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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kraftfahrzeugrahmen
und insbesondere auf Rahmentragwerke bzw. Gitterrahmen, die röhrenförmige hydrogeformte
Elemente verwenden, die im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert
und z. B. aus dem Patent
US
6.092.865 A bekannt sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Rahmentragwerks- bzw. Gitterrahmenarchitektur wird in steigendem
Maße bei
der Fahrzeugherstellung verwendet und stellt einen verhältnismäßig neuen
Lösungsansatz
bei der Fahrzeugkonstruktion dar. Ein Rahmentragwerk bzw. ein Gitterrahmen ist
eine Anordnung aus einzelnen Rahmenkomponenten, die an Verbindungsstellen
verbunden sind, um eine käfigartige
Struktur zu bilden, an der andere Fahrzeugkomponenten, wie etwa
der Motor, der Antriebsstrang, die Aufhängung und die Aufhängungs-Fahrzeugkarosserieteile,
angebracht werden. Die Aufhängungs-Fahrzeugkarosserieteile
können die
Bodenwanne, das Dach, die Kotflügel,
die Türen, Karosserieplatten,
Motorhaube und Kofferraumdeckel enthalten.
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Einzelne
Rahmentragwerkkomponenten können
eine hydrogeformte Konstruktion besitzen. Das röhrenförmige Hydroformen bietet viele
Vorteile bei der Rahmentragwerkkonstruktion, da es den Fahrzeugherstellern
ermöglicht,
die Rahmensteifigkeit, die Abmessungsgenauigkeit, die Ermüdungslebensdauer
und die Kollisionstauglichkeit gegenüber früheren Konstruktionsverfahren
besser zu steuern, während
Masse und Kosten des Rahmens verringert werden. Die Konstruktion
von nicht hydrogeformten Fahrzeugrahmen ver wendet typischerweise
einzelne Rahmenkomponenten, die z. B. durch Walzformen gebildet
werden oder durch das Bilden von mehreren metallischen Strukturen
durch Stanzen, die dann miteinander verschweißt werden, gebildet werden.
Das Hydroformen ist ein Metallformungsprozess, bei dem mit hohem
Druck beaufschlagtes Fluid verwendet wird, um einen röhrenförmigen Rohling
in Übereinstimmung
mit Oberflächen
einer Pressformhöhle
einer Pressanordnung nach außen
zu expandieren, um ein unregelmäßig geformtes
röhrenförmiges Teil zu
bilden. Individuell hydrogeformte Elemente können in größerem Umfang mit komplexen
longitudinalen Krümmungen
und transversalen Querschnittsformen im Vergleich zu gestanzten
oder durch Walzen geformten Teilen versehen werden. Jedes hydrogeformte
Element kann eine transversale Querschnittkonfiguration haben, die
sich über
seine Länge
kontinuierlich in die gewünschte
Konfiguration ändert.
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Hydrogeformte
Teile sind außerdem
vorteilhaft, da sie eine höhere
Festigkeit haben als gestanzte Teile, teilweise wegen ihrer röhrenförmigen Konstruktion
(d. h. geschlossener Querschnitt) und teilweise deswegen, weil während des
Hydroformens durch den Fluiddruck die Expansion der Wand der Rohlings
nach außen
eine Werkstückhärtungswirkung
erzeugt, die das metallische Material des resultierenden einzelnen
hydrogeformten Elements gleichmäßig härtet. Das
Hydroformen erzeugt außerdem
weniger metallisches Abfallmaterial als das Stanzen.
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Metallblechplatten
(die die äußeren Oberflächenabschnitte
z. B. der Kotflügel,
der Motorhaube, des Daches und der Heckklappe oder des Kofferraums
bilden) und Glasplatten (wie z. B. die vordere und hintere Windschutzscheibe
und die Seitenfenster), die am Rahmentragwerk angebracht sind, bilden einen
Großteil
der Außenseite
des Fahrzeugs. In den letzten Jahren haben Verbraucher Fahrzeuge
mit gekrümmten äußeren Oberflächen und
gerundeten Ecken und Kanten bevorzugt.
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Obwohl
viele Verbraucher Fahrzeuge, die diese gekrümmten und gerundeten äußeren Oberflächen aufweisen,
aus ästhetischen
Gründen
bevorzugen, bieten diese Karosserietypen über die verbesserte Ästhetik
hinaus viele funktionelle Vorteile. Fahrzeuge mit gekrümmten und
gerundeten äußeren Oberflächen besitzen
z. B. verbesserte aerodynamische Eigenschaften. Eine verbesserte
Aerodynamik schafft viele Vorteile einschließlich verbesserter Kraftstoffeffizienz
und verbesserter Fahrzeughandhabung, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten. Gekrümmte und
gerundete äußere Oberflächen des Fahrzeugs
(einschließlich
sowohl Glas- als
auch Metalloberflächen)
sind im Allgemeinen konvex und streuen deshalb reflektiertes Licht
effizienter als ebene äußere Oberflächen, wodurch
sich die Sicht des Fahrers in direktem Sonnenlicht verbessert. Es
ist insbesondere in dieser Hinsicht erwünscht, dass die äußeren Oberflächen am
Heck des Fahrzeugs gerundet sind, um ein Reflektieren einer großen Menge hellen
Sonnenlichts zu Fahrern in anderen Fahrzeugen zu verhindern.
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Damit
eine Fahrzeugkarosserie eine gekrümmte äußere Oberfläche hat, müssen Abschnitte des Rahmentragwerks,
die die Karosserieplatten aus Metall und Glas tragen, häufig eine ähnliche
Krümmung
aufweisen. Obwohl röhrenförmige Rohlinge hydrogeformt
werden können,
so dass ihre transversale Querschnittgeometrie und die longitudinale Form
(z. B. die longitudinale Krümmung)
des fertig geformten hydrogeformten Elements stark variieren, müssen einige
Rahmentragwerkkomponenten eine sehr komplexe Geometrie aufweisen,
die unter Verwendung einer Komponente, die ein hydrogeformtes Element
umfasst, das aus einem einzelnen röhrenförmigen Rohling gebildet ist,
nur schwer erreicht werden kann.
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Es
gibt mehrere Gründe
für die
praktische Begrenzung der Komplexität der Geometrie eines einzelnen
hydrogeformten Elements. Während
des Hydroformens wird ein röhrenförmiger metallischer Rohling
gewöhnlich über seine
Länge radial
nach außen
expandiert und wird während
dieser Expansion nach außen
an den Enden axial nach innen gedrückt, um die Wanddicke zu steuern,
um dadurch eine lokale Wandverdünnung
zu verhindern, die ansonsten während
der Expansion nach außen
auftreten würde. Dieser
axiale Druck, der an den Enden des Rohlings ausgeübt wird,
bewirkt, dass Abschnitte der äußeren Oberfläche des
röhrenförmigen Rohlings
in einer axialen Richtung in Bezug auf die Oberfläche der
Pressformhöhle
gleiten. Je größer der
Grad der Expansion des Rohlings nach außen in Übereinstimmung mit der Pressfläche ist
und je größer der
radial nach außen
gerichtete Druck ist (bewirkt durch den Druck des internen Fluids),
desto größer ist
die Oberflächenreibungskraft
zwischen dem Hohlraum und dem Rohling. Häufig wird ein Schmiermittel
auf die äußere Oberfläche des
Rohlings vor dem Anordnen des Rohlings in der Pressformhöhle der
Pressanordnung aufgebracht, um die axiale Bewegung der metallischen
Wand des Rohlings in Bezug auf die Oberfläche, die die Pressformhöhle während der
Expansion nach außen
definiert, zu erleichtern. Wenn es die Geometrie des hydrogeformten
Elements erfordert, kann der röhrenförmige Rohling
an ausgewählten Stellen
in seiner Längsrichtung
vor dem Anordnen in der Pressformhöhle im Voraus gebogen werden.
Je komplexer die Geometrie des Rohlings infolge des Vorbiegens ist
und je größer die
Länge des
röhrenförmigen Rohlings
ist, desto schwieriger ist es, einen axialen Fluss des metallischen
Materials des Rohlings während
der Expansion nach außen
zu erreichen. Deswegen können
einige geometrische Konfigurationen einzelner komplexer röhrenförmiger hydrogeformter
Rahmentragwerkelemente mit der kommerziell verfügbaren Technologie des Hydroformens
nicht erhalten werden und können
andere geometrische Konfigurationen komplexer röhrenförmiger hydrogeformter Rahmentragwerkelemente
ausgehend von einem einzelnen röhrenförmigen metallischen
Rohling nicht kosteneffizient und kommerziell machbar erreicht werden.
Deswegen kann die Notwendigkeit bestehen, einige Rahmentragwerkkomponenten,
die komplexe geometrische Konfigurationen haben, durch Hydroformen
mehrerer einzelner hydrogeformter Elemente zu bilden und diese anschließend miteinander
zu verbinden.
