DE102005062330A1 - Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge, mit zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordneten und separat hergestellten Grundstrukturen (14, 15), die ihrerseits vermittels einer vorderen und einer hinteren hohlprofilförmigen Querstrebe (17, 25) zu einem geschlossenen Rahmen fest verbunden sind, wobei zumindest die Grundstrukturen (14, 15) jeweils ein im Querschnitt überwiegend geschlossenes Hohlprofil ausbilden und sich in einer Blech-Schalenbauweise aus zwei aufeinandergesetzten sowie miteinander fest verbundenen Schalenelementen (14a, b; 15a, b) zusammensetzen, vorgeschlagen.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- In der Praxis werden derzeit des Öfteren Hilfsrahmen, insbesondere Vorderachs-Hilfsrahmen verwendet, die ihrerseits weitestgehend einteilig durch einen IHU-Grundkörper (IHU = Innenhochdruckumformung) gebildet sind. Beim Innenhochdruckumformen werden hohle Ausgangsteile durch Flüssigkeit unter hohem Druck in einem geteilten Formspeicherwerkzeug zu Hohlteilen komplexer Geometrien, beispielsweise zu besagten Hilfsrahmen umgeformt. Die Hilfsrahmen können dabei aus Stahl- oder hinsichtlich einer angestrebten Leichtbauweise auch aus Aluminiumblech bestehen, wobei durch Verwendung von Aluminiumblech zwar Gewichtseinsparungen zu verzeichnen sind, jedoch deren Anwendbarkeit bei erhöhten Achslasten begrenzt ist. Ungeachtet dessen erfordern derartige IHU-Hilfsrahmen fahrzeugspezifisch hohe Kosten an Investitionen, insbesondere Werkzeugkosten.
- Um der gewünschten Leichtbauweise an Kraftfahrzeuge noch weiter gerecht zu werden, ist man bestrebt, eine belastungsgerechte Materialzuweisung zu erzielen, welches jedoch mittels IHU-Umformung nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand gestattet ist, indem dickenvariabel gewalzte Bleche Verwendung finden. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leichtbau-Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge zu schaffen, der bei Erhaltung einer hohen Festigkeit und Steifigkeit zum einen einfach und kostengünstig herstellbar ist, insbesondere geringerer Werkzeugkosten bedarf, und zum anderen mittels einfacher Maßnahmen in weiten Grenzen eine belastungsgerechte Querschnittsausbildung sowie Materialzuweisung gestattet.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge, mit zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordneten und separat hergestellten Grundstrukturen, die ihrerseits vermittels einer vorderen und einer hinteren hohlprofilförmigen Querstrebe zu einem geschlossenen Rahmen fest verbunden sind, wobei zumindest die Grundstrukturen jeweils ein im Querschnitt überwiegend geschlossenes Hohlprofil ausbilden und sich aus zwei in einer Blech-Schalenbauweise aufeinandergesetzten sowie miteinander fest verbundenen Schalenelementen zusammensetzen, gelöst. Die beiden aufeinandergesetzten Schalenelemente der Grundstrukturen können dabei im Bereich von ausgebildeten Verbindungsflanschen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Als besonders zweckmäßig haben sich insoweit Schalenelemente erwiesen, die jeweils aus einer Blechplatine nach einem an sich bekannten Tiefziehverfahren hergestellt sind. Zur belastungsgerechten Ausbildung der Grundstrukturen können die Schalenelemente unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Wie die Erfindung weiter vorsieht, können die Querstreben einstückig als Strangpress-, Roll- oder Abkantprofile ausgebildet oder ebenfalls in Blech-Schalenbauweise aus zwei aufeinandergesetzten Schalenelementen zusammengesetzt sein. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die vordere Querstrebe beiderends form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit je einer Grundstruktur direkt verbunden ist. Ferner ist vorgesehen, dass an jede Grundstruktur eine vordere Lagerhülse und eine hintere Lagerhülse direkt angebunden sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn vordere und hintere Lagerhülse jeweils von einer Ausnehmung in der Grundstruktur aufgenommen und mit derselben form-, kraft- und/oder stoffschlüssig fest verbunden sind. Wie die Erfindung noch vorsieht, sind jeder Grundstruktur im Bereich der vorderen Lagerhülse eine einstückig ausgebildete vordere Querlenkeraufnahme und im Bereich der hinteren Lagerhülse eine einstückig ausgebildete hintere Querlenkeraufnahme zugeordnet, die ihrerseits form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Grundstruktur verbunden sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind besagte Querlenkeraufnahmen als offene Hohlprofile, vorzugsweise als Abkantprofile ausgebildet. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die hinteren Lagerhülsen zur Steifigkeitserhöhung zusätzlich mittels eines Stützprofils in Form eines offenen Hohlprofils an der hinteren Querlenkeraufnahme abgestützt sind. Was die hintere Querstrebe anbelangt, kann diese beiderends stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißung mit den Grundstrukturen fest verbunden sein. Ebenso kann es auch angezeigt sein, dass dieselbe zur Gewährleistung einer Demontierbarkeit über an den Grundstrukturen festgelegte Konsolenelemente mit den Grundstrukturen vermittels mechanischer Befestigungsmittel fest verbunden ist. Die Konsolenelemente können dabei form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung an den Grundstrukturen festgelegt sein. Als Werkstoff für den erfindungsgemäßen Hilfsrahmen, welches ein Vorderachs-Hilfsrahmen sein kann, hat sich ein Leichtbaustahl, vorzugsweise ein Leichtbaustahl der Güte X60Mn23 bewährt.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Vorderachs-Hilfsrahmen in einer perspektivischen Ansicht nach dem Stand der Technik, -
2 den Vorderachs-Hilfsrahmen nach1 komplettiert mit Anbauteilen, -
3 die Einzelheit „Y" nach2 , -
4 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vorderachs-Hilfsrahmen in einer perspektivischen Ansicht, -
5 eine Teilansicht des Vorderachs-Hilfsrahmens nach4 mit diversen Anbauteilen, -
6 die Einzelheit „Z" nach5 , -
7 die Einzelteilansicht eines Anbauteiles des Vorderachs-Hilfsrahmens nach5 in Form einer vorderen Querlenkeraufnahme, -
8 die Einzelteilansicht eines Anbauteiles des Vorderachs-Hilfsrahmens nach5 in Form einer hinteren Querlenkeraufnahme, und -
9 die Einzelteilansicht eines Anbauteiles des Vorderachs-Hilfsrahmens nach5 in Form eines Konsolenelementes. - Wie bereits einleitend ausgeführt, werden derzeit Hilfsrahmen, insbesondere Vorderachs-Hilfsrahmen verwendet, die sich ihrerseits aus einem IHU-Grundkörper
1 mit einem überwiegend geschlossenen Hohlprofilquerschnitt zusammensetzen. Ein derartiger IHU-Grundkörper1 ist in1 gezeigt und weist zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordnete Grundstrukturen2 ,3 sowie eine dieselben verbindende vordere Querstrebe4 auf, wobei dieselben in ihrer Gesamtheit einteilig ausgebildet sind. - Ferner sind vordere Lagerhülsen
5 vorgesehen, die ihrerseits mittels separat hergestellter Konsolen6 an den Grundstrukturen2 ,3 festgelegt, vorzugsweise mit denselben verschweißt sind. Aufgrund der relativ komplizierten Außenkontur der Grundstrukturen2 ,3 , bedürfen besagte Konsolen6 eines erheblichen Herstellungsaufwandes (2 ,3 ). - Des Weiteren sind hintere Lagerhülsen
7 vorgesehen, die von vorbereiteten hinteren Ausnehmungen8 der Grundstrukturen2 ,3 aufgenommen sind, jedoch bedürfen die besagten Ausnehmungen8 einen zusätzlichen Fertigungsschritt. Auch diverse Anbauteile, wie vordere und hintere Querlenkeraufnahmen9 ,10 , Stützprofile11 und Konsolenelemente12 zur festen, jedoch lösbaren Befestigung einer hinteren Querstrebe13 sind mit erhöhtem Aufwand an die relativ komplizierte Außenkontur der Grundstrukturen2 ,3 anzupassen. - In der Abkehr zu diesem Stand der Technik sind gemäß
4 die zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordneten Grundstrukturen14 ,15 des Hilfsrahmens, vorliegend eines Vorderachs-Hilfsrahmen, nunmehr separat hergestellt und setzen sich als im Querschnitt überwiegend geschlossene Hohlprofile aus zwei in einer Blech-Schalenbauweise aufeinandergesetzten sowie miteinander fest verbundenen Schalenelementen14a ,14b ;15a ,15b zusammen. - Die besagten Schalenelemente
