CZ292018B6 - Nosníková sestava rámu a způsob její výroby - Google Patents

Abstract

Nosn kov sestava r mu (10) pro motorov vozidlo sest v ze zadn ho r mov ho modulu (14), tvo°en ho p rem rovnob n²ch zadn ch r mov²ch nosn k (66) spojen²ch navz jem zadn m p° n kem (68), z prost°edn ho r mov ho modulu (16), tvo°en ho p rem rovnob n²ch st°edov²ch r mov²ch nosn k (36) spojen²ch navz jem st°edov²mi p° n ky (38, 40), p°i em ka d² st°edov² r mov² nosn k (36) m p° n² pr °ez obecn tvaru U sest vaj c ze svisl stojiny (170) a ze dvou rovnob n²ch vodorovn²ch st n (172, 174) prob haj c ch z protilehl²ch konc stojiny (170), p°i em je ka d² ze st°edov²ch r mov²ch nosn k (36) tvaru U ohnut mezi dv ma krajn mi polohami, a z p°edn ho r mov ho modulu (18), tvo°en ho p rem rovnob n²ch p°edn ch trubkov²ch nosn k (20) spojen²ch navz jem p°edn m p° n kem (22), p°i em jedna z vodorovn²ch st n, ta en vodorovn st na (172) nebo tla en vodorovn st na (174), prob haj c z jednoho konce stojiny (170), m uvnit° kovov j dro prota en v m st mezi krajn mi polohami a protilehl vodorovn st na, ta en vodorovn st na (172) nebo tla en vodorovn st na (174), prob haj c z opa n ho konce stojiny (170) m uvnit° kovov j dro stla en v poloze mezi krajn mi polohami. Podstatou °eÜen je tak zp sob v²roby t to nosn kov sestavy r mu.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká nosníkové sestavy rámu motorového vozidla a způsobu její výroby.

Dosavadní stav techniky

V oboru motorových vozidel, zejména silničních vozidel a malých nákladních automobilů a podobných vozidel je známo, že vozidla jsou opatřena rámem pro montáž různých součástí vozidla, jako je například těleso, motor a závěsný systém. Obecně sestává rám z páru rovnoběžných podélníků po obou stranách vozidla a z několika příčníků, které podélníky spojují ve vzájemně vzdálených polohách. Sestava rámu vozidla nese hlavní zatížení jako tuhý a pevný celek na rozdíl od těles se samonosnou konstrukcí, která se typicky používá u osobních automobilů.

V minulých letech bývaly rámy motorových vozidel vyráběny sestavováním modulů. Sestava rámu vozidla může být vhodně rozdělena na přední modul, prostřední modul a zadní modul. To usnadňuje výrobu a umožňuje použít některých modulů rámu u více než jednoho typu vozidla. Kromě toho má modulová konstrukce tu výhodu, že různé části rámu vozidla mohou být vyrobeny rozdílnou technologií. Například přední modul se vyrábí z trubkových nosníků s uzavřenými profily (tedy majících příčný průřez pravoúhelníkového tvaru k dodání soustavě rámu maximální pevnosti vůči nárazu a tuhosti proti kroucení pod kabinou řidiče). Prostřední moduly a zadní moduly se naopak vyrábějí s výhodou z nosníků s příčným průřezem tvaru U s otevřenou částí směřující dovnitř vozidla pro lepší odolnost vůči ohybu a k usnadnění montáže příčníků a jiných součástí. Zde použité označení průřez tvaru U může být synonymem pro průřez tvaru C, přičemž dovnitř vozidla směřující příruby jsou vytvořeny na příslušných koncích uspořádání tvaru U.

Při výrobě rámů vozidla používají výrobci obvykle technologii ražení. Jedna nebo několik raznic vtlaČují surový, obvykle ocelový plech rázem do protilehlých matric k vytvoření podélníků nebo příčníků žádaného tvaru. Během razícího procesu se surový plech postupně pohybuje a je ražen v různých razících stanovištích až k dosažení konečného tvaru. Razící matrice a příslušenství jsou poměrně drané a musejí být často nahražovány. Výsledkem může být zjištění, že náklady na materiál, práci a příslušenství spojené s výrobou a montáží ražených prvků rámu jsou značné.

Jiný problém spojený s ražením rovného plechu je založen na tom, že musí být velké množství surového materiálu znehodnoceno, když jsou požadovány nepravidelně tvarované části rámu. Mají-li být nepravidelné tvaru raženy ze surového plechu, značné množství obvodového materiálu (zejména u bočních okrajů plechu) nemůže být využito nezávisle na tom, jak blízko u sebe jsou ražené tvary v plechu umístěny. Zjistilo se, že 36 % až 40 % svitku surového materiálu nemůže být využito z důvodu nepravidelného tvaru raženého dílu. Proto při velkých objemech jsou množství znehodnoceného materiálu a náklady s tím spojené při technologii ražení značné.

Jiný problém vyplývá z montáže ražených dílů do sestavy rámu. Dochází kněmu při použití procesu svařování drátěnou elektrodou, kdy se do dílu vnáší značné množství tepla. Během montáže nemusí být díly upnuty v přípravku ve správné poloze k ovládnutí odskoku a napětí, která vznikají během ohřevu a tvářecího procesu. Bez upnutí by jinak tato napětí mohla mít za následek značné zdeformování sestavy (6 až 12 mm je typická hodnota). Tyto montážní náklady a nástrojové vybavení při vysokých objemech mají za následek vysoké investice, výrobní náklady a náklady na rovnání pro získání kvalitní sestavy rámu.

V patentové literatuře je navrhován postup, při kterém se podélníky vyrábějí spíše válcováním než ražením. V americkém patentovém spise US 2 127 618 je navrženo zařízení, které nechá

-1 CZ 292018 B6 procházet pás surového plechu řadami kooperujících válců, které plech podélně ohýbají do trubkového dílu s pravoúhelníkovým průřezem. Tvarování válcování má proti ražení mnohé nevýhody. Například náklady na pořízení výrobních zařízení jsou podstatně nižší. Kromě toho, jelikož válcové tvářecí stroje pracují bez namáhání vysokými rázy spojenými s raznicemi, vyžadují méně údržby a mají delší životnost. Dále, protože pás plechu prochází řadou válců plynule, jsou výrobní časy podélníků kratší. Nadto, protože pás surového plechu je úplně využit při výrobě podélníků, je znehodnoceno pouze velmi málo surového materiálu nebo není znehodnocen žádný surový materiál. Montážní proces je minimalizován, protože díly jsou spojovány během válcování do úplně uzavřeného krabicového profilu.

