NO316899B1

NO316899B1 - subframe

Info

Publication number: NO316899B1
Application number: NO20022463A
Authority: NO
Inventors: Trygve Ruste
Original assignee: Raufoss Tech As
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2004-06-14
Also published as: NO20022463D0; NO20022463L

Description

O ppfinnelsene område The inventions area

Foreliggende oppfinnelse vedrører en subramme for bruk i en bil og nærmere bestemt en lettvektssubramme laget av høy-fast aluminium. The present invention relates to a subframe for use in a car and more specifically a lightweight subframe made of high-strength aluminium.

Teknisk bakgrunn Technical background

Subranuner brukes i moderne biler som festepunkter for opphengselementer og tunge transmisjonselementer. Særlig brukes subranuner i fronten av bilen for å bære motoren og opphengselementene i fronten. Subrammen er normalt en u-formet eller rektangulær, lukket ramme laget av stål eller aluminium. Normalt lages rammen av et antall strukturelle legemer som sveises sammen. I tillegg blir et antall braketter sveiset til rammen for å tilveiebringe festepunkter for motoren, kontrollarmer eller styrekomponenter. I til-fellet med en aluminiumskonstruksjon utgjør antallet komponenter som må sveises en utfordring, ettersom de individuelle komponentene må frembringes med meget smale toleranser for å kunne benytte automatiske sveiseroboter. I sveise-skjøtene tillates det spalter på maksimalt 0,2 mm. Disse høypresisjonsproduksjonsmetoder er av begrenset verdi i det endelige produkt, dvs. at subrammen produseres med tette toleranser selv der hvor dette er unødvendig for rammens funksjon, men bidrar til en høy produksjonskostnad. Subranuns are used in modern cars as attachment points for suspension elements and heavy transmission elements. In particular, subranuns are used in the front of the car to carry the engine and suspension elements in the front. The subframe is normally a U-shaped or rectangular, closed frame made of steel or aluminium. Normally, the frame is made of a number of structural bodies that are welded together. In addition, a number of brackets are welded to the frame to provide attachment points for the engine, control arms or steering components. In the case of an aluminum construction, the number of components that must be welded poses a challenge, as the individual components must be produced with very narrow tolerances in order to be able to use automatic welding robots. Gaps of a maximum of 0.2 mm are permitted in the welding joints. These high-precision production methods are of limited value in the final product, i.e. the subframe is produced with tight tolerances even where this is unnecessary for the frame's function, but contributes to a high production cost.

En mulig produksjonsmetode ifølge kjent teknikk er å bruke en profil med kvadratisk tverrsnitt og frembringe fire for-skjellige komponenter, og sveise disse komponenter sammen til den ferdige rammen. Deretter må et antall monteringsde-taljer, slik som monteringsbraketter for motoren, sveises til rammen. Maskineringen av de individuelle komponenter til rammen betyr at mye materiale er overflødig, i et typisk eksempel vil en ramme av omtrent 8 - 8,5 kg ferdig vekt behøve omtrent 20 kg råaluminiumsmateriale. Dette betyr at omtrent 11,5 - 12 kg er overflødig. A possible production method according to known technology is to use a profile with a square cross-section and produce four different components, and weld these components together to form the finished frame. Next, a number of mounting details, such as mounting brackets for the motor, must be welded to the frame. The machining of the individual components of the frame means that a lot of material is redundant, in a typical example a frame of about 8 - 8.5 kg finished weight will need about 20 kg of raw aluminum material. This means that approximately 11.5 - 12 kg is redundant.

I tillegg er sveisesømmene potensielt svake punkter ettersom sveiseprosessen skader strukturen til aluminiumen. In addition, the welds are potentially weak points as the welding process damages the structure of the aluminium.

Japansk patentsøknad 58041737 viser en ramme for en motor-sykkel, fremstilt av en flerkammerprofil, sannsynligvis aluminium, som i endene splittes opp mellom kamrene og bøy-es til en ramme. Denne delen suppleres med støpte deler som sveises fast, foruten en rekke festebraketter som sveises eller nagles til rammen. Sekundære kanaler brukes som av-stivingselementer/lastbærende elementer i den samlede ram-mekonstruksj onen. Japanese patent application 58041737 shows a frame for a motorcycle, made from a multi-chamber profile, probably aluminium, which is split at the ends between the chambers and bent into a frame. This part is supplemented by cast parts which are welded in place, in addition to a number of fixing brackets which are welded or riveted to the frame. Secondary channels are used as bracing elements/load-bearing elements in the overall frame construction.

Kortfattet beskrivelse av op<p>finnelsen Brief description of the invention

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av en subramme for et kjøretøy med lavere produksjonskostnader enn tidligere kj ente fremgangsmåter. It is an aim of the present invention to provide a method for producing a subframe for a vehicle with lower production costs than previously known methods.