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Eine
hintere Öffnung
in einem Rahmentragwerk für
ein Fahrzeug des Geländewagentyps
(oder eine hintere Öffnung
anderer Fahrzeugtypen, wie etwa Kombiwagen oder Fahrzeuge mit einer Öffnung des
Fließhecktyps)
kann durch eine geschlossene Schleife oder eine ringähnliche
Struktur geschaffen werden. Eine geeignete ringähnliche Struktur muss häufig eine
komplexe Struktur haben, um eine in geeigneter Weise geformte Stützstruktur
für gekrümmte und
gerundete Metallblech- und Glasplatten der Fahrzeugkarosserie zu
schaffen, wobei eine Öffnung mit
einer gewünschten
Konfiguration bereitgestellt wird. Es ist z. B. insbesondere wichtig,
dass die hintere Öffnung,
die durch die ringähnliche
Heckstruktur definiert ist, ein optimales Sichtfeld des Fahrers schafft,
wenn ein Fahrer in einen mittleren Rückspiegel schaut. Neben der
Notwendigkeit in der Fahrzeugherstellungsindustrie für eine ringähnliche
Heckstruktur, die durch eine hintere Ringanordnung mit einer röhrenförmigen hydrogeformten
Konstruktion gebildet wird, die die komplexe Geometrie schafft,
die bei modernen Fahrzeugen erforderlich ist, besteht außerdem eine
Notwendigkeit für
ein Rahmentragwerk für
ein Fahrzeug mit Einrichtungen, die das Anbringen einer Radanordnung
an dem Rahmentragwerk ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
die oben genannten Bedürfnisse
zu erfüllen,
wird ein Rahmentragwerk für
ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das ein Paar von lateral beabstandeten,
sich longitudinal erstreckenden Seitenlängsträgerstrukturen, ein Paar von
vordersten aufrechten Strukturen und ein Paar von Dachlängsträgerstrukturen
umfasst.
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Jede
vorderste aufrechte Struktur ist mit einer entsprechenden Seitenlängsträgerstruktur
verbunden, wodurch sie ein Paar von A-Säulen bilden, und ein vorderes
Ende der Dachlängsträgerstruktur ist
mit einem oberen Ende einer zugeordneten A-Säule verbunden. Eine hintere
Ringanordnung ist an ihren oberen Abschnitten mit den Dachlängsträgerstrukturen
und an ihren unteren Abschnitten mit den Seitenlängsträgerstrukturen verbunden. Die
hintere Ringanordnung enthält
ein röhrenförmiges hydrogeformtes
oberes Element in Form eines umgekehrten U, ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten
Seitenelementen und eine Querstruktur. Das röhrenförmige hydrogeformte obere Element
besitzt einen Querabschnitt und ein Paar von Schenkelabschnitten,
die sich von gegenüberliegenden
Enden des Querabschnitts abwärts
erstrecken. Jedes Seitenelement hat ein erstes Ende und ein zweites
Ende, wobei das erste Ende jedes Seitenelements mit einem freien
Ende eines entsprechenden Schenkelabschnitts des oberen Elements
verbunden ist. Die Querstruktur ist in ringförmiger Beziehung zwischen den
zweiten Enden der Seitenelemente starr verbunden. Die Seitenlängsträgerstrukturen,
die A-Säulen, die
Dachlängsträgerstrukturen
und die hintere Ringanordnung definieren im Allgemeinen einen Rahmentragwerk-Innenbereich und
die hintere Ringanordnung stellt in dem Innenbereich eine hintere Öffnung bereit.
Die Seitenelemente haben untere Abschnitte, die näher aneinander
angeordnet sind als ihre oberen Abschnitte und die Seitenelemente
haben untere Abschnitte, die in einer Rahmenlängsrichtung in Bezug auf ihre
oberen Abschnitte weiter hinten angeordnet sind.
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Die
Erfindung stellt ein Rahmentragwerk bzw. einen Gitterrahmen für ein Kraftfahrzeug
bereit, das ein Paar von Seitenlängsträgerstrukturen
umfasst, wobei die Seitenlängsträgerstrukturen
jeweils einen nach oben gewölbten
Abschnitt aufweisen, der ein Paar von Radschächten definiert, wobei das
Rahmentragwerk des Weiteren umfasst:
erste und zweite Verbindungsstrukturen,
die lateral zwischen den Seitenlängsträgerstrukturen
hinter bzw. vor den Radschächten
verbunden sind, und eine Gestellanordnung mit einem Paar von gestreckten
Gestellstützstrukturen
und einem Paar von U-förmigen
Gestellstrukturen, wobei jede U-förmige Gestellstruktur ein Paar
von Schenkelabschnitten aufweist, das sich von einem Querabschnitt
aus erstreckt, wobei die Gestellstützstrukturen lateral beabstandet
sind und jeweils zwischen der ersten und der der zweiten Verbindungsstruktur
verbunden sind, wobei die U-förmigen
Gestellstrukturen longitudinal beabstandet sind und jeder Schenkelabschnitt
des Paars von Schenkelabschnitten von jeder besagten U-förmigen Gestellstruktur
mit einer entsprechend anderen Gestellstützstruktur des Paars von Gestellstützstrukturen
verbunden ist.
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Die
Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Ausbilden eines Rahmentragwerks
für ein
Kraftfahrzeug bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfasst:
Bereitstellen von Komponenten für ein Rahmentragwerk mit einem
Paar von Seitenlängsträgerstrukturen,
wobei jede Seitenlängsträgerstruktur
einen einen Radschacht ausbildenden Abschnitt, ein Paar von Verbindungsstrukturen
und eine Gestellanordnung umfasst, wobei die Gestellanordnung ein
Paar von gestreckten Gestellstützelementen
und ein Paar von U-förmigen
Gestellelementen umfasst, wobei jedes U-förmige Gestellelement ein Paar
von Schenkelabschnitten aufweist, die sich von einem Querabschnitt
aus erstrecken, wobei die Gestellstützelemente und die U-förmigen Gestellelemente
jeweils in einem Hydroformvorgang ausgebildet werden, der das Bereitstellen
eines röhrenförmigen Rohlings,
der eine metallische Wand aufweist, das Anordnen des Rohlings in
einer Pressanordnung, die Pressflächen aufweist, die eine Pressformhöhle definieren,
und das Bereitstellen von einem druckbeaufschlagten Fluid in einem
Innenraum des Rohlings umfasst, um die Wand in Übereinstimmung mit den Pressflächen zu
expandieren, und
Zusammenbauen der Komponenten, so dass die
erste und die zweite Verbindungsstruktur lateral zwischen den Seitenlängsträgerstrukturen
hinter bzw. vor den den Radschacht ausbildenden Abschnitten verbunden
sind, wobei die Gestellstützelemente
lateral beabstandet sind und jeweils zwischen der ersten und der
zweiten Verbindungsstruktur verbunden sind, und wobei die U-förmigen Gestellstrukturen
longitudinal beabstandet sind und jeder Schenkelabschnitt des Paars
von Schenkelabschnitten jedes U-förmigen Gestellelements mit
einem entsprechenden Gestellstützelement
des Paars von Gestellstützelementen
verbunden ist.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden genauen Beschreibung, der beigefügten Zeichnung
und den angefügten
Ansprüchen
deutlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Rahmentragwerks,
das eine hintere Ringanordnung enthält;
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2 zeigt
eine Ausführungsform
eines Kraftfahrzeug-Rahmentragwerks,
das eine Gestellanordnung enthält,
die gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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3 zeigt
die Gestellanordnung einzeln;
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4 zeigt
das Rahmentragwerk von 2 in einem Seitenaufriss;
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5 zeigt
einzeln eine perspektivische Ansicht der hinteren Ringanordnung
und eines hydrogeformten Querelements;
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6 zeigt
einzeln eine perspektivische Ansicht der hinteren Ringanordnung;
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7 zeigt
einzeln eine Rückansicht
der hinteren Ringanordnung und des hydrogeformten Querelements;
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8 zeigt
einzeln einen Seitenaufriss der hinteren Ringanordnung;
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9 zeigt
eine Explosionsansicht der hinteren Ringanordnung;
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10 zeigt
eine Schnittansicht eines Abschnitts der hinteren Ringanordnung
längs der
Linie 10-10 von 7; und
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11 ist
eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Hydroformanordnung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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1 zeigt
ein Rahmentragwerk, das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 angegeben
und gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Das Rahmentragwerk 10 enthält im Allgemeinen
ein Paar von lateral beabstandeten, sich longitudinal erstreckenden
Seitenlängsträgerstrukturen 12,
eine sich lateral erstreckende hintere Verbindungsstruktur 14,
die zwischen hinteren Abschnitten der Seitenlängsträgerstrukturen 12 verbunden
ist, und ein Paar von vordersten aufrechten Strukturen 16.
Jede vorderste aufrechte Struktur 16 ist mit einer entsprechenden
Seitenlängsträgerstruktur 12 verbunden
und erstreckt sich davon im Allgemeinen aufwärts, um ein Paar von A-Säulen zu
bilden. Ein Paar von Dachlängsträgerstrukturen 18 ist
an jeder Seite des Rahmentragwerks 10 in einer im Allgemeinen vertikal
beabstandeten Beziehung über
den Seitenlängsträgerstrukturen 12 angeordnet
und ist in der nachfolgend beschriebenen Weise mit dem Rahmentragwerk 10 verbunden.
