DE19822731A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein FahrzeugInfo
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Abstract
Ein Hilfsrahmen (1), beispielsweise ein Hinterachsträger für ein Kraftfahrzeug, besteht aus Quer- und Längsträgern (2, 3), die über Knotenelmente (4) aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff miteinander verbunden sind. Die Verbindung der Knotenelemente (4) mit den Trägern (2, 3) erfolgt durch Formschluß mittels Magnetumformen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein
Fahrzeug.
Die Verbindung der einzelnen Träger bekannter Rahmen mit Knotenelementen er
folgt bevorzugt durch Verschweißung, wodurch sich lange Fertigungszeiten und hohe
Herstellkosten ergeben (EP 0 146 716 B1). Gefügeveränderungen im Verbin
dungsbereich können eine Festigkeitsminderung bewirken. Die im Fahrzeugbau
ebenfalls vereinzelt angewandten Klebeverbindungen sind zeitaufwendig und erfor
dern ein hohes Maß an Prozeßsicherheit.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur einfachen und kostengünstigen
Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung ist es, Knotenelement und Träger durch Magnetumfor
men miteinander zu verbinden. Beim Magnetumformen wird mit einen Elektroma
gneten, der die Verbindungsstelle berührungslos und beispielsweise ringförmig um
schließt, impulsartig ein Magnetfeld erzeugt. Durch Wechselwirkung mit dem Werk
stück (Knotenelement oder Träger), in dem ein starker elektrischer Strom induziert
wird, erfolgt eine schlagartige Kaltumformung des Werkstückes, die vom Elektro
magneten weg gerichtet ist. Das Verfahren an sich ist beispielsweise in der Druck
schrift Robert N. Stauffer, Electromagnetic Metalforming, Manufacturing Engineering,
Februar 1978, Seiten 74 bis 76, beschrieben.
Durch die Verbindungstechnik des Magnetumformens wird eine hohe, reproduzier
bare Maßhaltigkeit der Verbindung sowie wegen der Berührungslosigkeit eine sehr
gute Oberflächenqualität erreicht. Außerdem bietet das Magnetumformen die Mög
lichkeit, unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden, von denen lediglich
eine Komponente aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen muß.
Durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 können Knotenelemente beispielsweise aus
einem Leichtmetall-Gußwerkstoff (Anspruch 2) mit Trägern aus beliebigen
Werkstoffen verbunden werden. Das Knotenelement kann durch Kokillenguß oder
Druckguß mit weitreichenden Möglichkeiten hinsichtlich der Formgebung gestaltet
werden und zeichnet sich durch ein niedriges Eigengewicht aus.
Die Träger bestehen z. B. aus Stahl, aus Edelstahl, aus Leichtmetall (Anspruch 3)
oder Kunststoff (Anspruch 4), insbesondere faserverstärktem Kunststoff und sind
bevorzugt Strangprofile (Anspruch 5). Auch längsnahtgeschweißte Rohre aus einem
Leichtmetallwerkstoff können vorteilhaft als Träger eingesetzt werden. Der Quer
schnitt von Trägern aus Leichtmetall kann beispielsweise durch ein Innenhoch
druck-Umformverfahren individuell geformt werden.
Auch bei der Verbindung gleicher Materialien kann durch das Magnetumformen eine
deutliche Reduzierung der Herstellkosten und der Fertigungszeit gegenüber einem
personal- und zeitaufwendigen Schweißverfahren erfolgen. Durch die Kaltumformung
entstehen im Unterschied zu Schweißverbindungen keine Gefügeveränderungen im
Verbindungsbereich, die eine Festigkeitsminderung bewirken können.
Gegenüber konventionellen Schweißverbindungen erfordern die Verbindungsstellen
zwischen Träger und Knotenelement eine ausreichend große Überlappungsfläche für
eine formschlüssige Verbindung. Hierzu sind beispielsweise gemäß Anspruch 6 am
Knotenelement Flansche vorzusehen, auf die die rohrartigen Träger aufzustecken
sind. Gleichwirkend können die Träger in das Innere des Knotenelementes
eingesteckt werden, wie dies z. B. bei Trägern aus Kunststoff erforderlich ist.
Vorsprünge, Kerben und dergleichen in Träger und/oder Flansch des Knoten
elements bewirken nach erfolgter Magnetumformung einen verbesserten Formschluß
(Anspruch 7). Durch entsprechende Ausgestaltung dieser formschlußerzeugenden
Einrichtungen kann je nach den auftretenden Beanspruchungen eine ausreichend
hohe Belastbarkeit der Verbindung gegenüber Torsion, Biegung und Druck/Zug
erreicht werden. Durch die Steckverbindung wird außerdem selbsttätig eine definierte
Montagelage erreicht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Rahmen aller Art für Fahrzeuge
verschiedenster Gattungen hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise die bislang bei sog.