En annen hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å tilveiebringe en subramme som omfatter færre sveiseopera-sjoner sammenlignet med tidligere kjente fremgangsmåter, og fortrinnsvis ikke omfatter sveising i det hele tatt. Another purpose is to provide a method for providing a subframe which includes fewer welding operations compared to previously known methods, and preferably does not include welding at all.

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en produksjonsmetode som gir bedre utnyttelse av de benyttede rå-materialer. Typisk vil omtrent 85 - 90 % av råmaterialene, i dette tilfelle en aluminiumsprofil, ende opp i det ferdige produktet. Another purpose of the invention is to provide a production method which provides better utilization of the raw materials used. Typically, approximately 85 - 90% of the raw materials, in this case an aluminum profile, will end up in the finished product.

Disse hensikter vil oppnås i en fremgangsmåte for fremstilling av en subramme som definert i de vedføyde patentkrav 1 og 5, så vel som den ferdige subramme som definert i krav 6. Andre utførelser av oppfinnelsen vil fremgå av de etter-følgende uselvstendige krav. These purposes will be achieved in a method for producing a subframe as defined in the appended patent claims 1 and 5, as well as the finished subframe as defined in claim 6. Other embodiments of the invention will be apparent from the subsequent independent claims.

Kortfattet beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 er et perspektivbilde av en subramme ifølge foreliggende oppfinnelse. The invention will now be described with reference to the attached drawings, where: Figure 1 is a perspective view of a subframe according to the present invention.

Figur 2 er den samme subramme sett ovenifra. Figure 2 is the same subframe seen from above.

Figur 3 er et tverrsnitt gjennom en spesielt utformet aluminiumsprofil for produksjon av den inventive subramme. Figur 4 viser hvordan denne spesialprofil kan splittes opp i to deler ved å skjære vekk deler av profilen i lokaliserte områder. Figur 5 er en skjematisk sekvens som viser noen av trinnene utført under fremstillingen av den inventive subramme. Figure 3 is a cross section through a specially designed aluminum profile for the production of the inventive subframe. Figure 4 shows how this special profile can be split into two parts by cutting away parts of the profile in localized areas. Figure 5 is a schematic sequence showing some of the steps performed during the manufacture of the inventive subframe.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

Figur 1 viser en subramme laget av en spesiell trekammer-aluminiumsprofil 1. Rammen består av en profil som bøyes til en rektangulær ramme holdt sammen i skjøten av en brakett 5. Bruk av denne separate braketten tillater at bred-den av rammen kan justeres. I tillegg vil en tannstang til styrekomponentene monteres på denne brakett. Rammen festes til chassiset i festepunkter 4, og bærer motoren i festebraketter 3. De korte armene som bærer festepunktene 4 er bøyd lett vekk fra rammen, for å kunne deformeres på en kontrollert måte i tilfelle kjøretøyet skulle bli utsatt for en kollisjon. Festepunkter 2 er tilveiebrakt for å holde kontrollarmene. Disse festepunktene 2 maskineres med tette toleranser, og er noen av de få deler av subrammen som fremstilles med høy presisjon. Figur 3 viser den spesielle aluminiumsprofilen benyttet for fremstillingen av denne subrammen. I tverrsnitt inkluderer profilen tre kanaler 11, 12, 13. Alternativt kan profilen betraktes å bestå av en første kanal 11, dannet av sideveggene 14, 15, 18 og 24, og en andre kanal dannet av sideveggene 20, 21, 22 og 25. Disse kanalene holdes sammen av de opphøyde ryggene 19 og 23. Ved å fjerne disse ryggene i lokaliserte områder kan profilen splittes opp i to separate kanaler 11 og 13. Ryggene kan skjæres vekk med en kniv, som vist i figur 4, eller freses vekk. Figur 4 illustrerer at ryggene 19, 23 stikker opp over planet av de omgivende sideveggene 18, 20 og 14, 22, respektivt. Dette er for en-kel fjerning av ryggene med en kniv eller ved fresing. Imidlertid er det også mulig å unngå disse ryggene, og dele kanalene 11, 13 ved å skjære ned i materialet, for eksempel med en sag. Figure 1 shows a subframe made of a special three-chamber aluminum profile 1. The frame consists of a profile bent into a rectangular frame held together at the joint by a bracket 5. Use of this separate bracket allows the width of the frame to be adjusted. In addition, a rack for the steering components will be mounted on this bracket. The frame is attached to the chassis in attachment points 4, and carries the engine in attachment brackets 3. The short arms carrying the attachment points 4 are bent slightly away from the frame, to be able to deform in a controlled manner in the event the vehicle is subjected to a collision. Attachment points 2 are provided to hold the control arms. These attachment points 2 are machined with close tolerances, and are some of the few parts of the subframe that are produced with high precision. Figure 3 shows the special aluminum profile used for the production of this subframe. In cross-section, the profile includes three channels 11, 12, 13. Alternatively, the profile can be considered to consist of a first channel 11, formed by the side walls 14, 15, 18 and 24, and a second channel formed by the side walls 20, 21, 22 and 25. These channels are held together by the raised ridges 19 and 23. By removing these ridges in localized areas, the profile can be split into two separate channels 11 and 13. The ridges can be cut away with a knife, as shown in figure 4, or milled away. Figure 4 illustrates that the ridges 19, 23 protrude above the plane of the surrounding side walls 18, 20 and 14, 22, respectively. This is for easy removal of the ridges with a knife or by milling. However, it is also possible to avoid these ridges, and divide the channels 11, 13 by cutting into the material, for example with a saw.