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Das
Rahmentragwerk 10 enthält
eine hintere Ringanordnung 20. Die hintere Ringanordnung 20 ist in
den 5 bis 9 einzeln gezeigt und wird im Folgenden
genau beschrieben. Aus den Figuren kann erkannt werden, dass die
hintere Ringanordnung 20 ein röhrenförmiges hydrogeformtes oberes Element 22 in
Form eines umgekehrten U und ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten Seitenelementen 24, 26 enthält. Die
Seitenelemente 24, 26 haben vorzugsweise eine
spiegelbildliche Konstruktion, so dass lediglich das Element 24 genau
erläutert wird,
wobei die Erläuterung
gleichfalls für
das Element 26 gilt. Allgemein wird in der vorliegenden
Anmeldung dann, wenn ein Paar von Struk turen oder Elementen so gekennzeichnet
werden, dass sie eine spiegelbildliche Konstruktion aufweisen, lediglich eine
Struktur oder ein Element genau beschrieben, wobei die Erläuterung
jedoch für
beide gilt. Das obere Element 22 ist eine einteilige Struktur,
die einen Querabschnitt 28 und ein Paar von Schenkeln 31 aufweist,
die sich von Verbindungsstellen 31 an gegenüberliegenden
Enden des Querabschnitts 28 abwärts erstrecken.
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Das
Paar von röhrenförmigen hydrogeformten
Seitenelementen 24, 26 ist jeweils an einem ersten
Ende hiervon mit einem freien Ende eines entsprechenden Seitenabschnitts 30 des
oberen Elements 22 verbunden. Der Querabschnitt 28 des
oberen Elements 22 und die Paare von verbundenen Seitenabschnitten
und Seitenelementen 30, 24 bzw. 30, 26 definieren
dadurch einen Querabschnitt bzw. ein Paar von Schenkelabschnitten
einer röhrenförmigen hydrogeformten
Anordnung 32, die im Allgemeinen in Form eines umgekehrten
U ist. Der Querabschnitt der U-förmigen
Anordnung 32 ist mit dem Querabschnitt 28 des
oberen Elements 22 identisch und wird deshalb mit dem gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Die Schenkelabschnitte der U-förmigen Anordnung 32 sind
mit den Bezugszeichen 34 und 36 bezeichnet, um
die Erläuterung
der Erfindung zu vereinfachen. Die Querstruktur, die allgemein mit
dem Bezugszeichen 38 bezeichnet ist, ist in einer einen Ring
bildenden Beziehung zwischen die zweiten Enden der Seitenelemente 24, 26 in
einer Weise verbunden, die am besten in den 5 bis 7 erkannt
wird. Die Struktur der hinteren Ringanordnung 20 wird im
Folgenden genau betrachtet.
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Die
Art, wie die zusammengebaute hintere Ringanordnung 20 mit
dem Rahmentragwerk 10 verbunden ist, kann aus 1 verstanden
werden. Die Querstrukturanordnung 38 ist mit der hinteren
Verbindungsstruktur 14 in der Weise verbunden, dass sich
die Querstrukturanordnung 34 lateral zwischen den Seitenlängsträgerstrukturen 12 erstreckt,
und jeder Schenkelabschnitt 34, 36 der U-förmigen Anordnung 32 ist
mit einer dazugehörigen
Seitenlängsträgerstruktur 12 verbunden
und erstreckt sich in Bezug auf diese im Allgemeinen aufwärts, wodurch
ein Paar von hintersten oder "D"-Säulen 34, 36 gebildet
wird. Jede Dachlängsträgerstruktur 18 ist
zwischen einem oberen Ende einer entsprechenden A-Säule 16 und einer
dazugehörigen
Verbindungsstelle 31 der hinteren Ringanordnung 20 verbunden.
Die Seitenlängsträgerstrukturen 12,
die A-Säulen 16,
die Dachlängsträgerstrukturen 18 und
die hintere Ringanordnung 20 definieren im Allgemeinen
einen Rahmentragwerk-Innenraum 40 und die hintere Ringanordnung 20 schafft
eine hintere Öffnung
in dem Innenraumbereich 40.
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Bevor
die hintere Ringanordnung 20 genau betrachtet wird, wird
die Konstruktion des Rahmentragwerks 10 betrachtet. Das
Rahmentragwerk 10 enthält
ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten oberen
longitudinalen Elementen 42, 44, das an entsprechenden
Seitenlängsträgerstrukturen 12 angebracht
ist. Jedes hydrogeformte Element ist durch eine nach außen verformte
röhrenförmige metallische
Wand definiert, die in einer vorgegebenen Oberflächenkonfiguration fixiert ist.
Die oberen longitudinalen Elemente 42, 44 haben
vorzugsweise eine spiegelbildliche Konstruktion. Jedes obere longitudinale
Element 42 hat einen eine Säule bildenden Abschnitt 46 und
einen einteiligen, sich longitudinal erstreckenden Abschnitt 48.
Der eine Säule
bildende Abschnitt 46 jedes oberen longitudinalen Elements 42 ist
mit einer entsprechenden Seitenlängsträgerstruktur 12 verbunden
und erstreckt sich von dieser aufwärts, um eine A-Säule 16 des
Paars von A-Säulen 16 zu
bilden. Der sich longitudinal erstreckende Abschnitt 48 des
oberen longitudinalen Elements 42 erstreckt sich von dem
eine Säule
bildenden Abschnitt 46 nach hinten und ein freies Ende
des sich longitudinal erstreckenden Ab schnitts 48 ist mit
einer dazugehörigen
Verbindungsstelle 31 der hinteren Ringanordnung 20 verbunden.
Die sich longitudinal erstreckenden Abschnitte 48 der oberen
longitudinalen Elemente 42, 44 definieren ein
Paar von Dachlängsträgerstrukturen 18.
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Der
sich longitudinal erstreckende Abschnitt
48 jedes oberen
longitudinalen Elements
42 definiert außerdem einen Längsabschnitt
zwischen der vordersten oder A-Säule
und den dazugehörigen
hintersten oder D-Säulen
34,
36 (definiert
offensichtlich durch die Schenkelabschnitte
34,
36 der
röhrenförmigen hydrogeformten
U-förmigen
Anordnung
32 der hinteren Ringanordnung
20) auf
jeder Seite des Rahmentragwerks
10. Der Längsabschnitt,
der durch alle einteiligen hydrogeformten, sich longitudinal erstreckenden
Abschnitte
48 definiert ist, macht die Raumtoleranzen zwischen
der vordersten Säule
16 und den
hintersten Säulen
34,
36 minimal,
wie im
US-Patent US
6,092,865 A mit dem Titel HYDROFORMED SPACE FRAME AND METHOD
OF MANUFACTURING THE SAME gelehrt und genau beschrieben ist.
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Ein
Paar von ersten und zweiten hydrogeformten Elementen 50, 52 in
Form eines umgekehrten U ist zwischen den Seitenlängsträgerstrukturen 12 angebracht.
Jedes Elementen 50, 52 in Form eines umgekehrten
U enthält
einen Querabschnitt 54 bzw. 56 und ein Paar von
Schenkelabschnitten 58 bzw. 60, die sich einteilig
von Verbindungsstellen an gegenüberliegenden
Enden der Querabschnitte 54, 56 erstrecken. Jeder
Schenkelabschnitt 58 des ersten U-förmigen Elements 50 ist
mit einer entsprechenden Seitenlängsträgerstruktur 12 verbunden und
erstreckt sich von diesem aufwärts
und jede Verbindungsstelle hiervon ist mit dem sich longitudinal erstreckenden
Abschnitt 48 eines dazugehörigen oberen longitudinalen
Elements 42, 44 verbunden. Die Schenkelabschnitte 58 des
ersten U-förmi gen Elements 50 definieren
dadurch ein Paar von B-Säulen
des Rahmentragwerks 10. Jeder Schenkelabschnitt 60 des
zweiten U-förmigen
Elements 52 ist mit einem gewölbten, einen Radschacht bildenden
Abschnitt 66 einer entsprechenden Seitenlängsträgerstruktur 12 verbunden
und erstreckt sich von diesem aufwärts und jede Verbindungsstelle
des zweiten U-förmigen
Elements 52 ist mit dem sich longitudinal erstreckenden
Abschnitt 48 eines dazugehörigen oberen longitudinalen
Elements 42, 44 verbunden. Die Schenkelabschnitte 60 des
zweiten U-förmigen Elements 52 definieren
dadurch ein Paar von C-Säulen
des Rahmentragwerks.
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Jede
Seitenlängsträgerstruktur 12 umfasst vorzugsweise
ein röhrenförmiges hydrogeformtes vorderes
Seitenlängsträgerelement 72 bzw. 74 und ein
röhrenförmiges hydrogeformtes
hinteres Seitenlängsträgerelement 76 bzw. 78.
