DE10226526A1 - Running gear frame has interconnected frame sections with at least one frame section seam as a friction stir welded seam which extends three-dimensionally, and at least two frame sections are differently constructed - Google Patents
Running gear frame has interconnected frame sections with at least one frame section seam as a friction stir welded seam which extends three-dimensionally, and at least two frame sections are differently constructedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Fahrwerkrahmen mit mindestens zwei miteinander schweißverbundenen Rahmenteilen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a chassis frame with at least two frame parts welded together according to Preamble of claim 1.
Fahrwerkrahmen der eingangs genannten Art sind bekannt. Die DE 10 04 7880 A1 und die DE 199 09 945 C1 offenbaren jeweils einen Fahrschemel, der als Schweißkonstruktion ausgebildet ist. Eine derartige Schweißkonstruktion ist aufgrund des eingesetzten Schweißverfahrens einem verhältnismäßig hohen Wärmeeinfluss ausgesetzt unter Ausbildung von grundsätzlich einzuschränkenden Gefüge- und/oder Geometrieveränderungen des Fahrschemels. Chassis frame of the type mentioned are known. The DE 10 04 7880 A1 and DE 199 09 945 C1 each disclose a subframe designed as a welded construction is. Such a welded construction is due to the used a relatively high welding process Heat exposure exposed to the formation of basically to limit structure and / or geometry changes of Subframe.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Fahrwerkrahmen der eingangs genannten Art zu schaffen, der fertigungstechnisch relativ einfach herstellbar ist bei gleichzeitig hinreichender Minimierung von Gefüge- und/oder Geometrieveränderungen des Fahrwerkrahmens. It is an object of the invention to provide a chassis frame to create the aforementioned type of manufacturing technology relatively easy to produce while at the same time sufficient Minimization of structural and / or geometric changes of Chassis frame.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrwerkrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der erfindungsgemäße Fahrwerkrahmen zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Rahmenteil-Schweißnaht eine Reibrührschweißnaht ist. Das Reibrührschweißverfahren wird auch als "Friction Stir Welding" bezeichnet und ist an sich bekannt, beispielsweise aus der EP 0 752 926 B1 oder aus der EP 0 893 189 A2. Es erlaubt eine prozesstechnisch verhältnismäßig einfach zu realisierende Schweißverbindung zwischen zwei Konstruktionsteilen, denn das Reibrührschweißverfahren kann mittels relativ weniger Prozessparameter (Werkzeuggeometrie, Werkstückmaterial, Werkzeugdrehzahl, Werkzeugvorschub, Werkzeugzustellkraft) hinreichend kontrolliert werden. Ferner sind beim Reibrührschweißen keine Schweißzusatzwerkstoffe oder Schutzgase wie bei traditionell zur Fahrwerkrahmenherstellung eingesetzten Schweißverfahren notwendig. Dabei können Werkstoffe auf einfache Weise verschweißt werden, die mittels traditionellen Schweißverfahren lediglich unter relativ großem Fertigungsaufwand verbindbar sind, wie beispielsweise Aluminium. Es lassen sich auch besonders verzugs- und eigenspannungsarme Schweißverbindungen mittels des Reibrührschweißens erzielen, so dass eine verhältnismäßig hohe Konturtreue am geschweißten Bauteil unter Vermeidung von aufwendigen Richt- und Nacharbeiten erhalten werden kann. Ein wenigstens teilweise mittels des Reibrührschweißens gefertigter Fahrwerkrahmen zeichnet sich somit im Vergleich zu traditionell geschweißten Fahrwerkrahmen durch einen geringeren Fertigungsaufwand aus. To solve the problem is a chassis frame with the Characteristics of claim 1 proposed. The inventive Chassis frame is characterized by the fact that at least a frame part weld is a friction stir weld. The Friction Stir Welding is also known as "Friction Stir Welding "and is known per se, for example EP 0 752 926 B1 or EP 0 893 189 A2. It allows a procedural relatively easy to realizing welding connection between two structural parts, because the friction stir welding method can be achieved by means of relatively less Process parameters (tool geometry, workpiece material, Tool speed, tool feed, tool delivery force) be adequately controlled. Furthermore, in friction stir welding no filler metals or shielding gases as in traditionally used for chassis frame production Welding process necessary. This materials can be simple Welded by traditional methods Welding process only with relatively large production costs are connectable, such as aluminum. It can be also particularly warpage and low-stress arms Achieve welds by means of friction stir welding, so that a relatively high contour accuracy on the welded component while avoiding elaborate straightening and reworking can be obtained. An at least partially by means of Friction stir welding manufactured chassis frame is thus distinguished compared to traditionally welded chassis frames through a lower production cost.