Proto jsou výrobní náklady spojené s tvářením válci podstatně menší než náklady spojené s ražením.

Výhody válcování však byly dosud omezeny neschopností procesu tvarovat podélníky do libovolného tvaru. Tak například v nejvíce žádoucích uspořádání je výhodné vyrábět nejenom střední část podélníků, jak je shora uvedeno, ale je rovněž žádoucí opatřovat střední část podélníků ohyby ve svislém směru, například pro uložení nápravových sestav pro zadní kola. Protože, na rozdíl od ražení, může způsob válcování vyrábět pouze přímé podélníky (například bez jakéhokoli ohybu ve svislém směru), musí být jakýkoli ohyb ve svislém směru proveden v následující operaci. Například v citovaném americkém patentovém spise US 2 127 618 se uvažuje, že po válcování může být podélník s průřezem tvaru krabice ohnut v ohýbací stolici pro provedení předního a zadního ohybu. I když je poměrně snadné ohnout díl s průřezem tvaru krabice v souvislosti sjeho tuhostí vzhledem kjeho inherentní pevnosti, byly dosud snahy o ohýbání válcovaného dílu majícího průřez tvaru U neúspěšné. Tyto snahy byly neúspěšné z důvodu poměrně nízké pevnosti otevřeného úseku a byly doprovázeny nežádoucím zkroucením a deformací. Od používání dílů s průřezem krabicového tvaru bylo také upuštěno vzhledem k nutnosti zachovat stálý průřez. To nelze provést vzhledem ke geometrickým nárokům motoru, přední nápravy, tělesa a jiných součástí motorového prostoru. Následující konstrukční návrhy nebyly vhodné pro využití materiálu a bylo jich použito pouze u malého počtu a u velkých nákladních automobilů, kde úpravy investic mohou ospravedlňovat zvýšení materiálových nákladů a obtížnější montáž.

V minulosti bylo navrženo tvarovat vcelku boční díl rámu krabicového průřezu z trubkového polotovaru způsobem známým jako hydraulické tváření. Týkají se toho americké patentové spisy US 5 107 693, 5 233 854, 5 333 775, 4 567 743, 5 070 717, 5 239 852 a 5 339 667. I když hydraulicky tvářené díly rámů jsou velmi výhodné pro přední díl, příslušné odvětví dosud nevytvořilo modulovou sestavu podélníků rámu, která by měla hydraulicky tvářené a ohnuté středové díly s průřezem tvaru U.

Úkolem vynálezu je vyvinout pro automobily rám, který splňuje shora uvedené požadavky.

Podstata vynálezu

Nosníková sestava rámu pro motorové vozidlo, sestávající ze zadního modulu, tvořeného párem rovnoběžných zadních rámových nosníků (podélníků), spojených navzájem zadním příčníkem, z prostředního rámového modulu tvořeného párem středových rovnoběžných rámových nosníků, spojených navzájem středovými příčníky, přičemž každý středový rámový nosník má příčný průřez tvaru U, sestávající ze svislé stojiny a ze dvou rovnoběžných vodorovných stěn probíhajících z protilehlých konců stojiny, přičemž je každý ze středových rámových nosníků tvaru U ohnut mezi dvěma jeho krajními polohami, a z předního rámového modulu tvořeného párem rovnoběžných trubkových předních nosníků spojených navzájem předním příčníkem, přičemž podle vynálezu jedna z vodorovných stěn, tažená vodorovná stěna nebo tlačená vodorovná stěna, probíhající z jednoho konce stojiny, má uvnitř kovové jádro protažené v místě mezi krajními polohami a protilehlá vodorovná stěna, tažená vodorovná stěna nebo tlačená vodorovná stěna,

-2CZ 292018 B6 probíhající z opačného konce stojiny má uvnitř kovové jádro stlačené v poloze mezi krajními polohami.

Podle vynálezu jsou ve svislé stojině zrna kovu prodloužena mezi dvěma vzdálenými polohami a má části uložené blíže ke stlačené části vodorovné stěny. Největší protažení stojiny je uprostřed mezi uvedenými vzdálenými polohami. Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má každý díl předního modulu přední část opatřenou střídavě větším a menším vnějším průměrem pro lepší zmaření energie nárazu předními díly. Každý přední díl má průřez tvaru pravoúhelníka. Každý středový díl s průřezem tvaru U má pár přírub, z nichž každá vyčnívá z příslušného konce vodorovné stěny oproti svislé stojině. Podle dalšího výhodného provedení vynálezu jsou příruby rovnoběžné se stojinou v místě mimo uvedené vzdálené polohy a jedna z přírub je ohnuta do šikmé polohy vzhledem ke stojině v míst mezi dvěma vzdálenými polohami. Přední modul a zadní modul jsou připevněny k protilehlým koncům prostředního modulu. Každý střední člen je zbaven části příruby u předního konce. Množství kovu je na jednotku délky trubkových předních nosníků proměnlivé po jejich délce. Vnější obvod každého předního trubkového nosníku je roztažen v předem určené části o více než 10 % vzhledem jiným částem, při zachování tloušťky stěny v toleranci 10 % vůči jiným dílům. Trubkové vnější nosníky mají mezi svými konci ohnuté části uzpůsobené pro montáž závěsů vozidla a předem určená část trubkových předních nosníků je roztažena o více než 10 % mezi oblastmi vymezujícími ohyby.