Die vorderen Seitenlängsträgerelemente 72, 74 und
die hinteren Seitenlängsträgerelemente 76, 78 haben
jeweils eine spiegelbildliche Konstruktion. Das vordere Seitenlängsträgerelement 72 weist
einen im Wesentlichen geradlinigen vorderen Abschnitt 82,
einen nach außen
angewinkelten Zwischenabschnitt 84 und einen im Wesentlichen
geradlinigen hinteren Abschnitt 86 auf. Das hintere Seitenlängsträgerelement 76 weist
einen kurzen, im Wesentlichen geradlinigen vorderen Abschnitt 88,
einen nach oben gewölbten
Zwischenabschnitt 90 (der den Radschacht 92 bildet)
und einen im Wesentlichen geradlinigen hinteren Abschnitt 92 auf.
Die vorderen und hinteren Seitenlängsträgerelemente 72, 76 sind
vorzugsweise in einem teleskopartigen gegenseitigen Eingriff und
miteinander verschweißt,
um zwischen ihnen eine Verbindungsstelle 80 zu bilden.
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Eine
Trägeranordnung 94 der
vorderen Stoßstange
ist lateral über
die vorderen Enden der vorderen Seitenlängs trägerelemente 72, 74 verbunden.
Das vorderste Ende jedes vorderen Seitenlängsträgerelements 72, 74 enthält einen
einteiligen hydrogeformten zusammenklappbaren vorderen Abschlussabschnitt 96,
der so konstruiert und beschaffen ist, dass er bei einer Kollision
am vorderen Ende in einer gesteuerten, Energie absorbierenden Weise zusammenklappt,
wodurch die Aufprallenergie absorbiert wird.
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Eine
Trägeranordnung 98 der
hinteren Stoßstange
ist über
die hinteren Enden der hinteren Seitenlängsträgerelemente 76, 78 verbunden.
Die hinteren Seitenlängsträgerelemente 76, 78 enthalten
einteilige hydrogeformte zusammenklappbare hintere Abschlussabschnitte 100,
die ähnlich
wie die zusammenklappbaren vorderen Abschlussabschnitte 96 konstruiert
sind und funktionieren.
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Ein
Paar von Verbindungsstrukturen sind lateral zwischen die Seitenlängsträgerstrukturen 12 vor bzw.
hinter den Radschächten 66 verbunden.
Die Verbindungs- oder Querstrukturen werden vorzugsweise durch dazwischen
liegende und hintere röhrenförmige hydrogeformte
Verbindungs- oder Querelemente 102, 104 bereitgestellt.
Das hintere röhrenförmige hydrogeformte
Verbindungselement 104 umfasst vorzugsweise die hintere
Verbindungsstruktur 14. Für Erläuterungszwecke werden die hydrogeformten
Querelemente 102, 104 außerdem als die dazwischen liegenden
und hinteren Verbindungsstrukturen 102, 104 bezeichnet.
Die dazwischen liegenden und hinteren Verbindungsstrukturen 102, 104 sind
lateral zwischen den Seitenlängsträgerstrukturen 12 vor
bzw. hinter den Radschächten 66 verbunden.
Im Einzelnen ist jedes Ende jedes Querelements 102, 104 in
einem Paar von ausgerichteten Öffnungen 101 bzw. 103 befestigt,
die in den hinteren Seitenlängsträgerelementen 76, 78 gebildet
sind, und sind in den Öffnungen
durch Schweißen
befestigt. Ein Paar von sich longitudinal erstreckenden Stützstrukturen
ist jeweils zwischen den dazwischen liegenden und hinteren Verbindungsstrukturen 102, 104 verbunden
und ist vorzugsweise durch ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten Stützelementen 105, 107 vorgesehen.
Eine Kerbe 109 ist in jedem Ende jedes Stützelements 105, 107 ausgebildet
und die Stützelemente 105, 107 werden
am Rahmentragwerk 10 befestigt, indem jede der dazwischen
liegenden und hinteren Verbindungsstrukturen 102, 104 in einer
Kerbe 109 positioniert wird und die Stützelemente 105, 107 an
die Verbindungsstrukturen 102, 104 angeschweißt wird.
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Eine
mittige Querstruktur, die vorzugsweise durch ein röhrenförmiges hydrogeformtes
mittiges Element 111 bereitgestellt wird, ist den vorderen
Seitenlängsträgerelementen 72, 74 verbunden.
Das mittige Element 111 ist in ähnlicher Weise, wie die Elemente 102, 104 zwischen
den hinteren Seitenlängsträgerelementen 76, 78 verbunden
sind, zwischen den Seitenlängsträgerelementen 72, 74 verbunden. Ein
mittiger Abschnitt des mittigen Elements 111 ist nach oben
gewölbt,
um einen Abschnitt des Antriebsstrangs (nicht gezeigt) des zusammengebauten Fahrzeugs
aufzunehmen.
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Das
Rahmentragwerk 10 enthält
eine vordere Strukturanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 106 bezeichnet
ist. Die vordere Strukturanordnung 106 enthält ein Paar
von vorderen oberen Seitenlängsträgerstrukturen 108,
eine vordere Querstrukturanordnung 110 und ein Paar von
Seitenlängsträgerstrukturen 112.
Die vordere Querstrukturanordnung 110 ist lateral zwischen
vorderen Endabschnitten der Seitenlängsträgerstrukturen 12 verbunden.
Jede vordere obere Seitenlängsträgerstruktur 108 ist
zwischen der vorderen Querstrukturanordnung 110 und einem
Zwischenabschnitt einer entsprechenden A-Säule 16 verbunden,
so dass die vorderen oberen Seitenlängsträgerstrukturen 108 lateral voneinander
beabstandet sind und im Allgemeinen vertikal über vorderen Abschnitten der
Seitenlängsträgerstrukturen 12 beabstandet
sind. Jede Seitenstützstruktur 112 ist
an einem Ende mit einem Zwischenabschnitt der entsprechenden A-Säule 16 verbunden
und erstreckt sich hiervon nach vorn und abwärts und ist am anderen Ende,
das dem einen Ende gegenüberliegt,
mit einer dazugehörigen
Seitenlängsträgerstruktur 12 verbunden.
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Die
vordere Querstrukturanordnung 106 enthält eine vordere U-förmige Struktur,
die vorzugsweise durch ein einteiliges röhrenförmiges hydrogeformtes vorderes
U-förmiges
Element 114 bereitgestellt wird. Das U-förmige Element 114 weist
einen Querabschnitt 116 auf und ein Paar von Schenkelabschnitten 118,
das sich von Verbindungsstellen 120 an jedem Ende des Querabschnitts 116 aufwärts erstreckt.
Jede Verbindungsstelle 120 ist vorzugsweise an eine dazugehörende Seitenlängsträgerstruktur 12 geschweißt. Eine
Trägerstruktur 122 ist
vorzugsweise in einer verstärkenden
Beziehung zwischen jeder Seitenlängsträgerstruktur 12 und
einen Zwischenabschnitt eines dazugehörenden Schenkelabschnitts 118 des
U-förmigen
Elements 114 verbunden. Jede Trägerstruktur 122 ist
vorzugsweise eine metallische Struktur, die durch Stanzen oder ein
anderes geeignetes Verfahren geformt wurde und durch Schweißen an dem
Rahmentragwerk 10 befestigt ist.
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Die
vordere Querstrukturanordnung 110 enthält des Weiteren eine gestreckte
im Wesentlichen geradlinige obere vordere Querstruktur, die vorzugsweise
durch ein röhrenförmiges hydrogeformtes
vorderes oberes Querelement 124 bereitgestellt wird. Gegenüberliegende
Endabschnitte des Querelements 124 sind abgeflacht und
mit Endabschnitten von Schenkelabschnitten 118 des U-förmigen Elements 114 vorzugsweise
durch Schweißen
verbunden.
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Die
vorderen oberen Seitenlängsträgerstrukturen 108 werden
vorzugsweise durch ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten vorderen
oberen Seitenlängsträgerelementen 126, 128 bereitgestellt. Jedes
obere Seitenlängsträgerelement 126, 128 kann
zwischen dem eine Säule
bildenden Abschnitt 46 eines entsprechenden oberen longitudinalen
Elements 42, 44 und den dazugehörenden Schenkelabschnitt 118 des
U-förmigen
Elements 114 durch beliebige geeignete Mittel befestigt
sein. Eine Kerbe 130, 132 ist vorzugsweise in
jedem Ende jedes oberen Seitenlängsträgerelements 126, 128 ausgebildet
und jedes Element 126, 128 ist durch Schweißen am Rahmentragwerk 10 befestigt.
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Jede
Seitenstützstruktur 112 wird
vorzugsweise durch ein röhrenförmiges hydrogeformtes
Seitenstützelement 134, 136 bereitgestellt.
