DE19624267A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fahrzeugrahmenkomponenten unter Einsatz der Pultrusionstechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit der Herstellung und der Montage von Fahrzeugrahmenkomponenten und insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Fahrzeugrah­ menkomponenten unter Einsatz der Verbundfaser-Pultrusionstechnik.

Alle sich im Einsatz befindlichen Landfahrzeuge, wie Kraftfahr­ zeuge und Lastkraftwagen, umfassen einen Rahmen, welcher als eine Plattform dient, auf dem weitere Teile des Fahrzeugs aufgebaut oder an diesem angebaut werden. Viele Fahrzeugrahmenkonstruktio­ nen sind bekannt. Die meisten dieser bekannten Fahrzeugrahmenkon­ struktionen werden von einer Anzahl von einzelnen Metallkom­ ponenten gebildet, die ständig miteinander verbunden sind. Beispielsweise umfaßt ein typischer Fahrzeugrahmen ein Paar von in Längsrichtung verlaufenden Rahmenlängsträgern bzw. Längs­ trägern, welche über eine Mehrzahl von in Querrichtung ver­ laufenden Querträgern bzw. Rahmenquerträgern verbunden sind. Bei Fahrzeugen mit kürzerer Länge können die Längsträger von einem einteiligen Metallteil gebildet werden. Bei längeren Fahrzeugen jedoch umfaßt der jeweilige Rahmenlängsträger zwei oder mehr Längsträgerabschnitte, welche ständig miteinander verbunden sind. In jedem Fall bilden die Längsträger und die Querträger, wenn sie einmal miteinander verbunden sind, einen Rahmen, welcher die weiteren Teile des Fahrzeugs trägt. Um die Anbringung von weiteren Teilen des Fahrzeugs am Fahrzeugrahmen zu erleichtern, wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Trägern, Hängeein­ richtungen, Sattelbefestigungen, Aussteifungen und dergleichen eingesetzt, welche meist mit den Längsträgern und den Querträgern an gewünschten Stellen verbunden sind. Es ist auch allgemeine Praxis, diese zusätzlichen zur Abstützung dienenden Komponenten aus metallischen Materialien herzustellen, sowie diese ferner ständig mit den Längsträgern und den Querträgern an gewünschten Stellen zu verbinden. Übliche Schweißtechniken wurden im allgemeinen eingesetzt, um die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugrahmens ständig miteinander zu verbinden.