Způsob výroby nosníkové sestavy rámu (10) pro motorové vozidlo podle vynálezu spočívá vtom, že se vytvoří zadní rámový modul (14), přední rámový modul (18) a prostřední rámový modul (16) sestávající z páru postranic prostředního rámového modulu (16), z nichž každá je vytvořena průchodem svarového kovového materiálu (106) řadou kooperujících těžkých kovových válců (112) konstruovaných a uspořádaných k valivému styku s protilehlými stranami svarového kovového materiálu tak, že se ohýbá do tvaru žlabu s průřezem tvaru U včetně plochého plechu (108) a páru svislých stěn vztyčených z protilehlých konců plochého plechu (108), ohýbá se plechový žlab s průřezem tvaru U, přičemž se ohýbá plochý plech (108) ve své rovině při protažení jedné ze svislých stěn vztyčené z jednoho konce plochého plechu (108) a stlačují se protilehlé svislé stěny vztyčené z opačného konce plochého plechu (108) a pevně se připojuje přední rámový modul (18) a zadní rámový modul (14) k protilehlým koncům prostředního rámového modulu (16).

Podle výhodného provedení vynálezu sestává přední modul z páru předních nosníků, z nichž každý je vytvořen válcováním a svařením, vložením trubkového nosníku do matrice vymezující žádaný tvar nosníku, zavedením tlakové kapaliny dovnitř a tím roztažení trubkového nosníku k vnitřnímu povrchu matrice pro přizpůsobení trubkového nosníku tvaru dutiny matrice. Operace ohnutí je založena na zachycení vnitřního a vnějšího povrchu průřezu tvaru U v plochách vzdálených v podélném směru a pohybem ohýbačky. Podle dalšího výhodného provedení vynálezu znamená operace zachycení vnitřního a vnějšího povrchu vložení tuhých klínů napříč průřezu tvaru U. Průřez tvaru U obsahuje příruby směřující proti sobě a rovnoběžně s vodorovnou stěnou a operace zachycení znamená pevné přilnutí klínů k vnitřnímu profilu tvaru U včetně stojiny, vodorovných stěn a přírub a přitužení příložek kjejich vnějším povrchům, přičemž se takto fixovaný nosník vloží do ohýbačky s určenými vzdálenými podporami.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má ohýbačka montážní přípravek sestávající z pevného a z pohyblivého kusu zachycujícího vnější povrch U-profilu ve vzdálených polohách, přičemž montážní přípravek má ramena, jejichž otáčením je U-profil mezi vzdálenými podporami ohnut, čímž je tažená vodorovná stěna prodlužována a tlačená vodorovná stěna stlačována. Stojina je při ohýbání ohnuta ve své rovině. Při ohýbání se tažená příruba pohybuje směrem ven od stojiny, takže o ohybu nejsou už obě příruby v jedné rovině.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu se při hydraulickém tvarování trubkových nosníků jejich konce proti sobě stlačují. Operace ohnutí trubkového nosníku se provede před jeho umístěním do dutiny matrice. Operace ohnutí nosníků zadního modulu sestává z pohybu plechu mezi

-3 CZ 292018 B6 razícími nástroji uspořádanými pro upnutí protilehlých okrajů plechu k vytvoření žlabu s průřezem tvaru U majícího stojinu a pár ven směřujících vodorovných stěn.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu obsahuje upínací krok odstranění přírub u konců středních dílů k připevnění předních dílů, zasunutí konců předních trubkových nosníků do středních dílů s částečně odstraněnou přírubou a jejich svaření. Přední a zadní modul se přivařují.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu dochází při tvarování trubkového nosníku ke změně množství kovu na jednotku délky.

S výhodou způsob podle vynálezu zahrnuje krok rozehnání lineárního vnějšího obvodu v předem určených místech o více než 10% lineárního vnějšího obvodu při zachování tloušťky stěny v toleranci ± 10 % původní tloušťky stěny.

Vynález blíže objasňují následující příklady praktického provedení a připojené obrázky.

Seznam obrázků na výkresech

Na obr. 1 je nosníková sestava rámu motorového vozidla.

Na obr. 2a, 2b, 2c, 2d je středový rámový nosník.

Na obr. 3 je válcovací stroj.

Na obr. 4a až 4j je postupná sestava válců k vyválcování profilu s průřezem tvaru U.

Na obr. 5a až 5d je přípravek k ohýbání podélných profilů s průřezem tvaru U.

Na obr. 6a až 6f je zápustka k hydraulickému tváření trubkovitých nosníků.

Na obr. 7 je zlepšená zápustka k hydraulickému tváření trubkovitých nosníků.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna nosníková sestava 10 rámu, vyrobená způsobem podle vynálezu. S výhodou je tato nosníková sestava 10 rámu s výhodou modulární konstrukce a sestává ze zadního rámového modulu 14, z prostředního rámového modulu 16 a z předního rámového modulu 18. Přední rámový modul 18 je tvořen párem předních trubkových nosníků 20, z nichž každý má uzavřený příčný průřez, s výhodou pravoúhelníkového tvaru, k zajištění dostatečné pevnosti a nosnosti pro zajištění deformační energie. Přední trubkové nosníky 20 jsou spojeny předními příčníky 22. které jsou rovněž s výhodou trubkového tvaru k dodání tuhosti vůči kroucení nosníkové sestavy. Přední rámový modul 18 je uzpůsoben pro montáž četných součástí vozidla. Například obsahuje přední rámový modul 18 montážní konzoly (například první montážní konzolu 24), konzoly řízení 26, konzoly upevnění motoru 28, nosnou konzolu chladiče 30 a konzolu řídicího ramena 32. Jak bude dále popsáno podrobněji, je přední rámový modul 18 vytvořen hydraulickým tvářecím procesem, který umožňuje, že přední trubkové nosníky 20 mají stejně tlusté stěny. Kromě toho není při hydraulickém tvářecím procesu nutné provádět podélný švový svar, takže přední trubkové nosníky 20 jsou celistvé a jsou pevnější a rozměrově dokonalejší než nosníky získané ražením nebo válcováním, které vyžadují takové švové svary.