Die Seitenstützelemente 134, 136 haben
eine spiegelbildliche Konstruktion, so dass lediglich das Element 134 genau
erläutert
wird. Das Seitenstützelement 134 kann durch
beliebige geeignete Mittel am Rahmentragwerk 10 befestigt
sein. Vorzugsweise ist z. B. eine Kerbe 138, 140 in
jedes Ende des Seitenstützelements 134 geschnitten
und das Element 134 wird am Rahmentragwerk 10 befestigt,
indem das vordere Seitenlängsträgerelement 72 in
der Kerbe 138 und der eine Säule bildende Abschnitt 46 des
oberen longitudinalen Elements 42 in der Kerbe 140 positioniert und
geschweißt
werden. Die Seitenstützelemente 134, 136 verstärken den
Rahmen 12. Insbesondere die Elemente 134, 136 kräftigen die
vordere Strukturanordnung 106 und widerstehen einer Verformung des
vorderen Endes des Fahrzeugs bei einer Frontkollision.
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Eine
gestreckte vordere Querstruktur, die vorzugsweise durch ein röhrenförmiges hydrogeformtes
vorderes Querelement 144 bereitgestellt wird, erstreckt
sich lateral zwischen den vorderen Seitenlängsträgerelementen 72, 74 und
ist zwischen diesen befestigt. Das vordere Querelement 144 ist vorzugsweise
zwischen den Seitenlängsträgerelementen 72, 74 in ähnlicher
Weise befestigt, wie die hydrogeformten Verbindungselemente 102, 104 zwischen
den Seitenlängsträgerelementen 76, 78 befestigt
sind, obwohl beliebige geeignete Mittel verwendet werden können.
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Ein
Paar von vorderen oberen Querstrukturen ist zwischen den eine Säule bildenden
Abschnitten 46 der oberen longitudinalen Elemente 42, 44 befestigt
und wird vorzugsweise durch ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten vorderen
oberen Querelementen 146, 148 gebildet. Eine Kerbe 150, 151 ist vorzugsweise
in jedes Ende jedes vorderen oberen Querelements 146 bzw.
148 geschnitten, so dass sich ein einziger Wandabschnitt von jedem
Ende jedes Querelements 146, 148 einseitig nach
außen
erstreckt, und die Querelemente 146, 148 sind
zwischen den oberen longitudinalen Elementen 42, 44 befestigt,
indem die oberen longitudinalen Elemente in entsprechenden Kerben
in der Weise angeordnet werden, dass die einseitig vorstehenden Wandabschnitte
mit ihnen in einer benachbarten und übereinander liegenden Beziehung
sind, und anschließend
angeschweißt
werden.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines Rahmentragwerks, die allgemein mit dem Bezugszeichen 150 bezeichnet
ist. Das Rahmentragwerk 150 ist mit dem Rahmentragwerk 10 identisch mit
der Ausnahme, dass das Rahmentragwerk 150 eine Gestellanordnung 152 enthält. Die
Abschnitte des Rahmentragwerks 150, die mit Abschnitten
des Rahmentragwerks 10 identisch sind, sind durch identische
Bezugszeichen bezeichnet und werden in der Beschreibung des Rahmentragwerks 150 nicht
weiter erwähnt.
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Die
Gestellanordnung 152 ist in 2 so gezeigt,
dass sie an dem Rahmentragwerk 150 angebracht ist, und
ist in
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3 einzeln
gezeigt. Wie in 3 am besten erkannt werden kann,
enthält
die Gestellanordnung 152 ein Paar von gestreckten Gestellstützstrukturen,
die vorzugsweise durch ein Paar von gestreckten röhrenförmigen hydrogeformten
Gestellstützelementen 154, 156 (mit
spiegelbildlicher Konstruktion) bereitgestellt werden. Die Gestellanordnung 152 enthält ferner
ein Paar von U-förmigen
Gestellstrukturen, die vorzugsweise durch ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten
U-förmigen
Gestellelementen 158, 160 bereitgestellt werden.
Jedes U-förmige
Gestellelement 158, 160 weist ein Paar von Schenkelabschnitten 162 bzw. 164 auf,
das sich von einem einteiligen Querabschnitt 166 bzw. 168 erstreckt. Kerben 170, 172 sind
vorzugsweise in jedem Schenkelabschnitt 162 bzw. 164 der
U-förmigen
Gestellelemente 158, 160 ausgebildet. Die Gestellstützelemente 154, 156 werden
an den U-förmigen
Gestellelementen 158, 160 befestigt, indem die
Gestellstützelemente 154, 156 in
den Kerben 170, 172 angeordnet und anschließend angeschweißt werden.
Die Gestellanordnung 152 wird verwendet, um eine hintere Radanordnung
(die nicht gezeigt ist und ein Hinterradaufhängungssystem enthält) am Rahmentragwerk 10 anzubringen,
wenn das Fahrzeug zusammengebaut wird. Mehrere Träger 174, 176 werden
an den U-förmigen
Gestellelementen 158, 160 befestigt, um eine Befestigung
der hinteren Radanordnung am Fahrzeug zu ermöglichen.
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Die
Art, wie die Gestellanordnung 152 am Rahmentragwerk 10 befestigt
ist, kann aus den 2 und 4 erkannt
werden. Die Gestellstützstrukturen
(die in der beispielhaften Ausführungsform des
Rahmentragwerks 150 durch die Gestellstützelemente 154, 156 bereitgestellt
werden) sind lateral beabstandet und jede ist zwischen den dazwischen
liegenden und hinteren Verbindungsstrukturen 102, 104 verbunden.
Wie am besten in 4 zu sehen ist, ist insbesondere
jeder Endabschnitt jedes Gestellstützele ments 154, 156 an
einem unteren Oberflächenabschnitt
eines entsprechenden Verbindungselements 102, 104 befestigt.
Die Gestellstützelemente 154, 156 können durch
Schweißen,
durch Bolzen oder beliebige andere geeignete Mittel an den Verbindungselementen 102, 104 befestigt
sein. Die U-förmigen
Gestellstrukturen (die durch die Gestellelemente 158, 160 bereitgestellt
werden) sind longitudinal beabstandet und, wie oben erwähnt wurde,
ist jeder Schenkelabschnitt 162, 164 des Paars
von Schenkelabschnitten jeder U-förmigen Gestellstruktur 158 bzw. 160 mit
einer entsprechenden Gestellstützstruktur
des Paars von Gestellstützstrukturen 154, 156 verbunden.
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Aus 4 kann
erkannt werden, dass dann, wenn eine Hinterradanordnung an der Gestellanordnung 152 befestigt
ist, jedes Hinterrad (nicht gezeigt) des zusammengebauten Fahrzeugs
im Allgemeinen unter einem entsprechenden Radschacht 66 angeordnet
ist. Die Gestellanordnung 152 ist vorzugsweise vorgesehen,
um eine Anbringung der Hinterradanordnung am Rahmentragwerk zu ermöglichen.
Es liegt im Umfang der Erfindung, eine in geeigneter Weise konstruierte
Gestellanordnung bereitzustellen, um das Anbringen einer geeigneten
Vorderradanordnung zu ermöglichen.
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Die
hintere Ringanordnung 20 ist in den 6 und 8 einzeln
gezeigt und ist einzeln so gezeigt, dass sie in Bezug auf die hintere
Verbindungsstruktur 14 in 5 angebracht
ist. Die Konstruktion der hinteren Ringanordnung 20 kann
am besten aus der Explosionsansicht von 9 verstanden
werden. Da, wie oben erwähnt
wurde, die röhrenförmigen hydrogeformten
Seitenelemente 24, 26 eine spiegelbildliche Konstruktion
aufweisen, wird lediglich das Element 24 genau erläutert. Ein
oberer Abschluss 180 des Seitenelements 24 hat
vorzugsweise einen verringerten Durchmesser, so dass das Seitenelement 24 in
einem Endabschnitt des dazugehörigen
röhrenförmigen Schenkelabschnitts 30 des
hydrogeformten oberen Elements 22 teleskopartig aufgenommen
werden kann. Die teleskopartig im Eingriff befindlichen hydrogeformten
Elemente 22, 24 sind vorzugsweise durch Schweißen aneinander
befestigt. Es kann jedoch erkannt werden, dass die hydrogeformten
Elemente 22, 24 durch irgendwelche geeigneten
Mittel starr aneinander befestigt sein können.
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Die
Querstruktur 38 umfasst vorzugsweise eine Anordnung aus
metallischen Strukturen, die durch Stanzen geformt wurden, obwohl
beliebige geeignete Metallformgebungsmittel oder Metallformungsmittel
verwendet werden können,
um die metallischen Strukturen der Querstruktur 38 aufzubauen.
Die Querstruktur 38 umfasst eine Anordnung aus gestanzten
Elementen, die in einer röhrenförmigen Konfiguration
zusammengebaut sind. Die Konstruktion der Querstrukturanordnung 38 kann
am besten aus der Explosionsansicht von 9 und der
Schnittansicht von 10 verstanden werden.
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Die
Querstrukturanordnung 38 enthält insbesondere ein Paar von
oberen Querelementen 182, 184, ein Zwischenquerelement 186 und
ein unteres Querelement 188. Jedes Querelement 182, 184, 186, 188 hat
vorzugsweise eine einstöckige
gestanzte Metallblechkonstruktion, obwohl jedes geeignete Metall
formgebungs- oder Metall formungsverfahren verwendet werden kann,
um alle Elemente aufzubauen. Wie am besten in 9 zu
sehen ist, haben vorzugsweise die oberen Querelemente 182, 184 eine spiegelbildliche
Konstruktion (deswegen wird lediglich das Element 182 genau
erläutert).