Imidlertid foretrekkes det å bruke en profil med rygger 19, 23, og å benytte en kniv til å fjerne overflødig materiale, ettersom det ved denne fremgangsmåte unngås produksjon av aluminiumsspon, hvilket gjør det unødvendig med et etter-følgende rensetrinn. However, it is preferred to use a profile with ridges 19, 23, and to use a knife to remove excess material, as this method avoids the production of aluminum shavings, which makes a subsequent cleaning step unnecessary.

En kjerneidé ved foreliggende oppfinnelse er å dele opp funksjonene til rammen mellom de to kanalene, ved å tildele den lastbærende funksjon til en kanal mens monteringspunkter konsentreres til den andre kanalen. I rammen vist i figur 1 bærer kanalen 13 lasten, og danner selve rammen. Ing-en kutt gjøres i denne kanalen, og den beholdes som en kon-tinuerlig lukket struktur. Den andre kanalen benyttes til å danne monteringsbraketter, ved kutting, bøying og maskine-ring i lokale punkter. I eksemplet vist i figur 3 er sideveggene 15, 24 til en venstre kanal 11 utstyrt med fortykkede deler 16, 26. Disse fortykkede seksjonene 16, 26 er inkludert for å styrke profilen i områder hvor store kref-ter utøves på armen, slik som i festepunktene for kontroll-larmene 2. A core idea of the present invention is to divide the functions of the frame between the two channels, by assigning the load-bearing function to one channel while mounting points are concentrated to the other channel. In the frame shown in Figure 1, the channel 13 carries the load, and forms the frame itself. An incision is made in this canal, and it is retained as a continuously closed structure. The other channel is used to form mounting brackets, by cutting, bending and machine ringing at local points. In the example shown in Figure 3, the side walls 15, 24 of a left channel 11 are provided with thickened sections 16, 26. These thickened sections 16, 26 are included to strengthen the profile in areas where large forces are exerted on the arm, such as in the attachment points for the control alarms 2.

Imidlertid er det i figur l vist et avvik fra dette separa-sjonsprinsipp, ettersom to braketter 3 har blitt dannet i den indre lastbærende kanal 13. However, a deviation from this separation principle is shown in Figure 1, as two brackets 3 have been formed in the inner load-carrying channel 13.

De stiplede linjene illustrerer hvordan motorfestene kan frembringes ved å kollapse en del av den høyre kanal 13. På denne måte blir den kontinuerlige struktur av kanelen be-holdt . Figur 5 har blitt inkludert for å vise den grunnleggende metode benyttet ved produksjon av subrammen. Figuren viser de individuelle trinnene utført ved utforming av kneet i det innsirklede området i figur 2. Det er selvfølgelig umu-lig å bøye trekammerprofilen som den er. Figur 5 viser en råprofil sette ovenifra. I trinn b har en del av ryggen 19 blitt fjernet i et lokalisert område. I trinn c har deler av kanalen 13 blitt skåret vekk. Ettersom det er bare en gjenværende kanal i dette området, kan profilen bøyes, trinn d. I etterfølgende trinn vil den frem-stikkende del 2 maskineres til et festepunkt for en kont-roll arm. The dashed lines illustrate how the motor mounts can be produced by collapsing part of the right channel 13. In this way, the continuous structure of the channel is retained. Figure 5 has been included to show the basic method used in the production of the subframe. The figure shows the individual steps carried out when designing the knee in the circled area in figure 2. It is of course impossible to bend the wooden chamber profile as it is. Figure 5 shows a raw profile from above. In step b, part of the ridge 19 has been removed in a localized area. In step c, parts of the channel 13 have been cut away. As there is only one remaining channel in this area, the profile can be bent, step d. In a subsequent step, the projecting part 2 will be machined into an attachment point for a control arm.