Die Reibrührschweißnaht kann als eine sich dreidimensional erstreckende Schweißnaht ausgebildet sein. Die Schweißnaht erstreckt sich somit längs einer dreidimensionalen Bahn. Der Einsatz eines geeigneten Schweißroboters ist zur Herstellung einer derartigen Schweißnaht besonders vorteilhaft. Dabei erfüllt die dreidimensionale Reibrührschweißnaht bei relativ geringem Verfahrensaufwand die relativ hohen Qualitätsansprüche, die an ein derartiges tragendes Fahrzeugbauteil gestellt werden, wie zum Beispiel hinsichtlich eines Bauteilverzugs und/oder Festigkeitsverlusts des Bauteilmaterials aufgrund der Wärmeeinbringung beim Schweißprozess. The friction stir weld can be considered a three-dimensional be formed extending weld. The weld thus extends along a three-dimensional path. Of the Use of a suitable welding robot is for the production Such a weld particularly advantageous. there meets the three-dimensional friction stir weld at relative low process costs the relatively high Quality claims made of such a supporting vehicle component such as component distortion and / or loss of strength of the component material due the heat input during the welding process.
Mindestens zwei Rahmenteile können hinsichtlich ihrer fertigungsbedingten Materialstruktur unterschiedlich ausgebildet sein. Dabei kann mindestens eines der schweißverbundenen Rahmenteile ein Gussteil, ein Strangpressprofil, ein ungeformtes Blechteil oder ein Schmiedeteil sein. At least two frame parts can with regard to their production-related material structure formed differently his. At least one of the sweat-connected Frame parts a casting, an extruded profile, an unshaped Sheet metal part or a forged part.
Ferner können die Rahmenteile aus einer oder aus mehreren Aluminiumlegierungen hergestellt sein. Es besteht somit die Möglichkeit, ein tragendes Bauteil als Leichtbauteil insbesondere aus einer hochfesten Aluminium-Legierung zu realisieren, ohne dass der Fertigungsaufwand zur Herstellung einer korrekten Schweißverbindung am Fahrwerkrahmen ansteigt. Im Gegensatz hierzu erhöht sich der fertigungstechnische Aufwand bei entsprechendem Einsatz eines traditionellen Schmelzschweißverfahrens für Aluminiumwerkstoffe erheblich. Alternativ können auch Bauteile aus anderen geeigneten hochfesten Metalllegierungen zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel Magnesium-Legierungen, Titan-Legierungen, Stahl. Bauteile aus diesen Materialien können mittels des Reibrührschweißens unter Ausbildung eines Fahrwerkrahmens ohne die bekannten Nachteile konventioneller Schmelzschweißverfahren miteinander verbunden werden und erlauben eine belastungsgerechte Fahrwerkrahmenanwendung. Gegebenenfalls können auch unterschiedliche Werkstoffe mittels des Reibrührschweißens miteinander verbunden werden. Furthermore, the frame parts of one or more Be made aluminum alloys. It is thus the Possibility of a load-bearing component as a lightweight component in particular of a high-strength aluminum alloy realize without the production cost of producing a correct weld on the chassis frame increases. in the In contrast, the manufacturing complexity increases with appropriate use of a traditional Fusion welding process for aluminum materials considerably. Alternatively, components can also be made of other suitable high-strength Metal alloys are used, such as Magnesium alloys, titanium alloys, steel. Components off These materials can by means of friction stir welding under Formation of a chassis frame without the known disadvantages conventional fusion welding process interconnected be and allow a load-oriented Chassis frame application. Optionally, also different Materials bonded together by means of friction stir welding become.