Prostřední rámový modul 16 sestává ze dvou rovnoběžných středových rámových nosníků 36, spojených příčníky, jakož je první středový příčník 38 a druhý středový příčník 40, nesoucí palivovou nádrž. Prostřední rámový modul 16 také zahrnuje montážní konzoly 44 předního

-4CZ 292018 B6 tělesa, montážní konzoly 46 zadního tělesa a montážní konzoly 50 zadní skříně. Středové rámové nosníky 36 jsou pevně připojeny u prvního předního konce 54 k příslušnému prvnímu zadnímu konci 56 předního trubkového nosníku 20. S výhodou je toto tuhé spojení provedeno vzájemným přivařením konců. Je také výhodné, mají-li středové rámové nosníky 36 průřez v podstatě tvaru U otevřený směrem dovnitř. Toto uspořádání středových rámových nosníků 36 umožňuje, aby na ně mohly být snadno namontovány různé součásti, přičemž dodávají prostřednímu rámovému modulu 16 dostatečnou pevnost.

Středové rámové nosníky 36 se napřed vyválcují do profilu tvaru U a pak se ohnou, čímž se středovým rámovým nosníkům 36 udělí přední svislé ohyby 60 a zadní svislé ohyby 62. Přední svislé ohyby 60 a zadní svislé ohyby 62 nesou různé součásti, jako kola a osy a zavěšení vozidla.

Na obr. 2(A) je ve zvětšeném měřítku středový rámový nosník 36 u svého zadního svislého ohybu 62. Je patrné uspořádání středového rámového nosníku 36 s průřezem v podstatě tvaru U. Profil tvaru U sestává ze stojiny 170, která je v podstatě svislá, když jsou středové rámové nosník 36 montovány do nosníkové sestavy 10 rámu. Průřez tvaru U má dále pár vodorovných stěn, kterými jsou při ohybu tažená vodorovná stěna 172 a při ohybu tlačená vodorovná stěna 174, které jsou navzájem rovnoběžné a když jsou středové rámové nosníky 36 montovány do nosníkové sestavy 10 rámu, zůstávají v podstatě vodorovné. Tažená vodorovná stěna 172 a tlačená vodorovná stěna 174 směřují dovnitř vozidla, takže otevřená část U-profilu každého středového rámového nosníku 36 směřuje dovnitř vozidla k usnadnění montáže příčníků a jiných součástí. Na obr. 2(A) je patrno, že profil tvaru U má také vnitřní zahnuté části přírub protilehlé stojině 170, první dovnitř směřující přírubu 176 tažené vodorovné stěny 172 a druhou dovnitř směřující přírubu 178 tlačené vodorovné stěny 174. Tyto zahnut části přírub mohou být případně vynechány.

Pokud jsou první dovnitř směřující příruba 176 tažené vodorovné stěny 172 a druhá dovnitř směřující příruba 178 tlačené vodorovné stěny 174 provedeny, je z obr. 2(A) patrno, že první dovnitř směřující příruba 176 tažené vodorovné stěny 172 je mírně vyhnutá směrem ven v důsledku ohýbání. Kromě toho, jak je patrno z čárkované části obr. 2(A), ukazující přímou část středového rámového nosníku 36, je první dovnitř směrující příruba 176 tažené vodorovné stěny 172 před ohnutím středového rámového nosníku 36 rovnoběžná se stojinou 170. Jak vyplývá z procesu ohýbání, jsou zrna kovu tažené vodorovné stěny 172 (na vnější straně ohybu) protahována, zatímco zrna kovu tlačené vodorovné stěny 174 (na vnitřní straně ohybu) jsou stlačována.

K protahování a zeslabování svislé stěny stojiny 170 dochází také během ohýbání středového rámového nosníku 36. Většina tohoto protahování a zeslabování nastává v horní části stojiny 170 (přibližně v horní třetině) u vnějšího ohybu. Jak je vyznačeno obecně kosoúhelníkovým obrazem dochází k většině protažení stojiny 170 uprostřed zadního svislého ohybu 62.

Na obr. 2(B) je znázorněn první přední konec 54 středového rámového nosníku 36 a první zadní konec 56 předního trubkového nosníku 20. Je zřejmé, že pokud jsou první dovnitř směřující příruba 176 tažené vodorovné stěny 172 a druhá dovnitř směřující příruba 178 tlačené vodorovné stěny 174 provedeny po celé délce středového rámového nosníku 36, musí být první zadní konec 56 předního trubkového nosníku 20 zasunut teleskopicky dovnitř středového rámového nosníku 36 než se spojí (například svařením). S výhodou však, jak je naznačeno na obr. 2(B), mohou být první dovnitř směřující příruba 176 tažené vodorovné stěny 172 a druhá dovnitř směřující příruba 178 tlačené vodorovné stěny 174 vybrány u prvního předního konce 54, aby do U-profilu mohl být bočně vložen první zadní konec 56 předního trubkového nosníku 20. Ukázalo se, že toto uspořádání usnadní výrobní operaci.

Obr. 2(C) je příčný řez 2(C)-(2(C) z obr. 2(A). Na tomto obr. je patrna ztenčená část 180 ve středové části předního svislého ohybu 60 a zadního svislého ohybu 62 ve stojině 170. Na obr. 2(D)d je axonometrický pohled středového rámového nosníku 36 a obzvlášť znázorňuje umístění ztenčených částí 180 stojiny 170.

-5CZ 292018 B6

Z obr. 1 je také patrno, že zadní rámový modul 14 tvoří pár rovnoběžných zadních rámových nosníků 66, spojených navzájem zadním příčníkem 68, které jsou upraveny pro uložení náhradního kola. Zadní rámové nosníky 66 mají profil tvaru U jejichž druhý přední konec 76 a druhý zadní konec 78 jsou pevně připojeny ke středovým rámovým nosníkům 36. Podobně jak bylo popsáno u obr. 2(B), jsou druhé přední konce 76 teleskopicky zasunuty nebo bočně vloženy do zadní části středového rámového nosníku 36 a pak přivařeny.

Z obr. 1 je patrno, že druhý přední konec 76 a druhý zadní konec 78 rovnoběžných zadních rámových nosníků 66 jsou poněkud vyšší oproti ostatním zadním částem rámu. K udělení rovnoběžným zadním rámovým nosníkům 66 odlišné výškové rozměry je výhodné vyrobit tyto rovnoběžné zadní rámové nosníky 66 běžnou technologií ražení, neboť je obtížné opatři rovnoběžné zadní rámové nosníky 66 odlišnými rozměry válcovacím způsobem. Mají-li však mít rovnoběžné zadní rámové nosníky 66 v podstatě konstantní svislou výšku stany, může se použít technologie válcování.