Obgleich der Einsatz von metallischen Materialien zur Bildung der Fahrzeugrahmenkomponenten und das Schweißverfahren zum Verbinden derartiger metallischer Fahrzeugrahmenkomponenten miteinander bisher zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt haben, sind diese jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet. Zum einen sind übliche metallische Materialien, die bisher hierfür eingesetzt wurden, wie Stahl oder dergleichen, relativ schwer und tragen daher in unerwünschter Weise zu dem Gesamtgewicht des Fahrzeuges beträchtlich bei. Zum anderen ist es bei den Anwendungen der üblichen Schweißtechniken erforderlich, örtlich Wärme an Bereichen von zwei metallischen Rahmenteil einwirken zu lassen, wodurch sich unerwünschte Schwächungen an den metallischen Komponenten ergeben können. Obgleich der Einsatz von nicht so üblichen gewichtsmäßig leichteren metallischen Materialien, wie Aluminium oder dergleichen, vorgeschlagen worden ist, bringt dieser Einsatz weitere Schwierigkeiten mit sich, welche sich in größeren Kosten niederschlagen und in Schwierigkeiten hinsicht­ lich einer widerstandsfähigen und ständigen Verbindung dieser Teile miteinander. Ferner handelt es sich bei der Herstellung von Fahrzeugrahmen um in großem Umfang anfallende Arbeiten mit geringen Gewinnspannen, so daß ein Bedürfnis besteht, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fahrzeugrahmenkomponenten bereitzustellen, mit welchen sich diese Schwierigkeiten überwinden lassen.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vor­ richtung zur Herstellung von Fahrzeugrahmenkomponenten unter Einsatz der Verbundfaser-Pultrusionstechnik (Strangziehverfahren für verstärkte Kunststoffe). Die Vorrichtung umfaßt eine oder mehrere Vorratseinrichtungen für Fasermaterialien. Ein Bad oder eine ähnliche Einrichtung ist vorgesehen, um ein Harzmaterial auf die Fasermaterialien aufzubringen, die von den Vorratseinrichtun­ gen kommen. Im Anschluß an das Aufbringen des Harzes werden dann die Fasermaterialien durch ein Formwerkzeug gezogen. Das Formwerkzeug ist derart ausgebildet, daß es eine durchgehende Öffnung hat, welche hinsichtlich der Gestalt der gewünschten Querschnittsform der Fahrzeugrahmenkomponente entspricht, welche hergestellt werden soll. Wenn die Fasermaterialien durch das Formwerkzeug gezogen werden, paßt sich dieses Material an die Gestalt und Form der Öffnung an, welche in dem Formwerkzeug ausgebildet ist. Aufgrund des aufgebrachten Harzes haften die Fasermaterialien aneinander und bilden einen Strang, welcher die Gestalt der Öffnung beibehält, welche durch das Formwerkzeug erzeugt wurde. Der so gebildete Strang wird dann durch einen Härtungsofen gezogen, in welchem das Harz auf eine vorbestimmte Härtungstemperatur erwärmt wird, so daß dieses in einem starren Zustand aushärtet. Als Folge hiervon nimmt der Strang insgesamt die gewünschte Steifigkeit und Starrheit an. Die Bewegung der Fasermaterialien und die Pultrusion werden mit Hilfe von Zugeinrichtungen bewirkt. Im Anschluß an den Durchgang durch die Zugeinrichtung wird der Strang auf die gewünschten Längen mit Hilfe von üblichen Zuschneidmaschinen zugeschnitten. Zusätzlich können Öffnungen mit gewünschten Abmessungen und Formgebungen in dem Strang mit Hilfe von üblichen Lochmaschinen vorgesehen werden. Ein Pultrusionsverfahren mit unterschiedlichen Formen und Abmessungen kann eingesetzt werden, um Rahmenlängsträger bzw. Längsträger auszubilden, welche ständig mit in Querrichtung verlaufende Querträgern oder Querelementen mittels Klebstoff verbunden sind, um eine Fahrzeugrahmenkomponente zu bilden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangziehen von Verbundfasern zur Herstellung von Fahrzeugrahmenkomponenten nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines in der Vorrichtung nach Fig. 1 gebildeten Strangs, und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugrahmenkom­ ponente, welche nach der Erfindung hergestellt ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist schematisch in Fig. 1 eine Vorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet, welche zur Durchführung der kontinuierlichen Pultrusionstechnik von Verbundfasern zur Herstellung von Fahrzeugrahmenkomponenten nach der Erfindung eingesetzt wird. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine oder mehrere Vorratseinrichtungen 11 für Fasermaterial 12. Typischerweise umfaßt jede Vorratseinrichtung 11 für Fasermateri­ al 12 eine Trommel, auf welcher das Fasermaterial aufgewickelt ist. Die Vorratseinrichtung für Fasermaterial 10 kann entweder eine Mehrzahl von Strängen des gleichen Materials oder eine Mehrzahl von Strängen unterschiedlicher Materialien liefern. Beispielsweise kann Aramid als Material eingesetzt werden, um eine Schlagfestigkeit und eine hohe Zugfestigkeit zu erzielen. Graphitfasermaterial kann eingesetzt werden, um eine hohe Steifigkeit zu erzielen. Glasfasermaterial kann als allgemeiner Füllstoff eingesetzt werden. Die Wahl der jeweiligen Materialien hängt von den spezifischen Anwendungsfällen der Fahrzeugrahmen­ komponenten ab, welche hergestellt werden sollen.

Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, welche ein Harzmaterial auf die Fasermaterialien 12 aufbringen, welche von der Vorrats­ einrichtung 11 kommen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform werden die Fasermaterialien 12, welche von den Vorratseinrichtungen 11 kommen, durch ein Harzbad 13 hindurch­ geführt. Das Harz wird auf das Fasermaterial 12 derart auf­ gebracht, daß diese aneinander haften. Jedoch können auch andere übliche Auslegungen eingesetzt werden, mittels welchen Harz aufgebracht werden kann. Im Anschluß an das Aufbringen des Harzes werden dann die Fasermaterialien 12 durch ein Formwerkzeug 14 gezogen. Das Formwerkzeug 14 ist derart ausgebildet, daß es eine durch dieselbe gehende Öffnung hat, welche der gewünschten Querschnittsgestalt der herzustellenden Fahrzeugrahmenkomponente entspricht. Wenn die Fasermaterialien 12 durch das Formwerkzeug 14 gezogen werden, passen sie sich an die Gestalt der Öffnung an, welche durch das Formwerkzeug geht. Aufgrund des aufgebrachten Harzes haften die Fasermaterialien 12 aneinander und bilden einen Strang 15, welcher die Form der Öffnung hat, welche in dem Formwerkzeug 14 ausgebildet ist, wie dies in Fig. 2 verdeutlicht ist. Der gebildete Strang 15 wird dann durch einen Härtungsofen 16 gezogen. Der Härtungsofen 16 ist von üblicher Auslegungsform und derart ausgelegt, daß das auf das Fasermaterial 12 aufge­ brachte Harz auf eine vorbestimmte Härtungstemperatur erwärmt wird, so daß dieses in einem starren Zustand aushärtet. Somit hat der hergestellte Strang 15 die gewünschte Starrheit und Steifig­ keit.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 1 ist hieraus zu ersehen, daß die Bewegung der Fasermaterialien 12 und des Stranges 15 mit Hilfe einer Zugeinrichtung 17 bewirkt wird. Die Zugeinrichtung 17 ist von üblicher Auslegungsform und kann wie bei an sich bekannten Maschinen zum Strangziehen von Fasermaterialien 12 ausgelegt sein, mittels denen die Fasermaterialien durch ein Klebstoffbad 13 und ein Formwerkzeug 14 gezogen werden, um den Strang 15 zu bilden. Im Anschluß an den Durchgang durch die Zugeinrichtung 17 wird der Strang 15 auf gewünschte Längenabmessungen mit Hilfe einer üblichen Zuschneidemaschine (nicht gezeigt) zugeschnitten. Zusätzlich können Öffnungen mit gewünschten Abmessungen und Gestaltsgebungen in dem Strang mit Hilfe von üblichen Lochmaschi­ nen (nicht gezeigt) ausgebildet werden.