Die Reibrührschweißnaht ist vorteilhaft an einem Stumpfstoß zwischen zwei Rahmenteilen ausgebildet. Dabei ist die Stoßstelle im Wesentlichen mit ebener Außenfläche ausgebildet. Die weitere konstruktive Gestaltung des Fahrwerkrahmens ist nicht oder wenigstens nur geringfügig durch die anzubringende Schweißnaht eingeschränkt. Bei Einsatz von profilförmigen Bauteilen zur Ausbildung des Fahrwerkrahmens kann eine überlappende Verbindung derselben vorteilhaft sein hinsichtlich des schweißvorbereitenden Bauteilfixieraufwands. Hierzu enthält mindestens eines der zu verbindenden Bauteile einen Aufnahmesitz, in welchen der überlappende Anteil des anderen Bauteils hineinragen kann unter Ausbildung eines Stumpfstoßes mit im Wesentlichen ebener Außenfläche, an welcher eine Reibrührschweißnaht erzeugt werden kann. The friction stir weld is beneficial at a butt joint formed between two frame parts. It is the Joint formed essentially with a flat outer surface. The further structural design of the chassis frame is not or at least only slightly by the attached Welded seam restricted. When using profiled Components for forming the chassis frame can be a overlapping connection thereof be advantageous in terms of the welding preparation component fixing effort. For this contains at least one of the components to be connected Recording seat, in which the overlapping portion of the other Component can protrude to form a butt joint with a substantially flat outer surface, on which a Friction stir weld can be generated.
Mindestens ein Rahmenteil kann dabei als offenes Hohlprofil oder als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet sein. Das Reibrührschweißen eignet sich zum Verbinden von unterschiedlichen Hohlprofilbauteilen, wobei die entstehenden schweißverfahrensspezifischen Fertigungskosten im Vergleich zu traditionellen Schweißverfahren, insbesondere Schmelzschweißverfahren reduziert sind. At least one frame part can be used as an open hollow profile or be designed as a closed hollow profile. The Friction stir welding is suitable for joining different types of friction stir welding Hollow profile components, wherein the resulting welding process specific manufacturing costs compared to traditional welding processes, in particular fusion welding are reduced.
Der Fahrwerkrahmen kann beispielsweise ein Fahrschemel insbesondere für eine Vorder- oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei besteht der Fahrschemel aus mehreren Bauteilen, die gegebenenfalls Normteile sein können und wenigstens teilweise mittels des Reibrührschweißens miteinander verbunden sind. The chassis frame, for example, a subframe in particular for a front or rear axle of a Be motor vehicle. The subframe consists of several Components which may be standard parts, and at least partially by friction stir welding together are connected.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Further advantages of the invention will become apparent from the Description.