S výhodou se přední rámový modul 18, prostřední rámový modul 16 a zadní rámový modul 14 stavějí jako samostatné jednotky a pak se svaří do nosníkové sestavy 10 rámu. Oceňuje se, že jeden nebo několik modulů mohou být zaměněny s moduly jiných uspořádání (například s rozdílnou délkou nebo ohyby) pro použití u jiných vozidel. Modularita tak představuje úspory výrobních nákladů, jelikož každý modul může být použit v několika různých typech vozidel.

Na obr. 3 je znázorněn válcovací stroj pro výrobu středového rámového nosníku 36 podle vynálezu. Válcovací stroj 100 má odvíjecí stanoviště 104 k odvíjení velkých pásů surového kovového materiálu 106, s výhodou oceli. Kovový svitek se odvíjí tak, že plochý plech 108 je veden řadou rovnacích zařízení, včetně předválcovací stolice 101, rovnacího stroje 103, předděrovacího lisu 105, válcovací stolice 107 a odstřihovacího lisu 109. Válcovací stolice 107 má několik párů kooperujících těžkých kovových válců 112. S výhodou tvoří poslední pár válců zkrucovací stanoviště 111, které vyrovnává veškerá zkroucení vzniklá ve válcovacím tvářecím úseku během tváření.

Předválcovací stolice 101 zprostředkovává redukci studeného kovu před válcovacím procesem. To dodává kovu přídavné upevnění při současném zmenšení jeho tloušťky (například přibližně 5%) k celkovému vylehčení rámu a současně umožňuje tvarovat plech s přesnějšími tolerancemi. Rovnací stroj 103 plech vyrovnává k odstranění jakékoli nedokonalosti nebo necelistvosti plechu. Předděrovací lis 105 vyráží díry potřebné ve středovém rámovém nosníku 36 pro namontování různých struktur a k připevnění středového rámového nosníku 36 k ostatním dílům rámu. Jakmile je plech vyválcován do tvaru s průřezem U, odstřihne se předem stanovená délka odstřihovacím lisem 109 k ohnutí na středový rámový nosník 36.

Na obr. 4(A) až 4(1) je podrobnější pohled na následnost párů kovových kooperujících těžkých kovových válců 112 použitých ve válcovací stolici 107 k vytváření středových rámových nosníků 36 s profilem tvaru U. Podrobněji je na obr. 4(A) řez prvního páru válců, prvního válce 112 a druhého válce 124, pro počáteční vyrovnání plochého plechu 108 k odstranění veškerých nerovností a necelistvosti, které se mohou vyskytovat na surovém plechu. Na obr. 4(B) je znázorněna první operace druhým párem válců, třetím válcem 126 a čtvrtým válcem 128. Jak je na obr. 4(B) patrno, je vnější plech 130 třetího válce 126 ve styku s materiálem poněkud vypuklý, zatímco druhý povrch 132 čtvrtého válce 128 je poněkud vypuklý a stlačuje plochý plech 108 mezi nimi při válcování s protilehlými stranami plechu. Kromě tváření surového plechu dopravují válce plech k následujícímu páru válců, jako je například třetí pár válců, pátý válec 136 a šestý válec 138 na obr. 4(C). V postupu od obr. 4(C) k obr. 4(D) a pak 4(E) je patrno, že páry kooperujících válců, pátého válce 136, a šestého válce 138. sedmého válce 140 a osmého válce 142, devátého válce 144 a desátého válce 146, progresivně ohýbají vnější podélné strany plochého plechu 108 k vytvoření první dovnitř směřující příruby 176 a druhé dovnitř směřující příruby 178 na koncích profilu tvaru U. Z obr. 4(F) až 4(1) je patrno, že druhý postupný ohyb je vytvořen

-6CZ 292018 B6 použitím párů válců jedenáctého válce 148 a dvanáctého válce 150, třináctého válce 152 a čtrnáctého válce 154, patnáctého válce 156 a šestnáctého válce 158, sedmnáctého válce 160 a osmnáctého válce 162, dokud není plech vytvarován do žádaného tvaru.

Obr. 4(J) jednoduše znázorňuje řez patnáctého válce 156 a šestnáctého válce 158 z obr. 4(H) pro další ilustrativní účel.

Výsledkem postupných operací, znázorněných na obr. 3 a 4(A) až 4(1), je vytvoření v podstatě souvislého profilu tvaru U, přičemž souvislý plech je rozřezán na žádané délky pro středové rámové nosníky 36 v následujících (neznázorněných) odstřihovacích operacích. Válcovací proces je oproti technologii ražení značně výhodnější, jelikož celý svitek surového kovového materiálu 106 může být zpracován kontinuálně bez nutnosti přemisťování nosníků z razících a do razících stanovišť. Kromě toho mohou být profil tvaru U středových rámových nosníků 36 válcováním vyrobeny přesněji než ražením, jelikož postupné ohýbání umožňuje materiálu pomalu získávat tvar potřebný v následující operaci. Zatímco je na obr. znázorněno 9 postupných operací, je zřejmé, že přesnějších profilů lze dosáhnout více operacemi. Například na obr. 3 je znázorněno pouze 6 párů válců.