Der dargestellte Strang 15 ist im allgemeinen hohl und hat einen rechteckförmigen Querschnitt mit gleichmäßigen Seitenwanddicken. Jedoch kann dem Strang 15 irgendeine gewünschte Querschnitts­ gestalt verliehen werden, welcher eine zylindrische, quadratische und ovale Gestalt umfassen kann. Ferner ist es nicht erforder­ lich, daß der Strang 15 derart ausgebildet ist, daß er eine geschlossene Querschnittsgestalt hat. Beispielsweise kann der Strang 15 mit einem Querschnitt in C-Form oder I-Form ausgebildet werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist eine Fahrzeugrahmenkomponente verdeutlicht, welche insgesamt mit 20 bezeichnet ist und welche nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Die dargestellte Fahrzeugrahmenkomponente 20 ist eine hintere Sattelbefestigungs­ anordnung oder hintere Aussteifungsanordnung für einen Last­ kraftwagen, welche derart ausgelegt ist, daß sie eine Brenn­ kraftmaschine, ein Differential, einen Querlenker oder ähnliche Komponenten des Fahrzeugs trägt. Das Verfahren und die Vor­ richtung nach der Erfindung können natürlich auch zur Herstellung von anderen Fahrzeugrahmenkomponenten eingesetzt werden. Die dargestellte Fahrzeugrahmenkomponente 20 umfaßt ein Paar von Längsträgern 21 und 22. Die Längsträger 21 und 22 können gegebe­ nenfalls derart ausgebildet werden, daß sie eine solche Länge haben, daß sie sich in Längsrichtung des Fahrzeugs über die gesamte Länge des Fahrzeugs hinweg erstrecken, mit denen sie zum Einsatz kommen. Alternativ und wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, können die Längsträger 21 und 22 auch nur einzelne Abschnitte eines längeren Längsträgers (nicht gezeigt) bilden. Beispiels­ weise können die jeweiligen in der gesamten Längserstreckung verlaufenden Längsträger von drei einzelnen Längsträgerabschnit­ ten gebildet werden, welche auf die nachstehend noch näher beschriebene Weise miteinander verbunden werden. Jeder Seiten­ trägerabschnitt 21 und 22 ist hohl und hat eine äußere Fläche, welche im allgemeinen oval oder elliptisch im Querschnitt ist und eine innere Fläche, welche im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Jedoch können die Längsträger 21 und 22 derart ausgebildet werden, daß sie irgendeine gewünschte Querschnittsgestalt nach Maßgabe des vorstehend angegebenen Pultruktionsverfahrens haben.

Die Längsträger 21 und 22 sind über eine Mehrzahl von in Querrichtung verlaufenden Querteilen bzw. Querträgern 23 und 24 verbunden. Der vordere Querträger 23 ist im allgemeinen hohl und hat eine rechteckförmige Gestalt ähnlich wie der vorstehend beschriebene Strang 15. Ein Paar von oval ausgebildeten Öffnungen 23a ist durch die vorderen und hinteren zugewandten Wände des vorderen Querträgers 23 mit Hilfe von üblichen Lochmaschinen ausgebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die ovalförmigen Öffnungen 23a derart bemessen und positioniert, daß die vorderen Enden der Längsträger 21 und 22 darin aufgenommen werden können. Da die äußeren Flächen der Längsträger 21 und 22 und die Öffnungen 23a nicht kreisförmige Querschnittsgestalten haben, ist zu erkennen, daß die Längsträger 21 und 22 mechanisch in dem vorderen Querträger 23 auf eine solche Weise abgestützt sind, daß eine relative Verdrehung zwischen denselben verhindert wird. Weitere Öffnungen 23b können ebenfalls an dem vorderen Querträger 23 ausgebildet sein. Diese Öffnungen 23b dienen zur Erleichte­ rung von Verbindungen zwischen dem vorderen Querträger 23 und weiteren Komponenten des Fahrzeugs (nicht gezeigt).