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Das
Querelement 182 ist so geformt, dass es einteilig eine
nach oben weisende Oberfläche 190 (definiert
durch einen mittigen Wandabschnitt 191), einen sich im
Wesent lichen vertikal erstreckenden hinteren Wandabschnitt 192 und
einen sich nach vorn erstreckenden Flanschabschnitt 194,
definiert, der sich von einem sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden
vorderen Wandabschnitt 196 senkrecht nach vorn erstreckt.
Ein ausgesparter Bereich 198, der so konstruiert und angeordnet
ist, dass er einen unteren Abschluss 200 des Seitenelements 24 aufnimmt,
ist im Allgemeinen durch den vorderen mittigen und die hinteren
Wandabschnitte 196, 191 und 192 des Querelements 182 definiert.
Der untere Endabschnitt 200 des Seitenelements 24 hat
einen verringerten Durchmesser, so dass dann, wenn der untere Abschnitt 200 des
Seitenelements 24 in dem ausgesparten Bereich 198 des
Querelements 182 angeordnet ist, die nach außen weisenden
Oberflächen,
die durch die Wandabschnitte 196, 191, 192 des
Querelements 182 definiert sind, mit entsprechenden benachbarten
Wandoberflächen,
die durch einen unteren Zwischenabschnitt 202 des Seitenelements 24 definiert
sind, im Wesentlichen bündig
sind. Deswegen ist vorzugsweise die Wanddicke des Metallblechs,
das zum Bilden des Querelements 182 verwendet wird, etwa
gleich der Tiefe des ausgesparten Endabschnitts 200 des
Seitenelements 24 in Bezug auf seinen unteren Zwischenabschnitt 202.
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Das
Zwischenquerelement 186 hat vorzugsweise eine im Wesentlichen
L-förmige
Struktur (im Querschnitt, wie am besten in 10 zu
sehen ist) aus einer gestanzten Metallblechkonstruktion, die einen
sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden hinteren Wandabschnitt 206 und
einen vorderen und sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Wandabschnitt 208 enthält. Das
untere Querelement 188 ist vorzugsweise eine gestanzte
Metallblechkonstruktion und enthält
sich im Wesentlichen vertikal erstreckende vordere und hintere Wandabschnitte 210 bzw. 212 und
einen mittigen Wandabschnitt 214, der sich einteilig zwischen
ihnen erstreckt. Die Einzelheiten der Konstruktion des dazwischen
liegenden und des unteren Querelements 186, 188 kann
nach der Untersuchung der Konstruktion der bevorzugten Ausführungsform
der hinteren Verbindungs- oder Querstruktur 14 am besten
verstanden werden, wobei die bevorzugte Ausführungsform durch das röhrenförmige hydrogeformte
Verbindungselement 104 bereitgestellt wird.
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Die
zusammengebaute hintere Ringanordnung 20 ist in 5 einzeln
gezeigt, wobei sie an dem hydrogeformten Verbindungselement 104 angebracht
ist, um die Art darzustellen, wie die Querstrukturanordnung 38 der
hinteren Ringanordnung 20 mit dem röhrenförmigen hydrogeformten Verbindungselement 104 verbunden
ist. Die hintere Ringanordnung 20 definiert eine Öffnung 220 in
den Innenbereich 40 des Rahmentragwerks 10, 250.
Wie in 5 am besten zu sehen ist, ist das röhrenförmige Verbindungselement 104 an
einer Position, die im Allgemeinen unter der Öffnung 220 liegt,
an der hinteren Ringanordnung 20 angebracht. Das röhrenförmige Verbindungselement 104 weist
geradlinige, sich horizontal erstreckende Abschlussabschnitte 222,
einen geradlinige, sich horizontal erstreckenden mittigen Abschnitt 224 und
angewinkelte Übergangsabschnitte 223 auf,
die sich jeweils röhrenförmig einteilig
zwischen jedem Abschlussabschnitt 222 und einem benachbarten
Ende des mittigen Abschnitts 224 erstrecken. Der mittige
Abschnitt 224 besitzt eine Länge, die etwa gleich der Breite
des untersten Abschnitts der hinteren Öffnung 220 ist, und
die Querstrukturanordnung 38 ist mit dem röhrenförmigen Verbindungselement 104 verbunden,
so dass sein mittiger Abschnitt 224 von der hinteren Öffnung 220 vertikal
abwärts
beabstandet ist.
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Wie
am besten in 9 zu sehen ist, kann bei nochmaliger
Betrachtung der Struktur des dazwischen liegenden und des unteren
Querelements 186, 188 erkannt werden, dass Endabschnitte
des Wandabschnitts 206 des Zwischenquerelements 186 sich
am Bezugszeichen 228 konisch verjüngen und gegenüberliegende
Endabschnitte des mittigen Wandabschnitts 214 des unteren
Querelements 188 am Bezugszeichen 230 nach oben
angewinkelt sind, so dass die Querstrukturanordnung 38 der
zusammengebauten hinteren Ringanordnung 20 so geformt ist,
dass sie das hydrogeformte röhrenförmige Verbindungselement 104 aufnimmt
und dadurch einen Schweißeingriff
zwischen der Verbindungsstrukturanordnung 38 und dem hydrogeformten
Element 104 ermöglicht.
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Die
Art, wie die Querelemente 182, 184, 186, 188 zusammengebaut
sind, um die Querstrukturanordnung 38 zu bilden, kann am
besten aus der Schnittansicht von 10 erkannt
werden. Der hintere Wandabschnitt 212 des unteren Querelements 188 ist
an dem hinteren Wandabschnitt 192 des oberen Querelements 182 befestigt
und der vordere Wandabschnitt 210 des unteren Querelements 188 ist
an dem Wandabschnitt 206 des Zwischenquerelements 186 befestigt.
Der nach vorn vorstehende Wandabschnitt 208 des Zwischenquerelements 186 ist
an dem nach vorn vorstehenden Wandabschnitt 194 des oberen
Querelements 182 befestigt. Die Querelemente 182, 184, 186 und 188 sind
vorzugsweise durch Schweißen
miteinander verbunden, obwohl beliebige geeignete Mittel, um metallische
Elemente aneinander zu befestigen, einschließlich der Verwendung eines
Klebematerials bei der Konstruktion verwendet werden können. Aus 10 kann
erkannt werden, dass die Querelemente 182, 184, 186, 188 so
konstruiert und angeordnet sind, dass sie die Querstrukturanordnung 38 mit
einer röhrenförmigen Struktur
bereitstellen. Da diese röhrenförmige Struktur
einen geschlossenen Querschnitt aufweist (d. h. einen geschlossenen Übergangsquerschnitt,
wie in 10 gezeigt ist), hat die Querstrukturanordnung 38 bei
einem Aufprall während
einer Kollision einen besseren Widerstand gegen Verformungen.
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Aus 5 kann
erkannt werden, dass die Abschlussabschnitte 222 des hydrogeformten
Verbindungselements 104 von entsprechenden gegenüberliegenden
Seiten der hinteren Ringanordnung 20 nach außen vorstehen,
wenn die Ringanordnung 20 mit dem Verbindungselement 104 verbunden
ist. Die Abschlussabschnitte 222 des hydrogeformten Elements 104 haben
vorzugsweise einen verringerten Durchmesser (siehe 5),
um die Bildung von Verbindungsstellen zwischen den hinteren Seitenlängsträgerelementen 76, 78 und
den entsprechenden Abschlussabschnitten 222 des Verbindungselements 104 zu
ermöglichen.
Aus den 1 und 5 kann z.
B. erkannt werden, dass vorzugsweise die Länge jedes Abschlussabschnitts 222 etwa
gleich der Breite des dazugehörigen
hinteren Seitenlängsträgerelements 76, 78 ist
und die äußere Oberfläche der
Abschlussabschnitte 222 eine Form definieren, die zur Form
der Öffnungen 103,
die in den Seitenlängsträgerelementen 76, 78 ausgebildet
sind, komplementär ist.
Die Abschlussabschnitte 222 sind in dem Paar von Öffnungen 103 angeschweißt.
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Wie
deutlich wird (und wie z. B. aus den 4 und 8 erkannt
werden kann), ist die hintere Ringanordnung 20 so konstruier
und angeordnet, dass die hintersten Säulen bei Betrachtung im Seitenaufriss
längs ihres
Zwischenabschnitts nach vorn gekrümmt sind. Die Seitenelemente 24, 26 besitzen insbesondere
untere Abschnitte 202, die näher zueinander angeordnet sind
als ihre oberen Abschnitte 225 (bei Betrachtung einer Rückansicht
wie in 7), und die Seitenelemente haben untere Abschnitte 202,
die in einer longitudinalen Rahmenrichtung weiter hinten angeordnet
in Bezug auf ihre oberen Abschnitte 225 (z. B. bei Betrachtung
vom Standpunkt der Seitenansicht von 4). Jedes
Seitenelement 24, 26 ist vorzugsweise an einer
entsprechenden Seitenlängsträgerstruktur
und an einem ent sprechenden Ende des Verbindungselements 104 durch Schweißen oder
ein anderes geeignetes Verfahren mit geeigneter Festigkeit verbunden.