Na obr. 5 je znázorněn přípravek, upínací sestava 200 ohýbačky, používaná k ohýbání rovných rámových nosníků, vyrobených způsobem znázorněným na obr. 3 a 4(A) až 4(1). Upínací sestavu 200 ohýbačky tvoří rám 202, nepohyblivý suport 204 a dvě ohýbací ramena, první ohýbací rameno 206 a druhé ohýbací rameno 208. Upínací sestava 200 ohýbačky je specificky upravena k ohýbání U-profilů (s přírubami i bez nich), majících tvar a hmotnost typických rovných rámových nosníků. Napřed, jak je znázorněno na obr. 5(B), se rovný rámový nosník 210 upevní do nepohyblivého suportu 204 a do prvního ohýbacího ramene 206 a druhého ohýbacího ramene 208. Jak dále vyplývá z obr. 5(D), jsou stabilní suport a každé ohýbací rameno opatřeny svěracím ústrojím 201, které tvoří první příložka 212 upravená k podepření tlačené vodorovné stěny 174 a stojiny 170 rovného rámového nosníku 210. Když je válcový rovný rámový nosník sevřen první příložkou 212, vloží se dovnitř U-profilu rovné rámového nosníku tři klíny, první vnější klín 216, střední klín 218 a druhý vnější klín 220. První vnější klín 216 a druhý vnější klín 220 se vloží dovnitř U-profilu rovného rámového nosní (například pohybem zleva doprava na obr. 5(B)) a střední klín 218 se vrací mezi ně, čímž způsobí, že první vnější klín 216 a druhý vnější klín 220 se od sebe vzdálí a přilehnou těsně k vnitřnímu povrchu tažené vodorovné stěny 172 a tlačené vodorovné stěny 174 a stojiny 170. Střední klín 218 se může také dotýkat stojiny 170. Nakonec se přiloží druhá příložka 222 za klíny do styku s vnějšími povrchy první dovnitř směřující příruby 176 a druhé dovnitř směřující příruby 178 a s vnějším povrchem tažené vodorovné stěny 172. Výsledkem této konstrukce je, že rámový nosník je uchycen ze všech stran svého povrchu, které jsou upevněny na nepohyblivém suportu 204 a na prvním ohýbacím rameni 206 a na druhém ohýbacím rameni 208. Uchycení takových povrchů zabraňuje podstatnému vyboulení, zkrucování a jiným nežádoucím deformacím U-profilu během ohýbání.

K ohnutí rovného rámového nosníku s průřezem tvaru U se první ohýbací rameno 206 a druhé ohýbací rameno 208 pootočí ve smyslu hodinových ručiček na obr. 5(C) kolem první osy 226 a druhé osy 228 hydraulicky nebo jiným vhodným zařízením.

V důsledku ohýbacích operací, znázorněných na obr. 5(A) až 5(D) s odvoláním na obr. 2(A), má výsledný středový rámový nosník 36 v důsledku toho podstatně změněná zrna kovu. Na vnější straně ohybu jsou zrna poněkud prodloužená, zatímco na vnitřní straně ohybu jsou zrna kovu do jisté míry stlačena nebo zpěchována. K veškerému protahování a stlačování zrn dochází v oblastech mezi vzdálenými částmi, ve kterých je rámový nosník sevřen příslušným svěracím ústrojím 201, umístěným na nepohyblivém suportu 204, a prvním ohýbacím ramenem 206 a druhým ohýbacím ramenem 208. Prodlužování a stlačování kovu, například u tažené vodorovné stěny 172 a tlačené vodorovné stěny 174 je dosti nepravděpodobné, je-li U-profil rámového nosníku vyroben ražením, jelikož během ražení nedochází k ohýbání, protahování nebo stlačování vodorovných stěn.

-7CZ 292018 B6

Na obr. 6(A) a 6(F) je znázorněno tváření předního trubkového nosníku (20) předního rámového modulu 18. jak patrno z obr. 6(A), vkládá se předem ohnutý trubkový polotovar 300 mezi první polovinu zápustky 302 a druhou polovinu zápustky 304. Polotovar může být zhotoven jakýmkoli známým způsobem. S výhodou může být polotovar vytvořen zaválcováním plechu do úplně uzavřeného trubkovitého profilu a profil může být uzavřen švovým svarem. Obvykle je polotovar předem ohnut použitím trnů v CNC (počítačem řízeném) ohýbacím stroji. Když je předem ohnutý trubkový polotovar 300 vložen do zápustky, opatří se předem ohnutý trubkový polotovar 300 na protilehlých koncích 306 předem ohnutého trubkového polotovaru 300 hydraulicky tvářecími vstupy 308 a utěsní se. Když se první polovina zápustky 302 a druhá poloviny zápustky 304 k sobě přisunou, předem ohnutý trubkový polotovar 300 se mírně zmáčkne, například do oválného tvaru, jak je to znázorněno na obr. 6(D).

Nato se hydrotvářecími vstupy 308 napustí vysokotlaká voda o tlaku větším než 1000 MPa dovnitř předem ohnutého trubkového polotovaru 300. Tento vysoký tlak způsobí roztažení trubkové struktury do styku s vnitřním povrchem 310 zápustky definující vnitřní dutinu uvnitř zápustky. To způsobí, že trubková struktura zaujme tvar vnitřního povrchu 310 zápustky, jak je znázorněno na obr. 6(F).

Když je vysokotlaková kapalina napuštěna do trubkové struktury, jsou hydraulicky tvářecí vstupy 308 vtlačeny dovnitř proti protilehlým koncům 306 trubky k doplnění tloušťky stěny kovu, když expanduje do styku s vnitřním povrchem 310 zápustky.

Je výhodné, že se během uvedeného hydraulického tvářecího procesu množství kovu na jednotku dále mění. Když lineární vnitřní obvod expanduje směrem ven, je kov doplňován ze stranových částí, takže tloušťka stěny je zachována v ±10% původního polotovaru. V oblastech největší expanze je vnější obvod zvětšován o více než 10 %, zatímco tloušťka stěny zůstává v rozsahu ±10%. Přední rámové díly mají s výhodou největší obvod (nejvíce kovu na jednotku délky) v místech kde je potřebná vnější pevnost. Například obr. 2 je patrno, že přední trubkový nosník 20 má největší obvod v poloze obecně v přední ohybové části k namontování zavěšení a v sousedství konzoly 28 upevnění motoru.

Obr. 7 je v podstatě podobný jako obr. 6(E), vykazuje však alternativní uspořádání hydraulicky tvářecí sestavy zápustky a předních trubkových bočních členů. Na obr. 7 je vidět, že vnitřní povrch dutiny zápustky má vlnitý tvar 408. Toto uspořádání dodává tvářenému trubkovitému členu tvar, který způsobí osové sražení za téměř konstantních sil. Je-li přední konec 410 trubkového dílu případně spojen s nárazníkem automobilu, funguje toto uspořádání výhodně k podpoře charakteristik absorpce nárazu rámové sestavy v případě čelní srážky.