Die Erfindung wird anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert. The invention will be more apparent from several Embodiments with reference to a schematic drawing explained in more detail.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine Perspektivdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrwerkrahmens gemäß einer ersten Ausführungsform; Fig. 1 is a perspective view of a part of a chassis frame according to the invention according to a first embodiment;
Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines Verbindungsbereichs zweier mittels des Reibrührschweißens zu verbindender Rahmenteile des Fahrwerkrahmens der Fig. 1 und Fig. 2 is a longitudinal sectional view of a connecting portion of two to be connected by means of friction stir welding frame parts of the chassis frame of Fig. 1 and
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung eines Verbindungsbereichs zweier mittels des Reibrührschweißens zu verbindender Rahmenteile eines Fahrwerkrahmens gemäß einer zweiten Ausführungsform. Fig. 3 is a longitudinal sectional view of a connecting portion according to two by means of friction stir welding to be connected to frame parts of a chassis frame of a second embodiment.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Fahrwerkrahmen 10 in Form eines Fahrschemels 26 für die Vorder- oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs (nicht in den Figuren dargestellt). Der Fahrwerkrahmen 10 weist drei miteinander schweißverbundene Rahmenteile 12, 14, 16 auf, wobei die Rahmenteile 14, 16 jeweils mittels einer Reibrührschweißnaht 18 mit dem Rahmenteil 12 verbunden sind. Das Rahmenteil 12 ist als Gussteil ausgebildet, während die Rahmenteile 14, 16 U- förmige Strangpressprofile sind. Somit sind jeweils zwei Rahmenteile, nämlich die Rahmenteile 12, 14 beziehungsweise 12, 16 hinsichtlich ihrer fertigungsbedingten Materialstruktur unterschiedlich ausgebildet. Die Rahmenteile 12, 14, 16 sind aus einer hochfesten Aluminiumlegierung hergestellt und lassen sich mittels des Reibrührschweißverfahrens fertigungstechnisch günstig miteinander verschweißen. Hierzu ist jeweils ein Stumpfstoß 20 zwischen dem als Längsstrebe ausgebildeten Rahmenteil 12 und dem als Querbrücke ausgebildeten Rahmenteil 14 beziehungsweise 16 vorgesehen, an welchem eine zugehörige Reibrührschweißnaht 18 angebracht ist. Der Fahrwerkshilfsrahmen 26 weist eine Mehrzahl an voneinander beabstandeten Anschraubpunkten 34, 35 auf, wobei die Anschraubpunkte 34 für eine Fahrzeug-Achse (Vorderachse oder Hinterachse) und die Anschraubpunkte 35 für den Fahrzeug- Rohbau vorgesehen sind. Fig. 1 shows a schematic representation of a chassis frame 10 in the form of a subframe 26 for the front or rear axle of a motor vehicle (not shown in the figures). The chassis frame 10 has three welded together frame parts 12 , 14 , 16 , wherein the frame parts 14 , 16 are each connected by means of a friction stir weld 18 with the frame part 12 . The frame part 12 is formed as a cast part, while the frame parts 14 , 16 are U-shaped extruded profiles. Thus, in each case two frame parts, namely the frame parts 12 , 14 and 12, 16 are formed differently with respect to their production-related material structure. The frame parts 12 , 14 , 16 are made of a high-strength aluminum alloy and can be produced by means of the friction stir welding process manufacturing technology favorable welded together. For this purpose, a butt joint 20 is provided in each case between the frame part 12 designed as a longitudinal strut and the frame part 14 or 16 designed as a transverse bridge, to which an associated friction stir weld seam 18 is attached. The chassis auxiliary frame 26 has a plurality of spaced mounting points 34 , 35 , wherein the attachment points 34 are provided for a vehicle axle (front axle or rear axle) and the attachment points 35 for the car body shell.