Der hintere Querträger 24 ist hinsichtlich seiner Auslegung komplizierter und hat einen oberen hohlen rechteckförmigen Abschnitt und einen unteren hohlen rechteckförmigen Abschnitt. Ein Paar von oval ausgebildeten Öffnungen (nicht gezeigt) ist vorgesehen und geht durch die vorderen und hinteren Wandflächen des hinteren Querträgers 24. Diese werden mit Hilfe von üblichen Lochmaschinen erstellt. Die ovalförmigen Öffnungen sind derart bemessen und positioniert, daß sie die hinteren Enden der Längsträger 21 und 22 darin aufnehmen. Da die äußeren Flächen der Längsträger 21 und 22 und die Öffnungen 23a eine nicht kreisför­ mige Querschnittsgestalt jeweils haben, ist zu ersehen, daß die Längsträger 21 und 22 mechanisch in dem Querträger 23 derart abgestützt sind, daß eine relative Verdrehung zwischen denselben verhindert wird. Weitere Öffnungen 24b können ebenfalls in dem Querträger 24 vorgesehen sein, um Verbindungen zwischen dem vorderen Querträger 24 und weiteren Komponenten des Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu erleichtern.

Die vorderen und hinteren Querträger 23 und 24 sind vorzugsweise ständig fest mit den Längsträgern 21 und 22 verbunden. Dies kann unter Einsatz eines Klebstoffmaterials bewerkstelligt werden. Der Klebstoff kann als ein übliches Harz, wie ein Polyesterharz oder ein Epoxidharz ausgelegt sein. Alternativ kann der Klebstoff ein induktiv aushärtender Klebstoff oder ein elektromagnetisch empfindlicher Klebstoff sein. Der Einsatz von diesen letztgenann­ ten Klebstoffen vereinfacht die Anwendung und die Durchführung des Härtungsprozesses. Gegebenenfalls kann eine gesonderte Härtungseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche nach dem Aufbringen eine Aushärtung des Klebstoffes ermöglicht.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wiederum läßt sich ersehen, daß die hintere Aussteifungsanordnung 20 ferner ein Paar von oberen Trägern 25 und 26 umfaßt. Die oberen Träger 25 und 26 können auch nach dem Pultrusionsverfahren gemäß der voranstehenden Be­ schreibung ausgebildet werden, auf die gewünschten Längsabmessun­ gen zugeschnitten werden und gegebenenfalls mit Öffnungen versehen werden. Die dargestellten oberen Träger 25 und 26 sind an dem hinteren Querträger 24 angebracht und werden ständig fest mit diesem mit Hilfe eines Klebstoffes wie vorstehend beschrieben verbunden. Auch umfaßt die hintere Aussteifungsanordnung 20 eine Mehrzahl von Seitenträgern 27a, 27b, 28a und 28b. Die Seiten­ träger 27a, 27b, 28a und 28b sind im allgemeinen L-förmig und können mittels eines üblichen Formgebungsverfahrens mit Vor­ imprägnierung ausgebildet werden, und zwar im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Pultrusionsverfahren. Die Seitenträger 27a, 27b, 28a und 28b sind gegebenenfalls mit Öffnungen versehen, werden an den vorderen und hinteren Querträgern 23 und 24 angebracht und sind fest mit denselben mit Hilfe eines Klebstoffs gemäß der voranstehenden Beschreibung verbunden.

Obgleich voranstehend die Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsformen und Einzelheiten erläutert worden ist, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt und es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugrahmenkomponente unter Einsatz von Verbundfaser-Pultrusionsverfahrensweisen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Vorrats eines Fasermaterials;
Aufbringen eines Harzmaterials auf das Fasermaterial;
Bereitstellen eines Formwerkzeuges, welches eine durch daßelbe gehende Öffnung hat, welche hinsichtlich der Gestalt der gewünschten Querschnittsgestalt der herzustel­ lenden Fahrzeugrahmenkomponente entspricht;
Ziehen des Fasermaterials durch das Formwerkzeug; und
Aushärten des Harzes zu einem starren Zustand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner das gehärtete Fasermaterial auf eine gewünschte Länge zugeschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug derart ausgebildet ist, daß man eine im allgemeinen rechteckförmige Querschnittsgestalt erhält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fahrzeugrahmenkomponente ein Teil einer Aussteifungsanordnung eines Fahrzeugrahmens ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugrahmenkomponente einen Querträger für eine Sattelbe­ festigungseinrichtung des Fahrzeugrahmens ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger an dem Querträger befestigt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Trägern an dem Querträger befestigt wird.