Hydraulická tvářecí technika, použitá podle vynálezu, je podrobněji popsána v literatuře (například „Industrieanzeiger“ číslo 20, z 9. března 1984; a „Metallumformtechnik“ vydání 1D/91 zp. od str. 15: A. Ebbinghaus, „Precision Woprkpieces in Light Construction, Manufactured Through Intemal High pressure Mouldings“; a „Werkstatt und Betrieb“ 123, 3, str. 241 až 243, 1990: A. Ebbinghaus: „Economic Construction with Intemal High Pressure Moulded Precision Workpieces“ a „Werkstatt und Betrieb“ 122 (1991), 11 (1989), str. 933 až 938.

I když je vynález objasněn a podrobně popsán na výkresech a v popisu, jde toliko o objasnění a v žádném případně ne o omezení vynálezu. Pracovníkům v oboru jsou známy možné modifikace v rámci rozsahu nároku a podstaty vynálezu.

Technická využitelnost

Modulová nosníková sestava podélníků rámu pro motorové vozidlo, která má hydraulicky tvářené a ohnuté středové díly s průřezem tvaru U.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo sestávající ze zadního rámového modulu (14), tvořeného párem rovnoběžných zadních rámových nosníků (66) spojených navzájem zadním příčníkem (68), z prostředního rámového modulu (16), tvořeného párem rovnoběžných středových rámových nosníků (36) spojených navzájem středovými příčníky (38, 40), přičemž každý středový rámový nosník (36) má příčný průřez obecně tvaru U sestávající ze svislé stojiny (170) a ze dvou rovnoběžných vodorovných stěn (172, 174) probíhajících z protilehlých konců stojiny (170), přičemž je každý ze středových rámových nosníků (36) tvaru U ohnut mezi dvěma krajními polohami, a z předního rámového modulu (18), tvořeného párem rovnoběžných předních trubkových nosníků (20) spojených navzájem předním příčníkem (22), vyznačující se tím, že jedna z vodorovných stěn, tažená vodorovná stěna (172) nebo tlačená vodorovná stěna (174), probíhající zjednoho konce stojiny (170), má uvnitř kovové jádro protažené v místě mezi krajními polohami a protilehlá vodorovná stěna, tažená vodorovná stěna (172) nebo tlačená vodorovná stěna (174), probíhající z opačného konce stojiny (170) má uvnitř kovové jádro stlačené v poloze mezi krajními polohami.

2. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 1,vyznačující se tím, že stojina (170) obsahuje kovové jádro rozepřené mezi oběma krajními polohami, přičemž stojina (170) má části umístěné blíže k tažené vodorovné stěně (172) protažené větší měrou než jeho části umístěné blíže k tlačené druhé vodorovné stěně (174).

3. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 2, vyznačující se tím, že maximum rozepření stojiny (170) je umístěno uprostřed mezi oběma krajními polohami.

4. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 1,vyznačující se tím, že přední trubkové nosníky (20) předního rámového modulu (18) mají každý přední část opatřenou střídavě vzrůstajícím a klesajícím průměrem k dosažení vlastností tlumících náraz předních trubkových nosníků (20).

5. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 1,vyznačující se tím, že přední trubkové nosníky (20) rámu mají každý obdélníkový průřez.

6. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 1,vyznačující se tím, že každý profil tvaru U prostředního rámového modulu (16) má pár vodorovných přírub, první dovnitř směřující přírubu (176) a druhé dovnitř směřující příruby (178), po obou stranách stojiny (170).

7. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 6, vyznačující se tím, že první dovnitř směřující příruba (176) a druhá dovnitř směřující příruba (178) jsou rovnoběžné se stojinou (170) v místech mimo obě krajní polohy, přičemž jedna z přírub je ohnutá tak, že je skloněna vůči stojině (170) v místě mezi oběma krajními polohami.

8. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 7, vyznačující se tím, že přední rámový modul (18) a zadní rámový modul (14) jsou pevně spojeny s prostředním rámovým modulem (16).

9. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 8, vyznačující se tím, že nosníky prostředního rámového modulu (16) jsou každý zbaven přírubových částí na svých předních koncích.

-9CZ 292018 B6

10. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že množství kovu na jednotkovou délku každého trubkového předního trubkového nosníku (20) se po délce mění.

11. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 10, vyznačující se tím, že podélný vnější obvod každého předního trubkového nosníku (20) je prodloužen v předem určené své části o více než 10 % vzhledem ke svým ostatním částem, přičemž tloušťka stěny je zachována v rozsahu ± 10 % se zřetelem na ostatní části.

12. Nosníková sestava rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 11,vyznačující se tím, že přední trubkové nosníky (20) mají prohnuté části mezi svými koncovými polohami k namontování podvozku vozidla, přičemž předem určené části předních trubkových nosníků (20), přečnívající o více než 10 %, jsou umístěny mezi plochami definujícími prohnuté části.

13. Způsob výroby nosníkové sestavy rámu (10) pro motorové vozidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vytvoří zadní rámový modul (14), přední rámový modul (18) a prostřední rámový modul (16), sestávající z páru postranic prostředního rámového modulu (16), z nichž každá je vytvořena průchodem svarového kovového materiálu (106) řadou kooperujících těžkých kovových válců (112) konstruovaných a uspořádaných k valivému styku s protilehlými stranami svarového kovového materiálu tak, že se ohýbá do tvaru žlabu s průřezem tvaru U včetně plochého plechu (108) a páru svislých stěn vztyčených z protilehlých konců plochého plechu (108), ohýbá se plechový žlab s průřezem tvaru U, přičemž se ohýbá plochý plech (108) ve své rovině při protažení jedné ze svislých stěn vztyčené z jednoho konce plochého plechu (108) a stlačují se protilehle svislé stěny vztyčené z opačného konce plochého plechu (108) a pevně se připojuje přední rámový modul (18) a zadní rámový modul (14) k protilehlým koncům prostředního rámového modulu (16).