"Spaceframes" (z. B. EP 0 146 716 B1) angewandte Verbindungstechnik des Kle
bens oder Schweißens ersetzen (Anspruch 8). Damit ergeben sich entscheidende
Vorteile hinsichtlich der Herstellkosten.
Eine weitere Anwendung sind Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge (Anspruch 9), bei
spielsweise Hinterachsträger.
Auch Rahmen für einspurige Fahrzeuge (Anspruch 10), wie z. B. Rahmen für Fahr
räder oder Motorräder, lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren her
stellen. Bei den genannten Fahrzeugen mit ihren in der Regel sichtbaren Rahmen
wirkt sich die berührungslose arbeitende Magnetumformung besonders vorteilhaft
aus, da z. B. bereits lackierte Träger und Knotenelemente ohne Verletzung ihrer
sichtbaren Oberflächen miteinander verbunden werden können.
Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Arten von
Fahrzeugen, wie Personen- oder Lastkraftwagen, Bussen, Anhängern und Schie
nenfahrzeugen anwenden, auch bei Flugzeugen oder Schiffen.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird nachfolgend näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäß
hergestellten Hilfsrahmen in perspektivischer Ansicht.
Ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Hilfsrahmen ist als Hinterachsträger
eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und nimmt verschiedene Elemente der Radauf
hängung sowie ein Hinterachsgetriebe auf (nicht dargestellt). Der Hilfsrahmen 1
besteht im wesentlichen aus zwei Querträgern 2 sowie zwei Längsträgern 3, die in
etwa senkrecht zueinander verlaufen. Die Träger 2 und 3 sind Rohre, bevorzugt
Strangprofile oder längsnahtgeschweißte Rohre aus Leichtmetall. Der in Fahrtrich
tung FR hintere Querträger 2 wird im Innenhochdruck-Umformverfahren umgeformt.
Die Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Aufbau des Kraftfahrzeuges erfolgt über
nicht dargestellte Gummi-Metall-Lager, die jeweils an den vorderen und hinteren
Enden der Längsträger 3 in entsprechende Aufnahmen 6 eingesetzt sind. Der
vordere Querträger 2 weist einen Lagerbock 7 für die Anbindung eines Hinter
achsgetriebes auf, das sich zusätzlich in Aufnahmen 8 des hinteren Querträgers 2
abstützt.
An der vorderen Seite des Hilfsrahmens 1 sind Quer- und Längsträger 2 bzw. 3
erfindungsgemäß durch Knotenelemente 4 miteinander verbunden. Fahrtrichtungs
abgewandt sind die Längsträger 3 durch Öffnungen im hinteren Querträger 2 hin
durchgesteckt und durch umlaufende Schweißnähte 5 konventionell mit diesem
verbunden.
Die Knotenelemente 4 werden in einem Gußverfahren hergestellt, sind spiegelbildlich
gestaltet und weisen jeweils zwei zylindrische Verbindungsflansche 15 für die Träger
2 und 3 auf. Die Flansche 15 sind mit Stutzen 16 zur überlappenden Verbindung mit
den zylindrischen Anschlußflächen der Träger 2 und 3 versehen. Absätze 17 an den
Flanschen 15 bilden definierte Anschläge für die Träger 2 und 3. Im Bereich der
Überlappung wird durch Magnetumformen eine formschlüssige Verbindung erzeugt.
Hierzu ist aufgrund des geschlossenen Hilfsrahmens 1 ein Magnetumform-Werkzeug
mit geteilten Spulen erforderlich.
Selbstverständlich kann anstelle der konventionellen Verschweißung auch der hin
tere Querträger 2 an die Längsträger 3 über Knotenelemente im Magnetumform
verfahren angebunden werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug, der sich aus
mehreren Trägern (2, 3) sowie wenigstens einem Knotenelement (4) zu
sammensetzt, wobei die Träger (2, 3) mit dem Knotenelement (4) durch Ma
gnetumformen verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) aus einem Leichtme
tall-Gußwerkstoff besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Träger (2, 3) aus einem
Leichtmetall-Werkstoff besteht.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Träger (2, 3) aus einem Kunst
stoffmaterial besteht.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Träger (2, 3) von einem
Strangprofil gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) wenigstens einen
Flansch (15,16) zur Steckverbindung mit einem Träger (2, 3) aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß Knotenelement (4) und/oder Träger (2, 3)
formschlußerzeugende Einrichtungen zur Erhöhung des Widerstandsmo
ments gegenüber Torsions-, Biege- und/oder Zug-/Druckbeanspruchungen
aufweisen.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein "Spaceframe" eines Aufbaus
oder eines Aufbauabschnitts des Fahrzeugs ist.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Hilfsrahmen (1) zur Auf
nahme von Radführungselementen und/oder Komponenten des Antriebs
strangs des Fahrzeugs ist.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Rahmen eines einspurigen
Fahrzeugs ist.
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