbilden kann.
Zum anderen ist es dann, wenn man sowohl die Brennkraftmaschi
nenplattform 10 als auch das Querteil 20 aus rohrförmigen Teilen
mittels Hydroforming ausbildet, sicher, daß man die erforderli
che Quer- und Torsionssteifigkeit bei der kombinierten Auslegung
von Brennkraftmaschinenplattform und Querteil erreicht, wobei
man aber eine beträchtliche Gewichtsreduzierung gegenüber übli
chen Auslegungsformen hat, bei denen ebene, gestanzte Teile
entweder für die Brennkraftmaschinenplattform 10 und/oder das
Querteil 20 eingesetzt werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend
beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform be
schränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifika
tionen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird,
ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Claims (5)
1. Kombinierte Anordnung aus Brennkraftmaschinenplattform (10)
und Querteil (20) zum Einsatz bei einer Fahrzeugkarosserie- und
Rahmenanordnung, welche folgendes aufweist:
eine Brennkraftmaschinenplattform (10), welche aus einem hohlen Teil ausgebildet ist und einen Mittelabschnitt (11) umfaßt, welcher ein Paar von Schenkelabschnitten (12 und 13) hat, welche sich hiervon wegerstrecken, wobei die Schenkelabschnitte (12 und 13) derart beschaffen und ausge legt sind, daß sie mit einer Fahrzeugkarosserie- und Rah menanordnung verbindbar sind; und
ein Querteil (20), welches aus einem hohlen Teil aus gebildet ist und ein Paar von Endabschnitten (22 und 23) umfaßt, welche fest mit den Schenkelabschnitten (12 und 13) der Brennkraftmaschinenplattform (10) verbindbar sind.
eine Brennkraftmaschinenplattform (10), welche aus einem hohlen Teil ausgebildet ist und einen Mittelabschnitt (11) umfaßt, welcher ein Paar von Schenkelabschnitten (12 und 13) hat, welche sich hiervon wegerstrecken, wobei die Schenkelabschnitte (12 und 13) derart beschaffen und ausge legt sind, daß sie mit einer Fahrzeugkarosserie- und Rah menanordnung verbindbar sind; und
ein Querteil (20), welches aus einem hohlen Teil aus gebildet ist und ein Paar von Endabschnitten (22 und 23) umfaßt, welche fest mit den Schenkelabschnitten (12 und 13) der Brennkraftmaschinenplattform (10) verbindbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schenkelabschnitte (12, 13) jeweils zugeordnete ebene Be
reiche haben, und daß die Endabschnitte (22, 23) des Quer
teils (20) fest mit den ebenen Bereichen der Schenkelab
schnitte (12, 13) verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennkraftmaschinenplattform (10) im wesentlichen
U-förmig ausgebildet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Endabschnitte (22, 23) des Querteils (20)
Ausnehmungen (22, und 23a) haben, welche darin ausgebildet
sind, und daß die Abschnitte der Schenkelabschnitte (12,
13) der Brennkraftmaschinenplattform (10) in diesen Aus
nehmungen (22a und 23a) aufgenommen sind.
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (22, 23) des Quer
teils (20) fest mit den Schenkelabschnitten (12, 13) der
Brennkraftmaschinenplattform (10) mittels Schweißen ver
bunden sind.
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