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Die
Form der zusammengebauten hinteren Ringanordnung 20 kann
am besten aus den 4 bis 8 erkannt
werden. Die 4 und 8 zeigen
Seitenansichten der hinteren Ringanordnung 20 und 7 zeigt
eine Rückansicht
der Ringanordnung 20. Wie am besten in der Rückansicht
von 7 zu sehen ist, haben alle Schenkelabschnitte 34, 36 der
hydrogeformten U-förmigen
Anordnung 32 vorzugsweise eine spiegelbildliche Konstruktion
(so dass sich die Erläuterung
auf den Schenkelabschnitt 34 konzentriert, jedoch in gleicher
Weise für
den Schenkelabschnitt 36 gilt) und jeder definiert eine hinterste
Säule 34, 36 des
Rahmens 12. Jede hinterste Säule 34 weist einen
im Wesentlichen geradlinigen oberen Endabschnitt 234, der
sich von einer dazugehörigen
Verbindungsstelle 31 nach unten erstreckt, einen im Wesentlichen
geradlinigen unteren Endabschnitt 236 und einen einwärts angewinkelten mittigen
Abschnitt 238 auf, so dass die geradlinigen oberen Endabschnitte 234 der
Schenkelabschnitte 34, 36 zusammenwirken, um einen
verhältnismäßig breiten
oberen Abschnitt der hinteren Öffnung 220 zu definieren,
und die geradlinigen unteren Endabschnitte 236 definieren
einen verhältnismäßig schmalen
unteren Abschnitt der hinteren Öffnung 220 bei
Betrachtung der Rückansicht
(d. h. die Ansicht von 7). Es ist klar, dass eine Hecktür (nicht gezeigt),
die für
Türöffnungs-
und Schließbewegungen
in Bezug auf die hintere Öffnung 220 konstruiert und
beschaffen ist, einen verhältnismäßig breiteren oberen
Abschnitt und einen verhältnismäßig schmäleren unteren
Abschnitt hat, so dass die Form der Tür mit der Form der Öffnung 220 übereinstimmt.
Es kann erkannt werden, dass es vorgesehen ist, eine Glasplatte
an dem oberen verhältnismäßig breiteren Abschnitt
der Hecktür
anzubringen, um eine hintere Windschutzscheibe für ein Fahrzeug bereitzustellen, das
unter Verwendung des Rahmentragwerks 10, 250 zusammengebaut
wird. Der verhältnismäßig breite
obere Abschnitt der Ringanordnung 20 ist so konstruiert,
dass die hintere Windschutzscheibe des Fahrzeugs verhältnismäßig breit
sein kann, wodurch die Sicht des Fahrers verbessert wird, insbesondere dann,
wenn er in seinen Innenrückspiegel
und im Allgemeinen durch die Öffnung 220 nach
außen
schaut.
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Jeder
im Wesentlichen geradlinige obere Endabschnitt 234 der
U-förmigen
Anordnung verjüngt vorzugsweise
sich nach außen
konisch von oben nach unten und jeder im Wesentlichen geradlinige untere
Endabschnitt 236 der U-förmigen Anordnung 32 verjüngt sich
nach außen
konisch von oben nach unten bei Betrachtung der Rückansicht.
Jede hinterste Säule 34, 36 weist
vorzugsweise einen im Wesentlichen geradlinigen oberen Endabschnitt 240 und
einen im Wesentlichen geradlinigen unteren Endabschnitt 242 bei
Betrachtung der Seitenansicht auf (siehe z. B. 8).
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Wie
erwähnt
wurde (und wie aus den 4 und 8 erkannt
werden kann), ist die hintere Ringanordnung 20 so konstruiert
und beschaffen, dass die hintersten Säulen 34, 36 längs ihres
Zwischenabschnitts 243 bei Betrachtung der Seitenansicht
nach vorn gekrümmt
sind. Es kann erkannt werden, dass diese Krümmung der hintersten Säulen 34, 36 die Aerodynamik
des Fahrzeugs verbessert und außerdem
eine hintere Glaswindschutzscheibe aufnimmt, die in einem oberen
Abschnitt der Hecktür
mit einer ähnlichen
Krümmung
aufgenommen ist. Diese Krümmung
der hinteren Windschutzscheibe bietet eine verbesserte Streuung
des reflektierten hellen Sonnenlichts, wodurch die Sicht für den Fahrer
des Fahrzeugs und für
die Fahrer von Fahrzeugen, die sich hinter dem Fahrzeug befinden,
das unter Verwendung des Rahmentragwerks 10, 250 konstruiert
ist, verbessert. Wie am besten aus der Seitenansicht des Rahmentragwerks 250 von 4 erkannt
werden kann, ist vorzugsweise der im Wesentlichen geradlinige untere
Endabschnitt 242 jeder hintersten Säule 34, 36 vertikal
(wenn die Seitenlängsträgerstrukturen 12 auf
einer horizontalen Oberfläche
ruhen) und der im Wesentlichen geradlinige obere Endabschnitt 240 bildet
einen Winkel von etwa 10 (zehn) Grad in Bezug auf den im Wesentlichen
geradlinigen unteren Endabschnitt 240 bei Betrachtung der
Seitenansicht. Es ist vorgesehen, Ausführungsformen der hinteren Ringanordnung
bereitzustellen, bei denen der Winkel zwischen den Endabschnitten 240, 242 der
hintersten Säulen 34, 36 in
einem Bereich von etwa 5 (fünf) bis
etwa 15 (fünfzehn)
Grad liegt.
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Aus 7 kann
erkannt werden, dass jeder der Schenkel 30 des hydrogeformten
oberen Elements 22 im Wesentlichen geradlinig ist und jedes der
Seitenelemente 24, 26 bei Betrachtung der Rückansicht
einen im Wesentlichen geradlinigen oberen Abschnitt 225,
einen im Wesentlichen geradlinigen unteren Endabschnitt 202 und
einen einwärts
angewinkelten mittigen Abschnitt 238 aufweist. Dadurch kann
erkannt werden, dass die geradlinigen Abschnitte 30 und 225 des
oberen Elements 22 bzw. des Seitenelements 24 zusammenwirken,
um den geradlinigen oberen Abschnitt 234 der dazugehörigen hintersten
Säule 34 der
U-förmigen
Anordnung 32 bereitzustellen, und der untere Abschnitt 202 des Seitenelements 24 den
unteren Abschnitt 236 der dazugehörigen Säule 34 der U-förmigen Anordnung 32 umfasst.
In ähnlicher
Weise ist der einwärts
angewinkelte Zwischenabschnitt 238 des Seitenelements 24 identisch
mit dem einwärts
angewinkelte Zwischenabschnitt der Säule 34 der U-förmigen Anordnung 32 (und
umfasst diesen deswegen).
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Die
Hecktür
des Heckklappentyps (nicht gezeigt) ist typischerweise in Bezug
auf die Öffnung 220,
die durch die hintere Ringanordnung 20 definiert ist, an
dem Rahmentragwerk 10, 250 angebracht. Eine Hecktür kann z.
B. durch ein Paar Scharniere (nicht gezeigt) am Querabschnitt 28 der
U-förmigen Anordnung 32 schwenkbar
angebracht sein. Häufig ist
eine ununterbrochene Türdichtung
um einen Umfangsabschnitt der Hecktür angebracht. Es kann erkannt
werden, dass es wichtig ist, dass der Türdurchgang, der durch die hintere Öffnung 220 definiert
ist, eine glatte ununterbrochene Türdichtungseingrifffläche um seinen
Umfang aufweist, die so konstruiert und beschaffen ist, dass die
Türdichtung
der geschlossenen Hecktür
anliegend und abdichtend in Eingriff gelangt und eine Bewegung der
Türdichtung in
und aus der Öffnung 220 ermöglicht,
wenn die Tür geöffnet und
geschlossen wird.
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Wie
am besten in den 5, 6 und 7 zu
sehen ist, krümmen
sich die nach oben weisenden Oberflächen 190 der oberen
Querelemente 182, 184 jeweils an ihren äußersten
Enden bogenförmig
nach oben. Die nach oben weisenden Oberflächen 190 der Elemente 182, 184 sind
an der Verbindungsstelle 239 zwischen ihnen zueinander
bündig. Die
innersten Enden der oberen Querelemente 182, 184 sind
vorzugsweise durch Schweißen
aneinander befestigt, um die Verbindungsstelle 239 zu bilden. Die
nach innen weisenden Seitenflächen 249 der Seitenelemente 24, 26 der
röhrenförmigen hydrogeformten
Anordnung 32 im Allgemeinen in Form eines umgekehrten U
und die nach oben weisenden Oberflächen 190 der Querelemente 182, 184 wirken
zusammen, um eine ununterbrochene glatte Türdichtungseingrifffläche um den
unteren Abschnitt der Öffnung 220 bereitzustellen.