14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že přední rámový modul (18), sestávající z páru předních rámových postranic, se vytváří tak, že se kovový plech válcuje a svaří, vytvořený předem ohnutý trubkový polotovar (300) se umístí do dutiny první poloviny zápustky (302) a druhé poloviny zápustky (304), přičemž zápustka má vnitřní povrch definující tvar dutiny, dovnitř kovového trubkového nosníku se zavádí kapalina o dostatečném tlaku k rozšíření trubkového nosníku směrem ven do styku s vnitřním povrchem zápustky a uděluje se trubkovému nosníku tvar odpovídající tvaru vnitřního povrchu (310) zápustky.

15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se při operaci ohýbání ukládá vnitřní a vnější povrch plechového žlabu s průřezem tvaru U při podélně vzdálených podporách do upínací sestavy ohýbačky (200), spouští se upínací sestava ohýbačky (200) se stykem s vnitřním a vnějším povrchem k ohnutí základní stěny a svislých vztyčených stěn mezi vzdálenými podporami.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že se při operaci spojování pevně spojuje vnější povrch plechového žlabu s průřezem tvaru U včetně vnějšího povrchu svislých stěn a vnějších povrchů každé ze svislých stěn s vnější stěnou upínací sestavy ohýbačky (200) ve vzdálených podporách a zasouvají se tuhá ohýbací ramena, první ohýbací rameno (206) a druhé ohýbací rameno (208) upínací sestavy ohýbačky (200) napříč vůči plechovému žlabu s průřezem tvaru U do jeho vnitřních dorazů a do pevného spojení ve vzdálených podporách s vnitřním povrchem plechového žlabu s průřezem tvaru U včetně vnitřního povrchu svislých stěn a vnitřních povrchů každé z vodorovných stěn.

17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že v případě plechového žlabu s průřezem tvaru U majícího dále přírubové části směřující proti sobě rovnoběžně s vodorovnou stěnou z konců vodorovné stěny protilehlé svislým stěnám se při upevňovací operaci svírají vnější povrchy přírubových částí upínací sestavy ohýbačky (200) ve vzdálených podporách

-10CZ 292018 B6 a pevně se uchopují vnitřní povrchy přírubových částí tuhými ohýbacími rameny, prvním ohýbacím ramenem (206) a druhým ohýbacím ramenem (208) ve vzdálených podporách.

18. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že v případě, kdy vnější stěna upínací sestavy sestává z pevné části a pohyblivé části stýkající se s vnějšími povrchy plechového žlabu s průřezem tvaru U ve vzdálených podporách, přičemž první ohýbací rameno (206) a druhé ohýbací rameno (208) jsou ve styku s vnitřními povrchy plechového žlabu s průřezem tvaru U ve vzdálených polohách vůči pevné části a pohyblivé části, se při ohýbací operaci pohybuje rameno ohýbačky k uvedení do pohybu pohyblivé části prvního ohýbacího ramena (206) a druhého ohýbacího ramena (208) vůči pevné části a protilehlých klínů, takže se základní stěna ohýbá ve své rovině mezi krajními podporami a tak, že jedna z vodorovných stěn se natahuje a opačná stěna se stlačuje v místech mezi krajními podporami.

19. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že v případě, kdy vnější stěna upínací sestavy sestává z pevné části a z pohyblivé části stýkající se s vnějšími povrchy plechového žlabu s průřezem tvaru U ve vzájemných polohách, přičemž první ohýbací rameno (206) a druhé ohýbací rameno (208) jsou ve styku s vnitřními povrchy plechového žlabu s průřezem tvaru U ve vzdálených podporách vůči pevné části a pohyblivé části se při ohýbání pohybuje rameno ohýbačky k uvedení do pohybu pohyblivé části klínů vůči pevné části a protilehlých klínů, takže základní stěna se ohýbá ve své rovině mezi krajními podporami a tak, že jedna z vodorovných stěn se natahuje a opačná stěna se stlačuje v místech mezi krajními podporami.

20. Způsob podle nároku 19, vyznačující se tím, že pohyb ramene během ohýbání způsobí, že jedna z přírub čnějící z druhé vodorovné stěny se pohybuje dopředu od svislé stěny tak, že příruby už obecně vůči sobě nesměřují.

21. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se přitlačují protilehlé konce trubkového nosníku proti sobě při vhánění kapaliny do trubkového nosníku.

22. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se trubkový nosník ohýbá před umístěním do zápustky.

23. Způsob podle nároku 14, vyznaču j í cí se tím, že se vytváří zadní rámový modul (14) zasouváním kovového plechu mezi vzájemně působící lisovací zápustky konstruované a uspořádané k tlakovému styku s protilehlými stranami plechu mezi nimi k ohnutí plechu do žlabu majícího obecně průřez tvaru U mající základnu a pár vzhůru směřujících svislých stěn vztyčených z protilehlých konců základny.

24. Způsob podle nároku 19, vyznaču j í ci se tím, že se pro pevné spojení odstraňují přírubové části na koncích postranic středového rámu, pevně se připevňují ke koncům postranic předního rámu a posouvají se konce trubkových postranic předního rámu ve směru kolmo k vnitřnímu povrchu svislé stěny, dokud se konce trubkové postranice předního rámu nedostanou do styku s vnitřním povrchem bočních nosníků středového rámu na jeho konci majícím odstraněnou přírubovou část a přivařují se tyto konce postranic předního rámu k vnitřním povrchům postranic středového rámu.

25. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se pro pevné spojení převařuje přední rámový modul (18) a zadní rámový modul (14) k protilehlým koncům prostředního rámového modulu (16).

-11 CZ 292018 B6

26. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se mění množství kovu na délkovou jednotku trubkového nosníku při roztahování trubkového nosníku.

5 27. Způsob podle nároku 26, vyznačující se tím, že se roztahuje podélný vnější obvod trubkového nosníku v předem určených jeho částech o míru větší než 10% původního podélného obvodu při zachování tloušťky stěny v ± 10 % původní tloušťky stěny.