Die Fig. 2 und 3 zeigen schematische Längsschnittdarstellungen eines Verbindungsbereichs zweier mittels des Reibrührschweißens zu verbindender Rahmenteile 12, 14 (Fig. 2) beziehungsweise 13, 17 (Fig. 3). Das Rahmenteil 17 der Fig. 3 ist als geschlossenes Hohlprofil (O-Profil) ausgebildet, während das Rahmenteil 14 der Fig. 2 ein offenes Hohlprofil (U- Profil) ist und somit der Ausführungsform der Fig. 1 entspricht. Die jeweils zugehörigen Rahmenteile 12, 14 beziehungsweise 13, 17 sind zueinander überlappend angeordnet unter Ausbildung eines Stumpfstoßes 20. Die Rahmenteile 12, 14 beziehungsweise 13, 17 werden mittels eines Schweißwerkzeugs 28 in einer Reibschweißzone 36 miteinander verschweißt. Dabei ist das Schweißwerkzeug 28 als Reibrührschweißwerkzeug ausgebildet und wird in an sich bekannter Weise gemäß Pfeil 30 um eine Achse 32 in eine kontrollierte Drehbewegung versetzt zur Erzeugung einer Reibrührschweißnaht 18 und somit zur Fertigung des Fahrwerkrahmens 10 (siehe auch Fig. 1). Der jeweilige Stumpfstoß 20 ist gemäß den Fig. 2 und 3 durch eine im Wesentlichen ebene Außenfläche gekennzeichnet. Hierzu ist das Rahmenteil 12 beziehungsweise 13 im Überlappungsbereich mit einem an das anzuschweißende Rahmenteil 14 beziehungsweise 17 angepassten Aufnahmesitz versehen. Figs. 2 and 3 are schematic longitudinal sectional views of a connecting portion of two by means of friction stir welding to be connected to the frame parts 12, 14 (Fig. 2) or 13, 17 (Fig. 3). The frame part 17 of FIG. 3 is designed as a closed hollow profile (O-profile), while the frame part 14 of FIG. 2 is an open hollow profile (U-profile) and thus corresponds to the embodiment of FIG . The respective associated frame parts 12 , 14 and 13, 17 are arranged overlapping each other to form a butt joint 20th The frame parts 12 , 14 and 13, 17 are welded together by means of a welding tool 28 in a Reibschweißzone 36 . The welding tool 28 is designed as a friction stir welding tool and is in a conventional manner according to arrow 30 about an axis 32 in a controlled rotational movement to produce a friction stir weld 18 and thus for the production of the chassis frame 10 (see also Fig. 1). The respective butt joint 20 is characterized according to FIGS. 2 and 3 by a substantially flat outer surface. For this purpose, the frame part 12 or 13 is provided in the overlapping region with a receiving seat adapted to the frame part 14 or 17 to be welded.
Während der Erzeugung der Reibrührschweißnaht 18 kann gegebenenfalls zur Kompensierung der mittels des Schweißwerkzeugs 28 in der Reibrührschweißzone 36 in das Werkstück (Rahmenteile 12, 14 beziehungsweise 12, 16 beziehungsweise 13, 17) eingebrachten Druckkraft eine geeignet ausgebildete, die Werkstückkontur stabilisierende Halterungseinrichtung (nicht in den Figuren dargestellt) vorgesehen sein. Die Halterungseinrichtung kann beispielsweise als Gegendruckstempel ausgebildet sein, der im Bereich der Reibrührschweißzone 36 innerhalb des Profilhohlraums der Rahmenteile 12, 14 beziehungsweise 12, 16 beziehungsweise 13, 17 angeordnet ist. During the production of the friction stir weld seam 18 , a suitably designed holding device that stabilizes the workpiece contour can optionally be used to compensate for the compressive force introduced into the workpiece (frame parts 12 , 14 or 12, 16 or 13, 17) by means of the welding tool 28 in the friction stir welding zone 36 (not in FIGS Figures shown) may be provided. The mounting device can be designed, for example, as a counterpressure ram which is arranged in the region of the friction stir welding zone 36 within the profile cavity of the frame parts 12 , 14 or 12, 16 or 13, 17.
Das Reibrührschweißverfahren ist an sich bekannt, so dass auf eine diesbezüglich eingehendere Beschreibung verzichtet wird. The friction stir welding method is known per se, so that a more detailed description is omitted in this regard.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Fahrschemel beschränkt, sondern kann allgemein bei unterschiedlich ausgebildeten Fahrzeugrahmen insbesondere mit einer sich dreidimensional erstreckenden Reibrührschweißnaht Anwendung finden. Of course, the present invention is not on limited to a subframe, but can be general at differently shaped vehicle frame in particular with a three-dimensionally extending friction stir weld Find application.
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