Mens subrammen vist i figur 1, frembrakt fra en profil som vist i figur 3, er en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, er flere modifikasjoner mulige innen omfanget av de vedføyde krav. Den første modifikasjon som springer i øyet vedrører lukkingen av rammestrukturen. I utførelsen vist i figur 1 oppnås dette ved hjelp av en separat brakett 5 som lukker endene av subrammen. Denne braketten boltes eller nagles til rammens ender. Imidlertid kan denne braketten enkelt utelates og endende sveises sammen. Denne løsningen egner seg for de tilfeller hvor det ikke er noen komponenter som skal monteres på subrammen i dette området. While the subframe shown in Figure 1, produced from a profile as shown in Figure 3, is a preferred embodiment of the invention, several modifications are possible within the scope of the appended claims. The first modification that catches the eye concerns the closing of the frame structure. In the embodiment shown in Figure 1, this is achieved by means of a separate bracket 5 which closes the ends of the subframe. This bracket is bolted or riveted to the ends of the frame. However, this bracket can easily be omitted and the ends welded together. This solution is suitable for those cases where there are no components to be mounted on the subframe in this area.

Enda en variasjon er å danne subrammen som en u-formet struktur, åpen bakover, og lukke subrammen med et krysstag over åpningen. Yet another variation is to form the subframe as a U-shaped structure, open to the rear, and close the subframe with a cross roof over the opening.

Det er også mulig å frembringe subrammen fra en mindre komplisert profil, dvs. en profil med bare to kanaler, og sløyfe den mellomliggende splittekanal. Hvis det er rygger til stede vil de fremstå i veggen av en av kanalene. Split-ting av profilen vil resultere i en kanal som er lukket {i tverrsnitt), og en som er u-formet. It is also possible to produce the subframe from a less complicated profile, i.e. a profile with only two channels, and loop the intermediate split channel. If ridges are present, they will appear in the wall of one of the channels. Splitting the profile will result in a channel that is closed {in cross-section), and one that is U-shaped.

Ettersom det er av viktighet å holde den lastbærende kanal intakt, bør denne dannes av den lukkede kanal. Braketter og monteringspunkter dannes da av u-kanalen. As it is important to keep the load-carrying channel intact, this should be formed by the closed channel. Brackets and mounting points are then formed by the u-channel.

Claims

1. Method for producing a subframe for a vehicle, including producing an aluminum profile (1), said aluminum profile comprising a first channel (11) and a second channel (13) with an intermediate channel (12), and splitting said first channel (11) from said second channel (13) in localized areas by removing wall material from said intermediate channel (12), characterized by removing parts of said first channel (11) to allow the remaining second channel (13) to be bent in said areas and shape the profile to the subframe's final shape, with said second channel (13) defining a load-bearing frame, and the remaining parts of said first channel (11) being shaped into mounting brackets for wheel suspension members and other external components.

2. Method according to claim 1, characterized in that said intermediate channel (12) protrudes beyond the adjacent first (11) and second (13) channels in ridges (19, 29), and when the profile is split to remove said ridges with a knife.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the profile is split and the material is removed in four areas, which allows the profile to be bent into a square frame structure, and to close the frame by welding opposite ends of the profile together.

4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the profile is bent into a u-shaped structure which is closed with a cross brace which extends between the ends of the second channel (13).

5. Method for producing a subframe for a vehicle, including producing an aluminum profile (1), said aluminum profile comprising a first channel (11) and changing channel (13), splitting said first channel (11) from said second channel (13) in localized areas by removing wall material from said first channel and keeping said second channel (13) intact, characterized by removing parts of said first channel (11) to allow the remaining second channel (13) to bend in said areas, to shape the profile to the final shape of the sub-frame, said second channel (13) defining a load-bearing frame, the first channel (11) is formed into mounting brackets for wheel suspension members and other external components.

6. Subframe for a vehicle, including an aluminum profile (1), comprising a first channel (11) and a second channel (13) with an intermediate channel (12), characterized in that said second channel (13) forms a load-bearing frame, the first channel (11) is formed into mounting brackets for wheel suspension members and other external components.

7. Subframe according to claim 6, characterized in that the profile forms a square frame structure, which is closed by welding opposite ends of the profile together.

8. Subframe according to claim 6, characterized in that the profile forms a u-shaped1 structure.

9. Subframe according to claim 8, characterized in that said u-shaped structure is closed with a cross brace that extends between the ends of the profile.

10. Aluminum profile comprising a first channel 811) and a second channel (13) with an intermediate channel (12), characterized in that said intermediate channel (12) extends beyond the adjacent first 811) and second (13) channels in ridges ( 19, 29).