Es kann außerdem
aus 7 erkannt werden, dass die Seitenelemente 24, 26 und
das obere Element 22 eine glatte ununterbrochene Türdichtungseingrifffläche um den
oberen Abschnitt der Öffnung 220 bereitstellen.
Dadurch hat die Türöffnung eine
glatte ununterbrochene Türdichtungseingrifffläche 260 um
ihren gesamten Umfang.
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Es
kann außerdem
aus 7 erkannt werden, dass der oberste nach unten
weisende Abschnitt der Türdichtungseingrifffläche 260,
der durch das hydrogeformte obere Element 22 definiert
ist, nach hinten und von der Öffnung 220 auswärts leicht angewinkelt
ist, um die bogenförmige
Bewegung einer schwenkbar angebrachten Fahrzeughecktür, die durch
ein Paar von lateral beabstandeten Scharnieren, die am Querabschnitt 28 des
oberen Elements 22 befestigt sind, an der hinteren Ringanordnung 20 angebracht
ist, aufzunehmen.
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Hydroformverfahren
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Der
bevorzugte Hydroformprozess zum Bilden aller hydrogeformten Elemente
des beispielhaften Rahmentragwerks 10 kann aus 11 verstanden
werden. Jedes hydrogeformte Element wird aus einem röhrenförmigen Rohling 262,
der aus einem ersten metallischen Material aufgebaut ist, gebildet. Der
Rohling 262 hat einen geschlossenen transversalen Querschnitt,
offene röhrenförmige Enden
und eine vorgegebene Länge.
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Wenn
die Geometrie des Teils komplex ist oder wenn in dem fertigen Element
scharfe Biegungen vorhanden sind (eine Biegung stärker als
30 Grad), kann der Rohling 262 optional vor dem Hydroformen
gebogen werden. Der Rohling wird vorzugsweise gemäß den Erkenntnissen
des Patents Serien-Nr.
09/229.595 mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR WRINKLE-FREE HYDROFORMING OF
ANGLED TUBULAR PARTS, das am 7. Oktober 1997 eingereicht wurde,
gebogen.
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Es
sollte klar sein, dass das Verfahren des Patents der Serien-Nr.
60/061.238 vorzugsweise nicht für
Teile verwendet wird, die bei einem Winkel kleiner als 30 Grad gebogen
sind. Geradlinige Teile werden vorzugsweise gemäß den Erkenntnissen des Patents
mit der Serien-Nr.
08/915.910 mit dem Titel "Hydroforming
Die Assembly For Pinch-Free Tube Forming", das am 21. August 1997 eingereicht
wurde, hydrogeformt. Ein Rohling kann außerdem in einer CNC-Biegemaschine
gebogen werden, bevor er in der Pressanordnung angeordnet wird.
Ein geeignetes Schmiermittel kann auf die Außenseite des Rohlings aufgebracht
werden, bevor er in der Pressanordnung angeordnet wird.
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Der
Rohling 262 wird dann zwischen den Presshälften 264, 266 einer
Pressanordnung 268 angeordnet und die Pressanordnung wird
geschlossen. Die Pressanordnung 268 kann in Abhängigkeit
von der Konfiguration des herzustellenden hydrogeformten Elements
ein Werkzeug mit einzelnem Hohlraum oder mit mehreren Hohlräumen sein.
Der Rohling 262 wird mit einem Hydroformfluid gefüllt und
eine Hydroform-Stempelanordnung 270, 272 gelangt
mit jedem Ende des Rohlings 262 in Eingriff. Der Hydroformprozess
verwendet typischerweise eine mit hohem Druck beaufschlagte innere
Wasserströmung, um
den röhrenförmigen Rohling
zu formen. Ein Stempelelement 274, 276 jeder Anordnung 270, 272 dichtet
ein entsprechendes Ende des Rohlings 262 ab. Die Stempelelemente 274, 276 enthalten
hydraulische Verstärker,
die das Hydroformfluid verstärken können, wodurch
der Fluiddruck im Rohling 262 vergrößert wird, um eine röhrenförmige metallische Wand,
die allgemein mit dem Bezugszeichen 278 bezeichnet ist,
des röhrenförmigen Rohlings 262 in Übereinstimmung
mit den Pressflächen 280 der Pressformhöhle nach
außen
zu verformen (wie im Patent mit der Serien-Nr. 60/061.238 offenbart
ist), um dadurch ein hydrogeformtes Element mit einer äußeren Oberfläche zu bilden,
die auf eine vorgegebene Konfiguration festgelegt ist. Diese vorgegebene Konfiguration
der äußeren Oberfläche ist
in Abhängigkeit
von der Pressformhöhle
regelmäßig (d.
h. gleichförmig)
oder unregelmäßig (d.
h. nicht gleichförmig).
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Der
Fluiddruck und der axiale Druck können unabhängig gesteuert werden. Die
Stempelelemente 274, 276 werden an gegenüberliegenden
Enden des Rohlings 262 axial einwärts gedrückt, um einen Metallfluss in
dem Rohling während
der Expansion nach außen
zu bewirken. Die Enden des röhrenförmigen Rohlings 262 werden
vorzugsweise während
der Hydroformoperation axial einwärts gedrückt, um die Wanddicke des vollständig gebildeten
hydrogeformten Elements in einem vorgegebenen Bereich der Wanddicke
des ursprünglichen
röhrenförmigen Rohlings 262 zu
halten. Dieser Prozess ist in der oben erwähnten Anmeldung mit der Serien-Nr.
60/061.238 genau erläutert.
Die Stempelelemente 274, 276 wirken vorzugsweise
zusammen, um die Wanddicke der nach außen expandierenden Wandabschnitte
des Rohlings 262 aufzufüllen
oder aufrechtzuerhalten, so dass die Wanddicke des resultierenden
hydrogeformten Elements im Bereich von ±10 % der ursprünglichen
Wanddicke des Rohlings 262 liegt (d. h. um die Wandverdünnung des
Rohrs während
einer Expansion in Durchmesserrichtung nach außen zu kompensieren).
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Es
kann erkannt werden, dass dieser Metallfluss erfordert, dass Abschnitte
der äußeren Oberfläche des
röhrenförmigen Rohlings 262 in
einer axialen Richtung in Bezug auf die Oberfläche der Pressformhöhle gleiten.
Je größer die
Länge des
röhrenförmigen Rohlings
ist und je komplexer die Form des hydrogeformten Elements ist (im
Allgemeinen definiert durch die Oberflächen der Pressformhöhle), desto schwieriger
wird es, einen optimalen Metallfluss während der Bildung des hydrogeformten
Elements zu erreichen. Es kann deswegen erkannt werden, dass es
wegen der Länge
und der komplexen Geometrie der hydrogeformten Anordnung 32 in
Form eines umgekehrten U (oben beschrieben und in mehreren Figuren,
insbesondere in den 4 bis 9 dargestellt)
vorzuziehen ist, das U-förmige Element 32 zu bilden,
indem ein röhrenförmiges hydrogeformtes oberes
Element 22 und ein Paar von röhrenförmigen hydrogeformten Seitenelementen 24, 26 in
der oben beschriebenen und in den Figuren dargestellten Weise verbunden
werden.
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Der
röhrenförmige Rohling 262 expandiert
in Übereinstimmung
mit den Oberflächen 280,
die die Hydroformpressformhöhle
definieren, um die metallische Wand 278 des Rohlings 262 (unregelmäßig oder
regelmäßig) in Übereinstimmung
mit den Oberflächen 262 der
Pressanordnung 268 nach außen zu expandieren, um die
metallische Wand 278 mit einer Form bereitzustellen, die
der für
das Element gewünschten
Form entspricht. Die Form jeder Pressformhöhle, die zum Bilden aller hydrogeformten
Elemente des Rahmentragwerks 10, 250 gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise an die Form der neuen
und vorteilhaften hydrogeformten röhrenförmigen Elemente, die vorgesehen sind,
angepasst.
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Es
kann erkannt werden, dass der transversale Querschnitt vieler hydrogeformter
Elemente des Rahmentragwerks 10, 250 sich über die
Länge eines bestimmten
hydrogeformten Elements ändert.
Es sollte klar sein, dass eine Änderung
der Querschnittkonfiguration eines beliebigen der hier gezeigten und/oder
beschriebenen röhrenförmigen hydrogeformten
Elemente realisiert werden kann, ohne von den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Die Querschnitte der Elemente können regelmäßig (d.
h. gleichförmig)
oder unregelmäßig (d.
h. nicht gleichförmig)
sein.
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Die
Beschreibung und die Darstellungen der Rahmentragwerke 10, 250,
der hinteren Ringanordnung 20 und der Gestellanordnung 152 sollen
die Prinzipien der Erfindung vermitteln und veranschaulichen und
sind nicht vorgesehen, den Umfang der Erfindung auf die gezeigten
Ausführungsformen
einzuschränken.
Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beschränkte Anzahl von Ausführungsformen
offenbart und beschrieben wurde, ist es somit offensichtlich, dass
daran Variationen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne
vom Umfang bzw. Rahmen der folgenden Ansprüche abzuweichen.