14a ,14b ;15a ,15b sind jeweils aus einer Blechplatine nach einem an sich bekannten Tiefziehverfahren hergestellt und zweckmäßigerweise im Bereich von abgestellten Verbindungsflanschen16 miteinander form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden, woraus eine erhöhte Steifigkeit der gebildeten Schalenstruktur resultiert. - Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die jeweils zueinander korrespondierenden Schalenelemente
14a ,14b ;15a ,16b im Bereich der Verbindungsflansche16 durch Laserschweißung miteinander fest verbunden, jedoch bieten sich auch andere an sich bekannte Fügeverfahren, wie beispielsweise Metallschutzgasschweißen (MSG), Widerstandspunktschweißen (WPS), Kleben, Bördeln, Nieten, Durchsetzfügen u. dgl. mehr an und sind demgemäß durch die Erfindung mit erfasst. - Die beiden in einer Blech-Schalenbauweise hergestellten Grundstrukturen
14 ,15 sind zunächst mittels einer vorderen hohlprofilförmigen Querstrebe17 in Fahrzeugquerrichtung untereinander fest verbunden, indem vorliegend Endabschnitte der vorderen Querstrebe17 in korrespondierende Aufnahmeabschnitte der Grundstrukturen14 ,15 formschlüssig eindringen und durch Schweißung, vorzugsweise MAG-Schweißung (Metall-Aktivgas-Schweißung) mit denselben fest verbunden sind. Selbstverständlich ist es auch denkbar, statt der Schweißung eine Klebung und/oder mechanische Befestigungselemente, wie Schrauben, Niete o. ä. vorzusehen. - Die vordere Querstrebe
17 ist vorliegend einstückig als Strangpressprofil ausgebildet, jedoch kann es auch angezeigt sein, hierfür Roll- oder Abkantprofile, die gegebenenfalls noch durch Schweißung zu schließen sind, vorzusehen. Ebenso ist es denkbar, in Anlehnung an die besondere Ausführung der Grundstrukturen14 ,15 die vordere Querstrebe17 ebenfalls in einer Blech-Schalenbauweise aus zwei aufeinandergesetzten und zu einem geschlossenen Hohlprofil fest verbundenen Schalenelementen auszubilden (nicht näher gezeigt). - Durch die Aufteilung eines herkömmlich einteiligen Bauteils in nunmehr drei Bauteile, ist äußerst einfach und kostengünstig eine belastungsgerechte Querschnittsausbildung und Materialzuweisung gestattet, indem beispielsweise die Schalenelemente
14a ,14b ;15a ,15b der Grundstrukturen14 ,15 unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Des Weiteren ist eine Reduzierung des Verschnittes und damit eine optimale Platinenausnutzung zu verzeichnen. - Wie den
4 bis6 weiter zu entnehmen ist, weisen die Grundstrukturen14 ,15 sowohl vordere als auch hintere Ausnehmungen18 ,19 zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Aufnahme von vorderen bzw. hinteren Lagerhülsen20 ,21 auf. - Die Lagerhülsen
20 ,21 sind demgemäß direkt an die Grundstrukturen14 ,15 angebunden, vorzugsweise mit denselben durch MAG-Schweißung verbunden, wodurch separat herzustellende Konsolen6 , wie sie der Stand der Technik vorsieht (2 ,3 ) vorteilhaft vermieden sind. Auch hier ist es denkbar statt stoffschlüssiger Fügeverfahren, wie eben Schweißung oder auch Klebung, an sich bekannte form- und/oder kraftschlüssige Maßnahmen vorzusehen. - Durch die Einbindung der Lagerhülsen
20 ,21 direkt in die Grundstrukturen14 ,15 ist ferner ein äußerst steifer Verbund geschaffen, welcher sich positiv auf den Kraftfluss auswirkt. - Die Ausnehmungen
18 ,19 sind relativ problemlos bewerkstelligbar, da es sich bei den Grundstrukturen14 ,15 um weitestgehend symmetrische und auf ein Kastenprofil zurückgeführte Bauteile handelt. So können Ausnehmungen18 ,19 ausbildende Freischnitte sowie Einprägungen besonders kostengünstig bereits während des Tiefziehvorganges bzw. einer nachfolgenden Beschnittoperation der Platine Berücksichtigung finden. - Den Grundstrukturen
14 ,15 sind weiterhin vordere und hintere Querlenkeraufnahmen22 ,23 zugeordnet, die sich zu herkömmlich favorisierten mehrteiligen oder als geschlossene Hohlprofile ausgebildeten Querlenkeraufnahmen9 ,10 dahingehend vorteilhaft unterscheiden, dass dieselben nunmehr einteilig und als offene Hohlprofile, vorzugsweise als Abkantprofile ausgebildet sind, wodurch der Aufwand zur Herstellung derselben wesentlich minimiert ist (5 ,7 ,8 ). -
5 zeigt in Anlehnung an den Stand der Technik (2 ) ebenfalls Stützprofile24 , vermittels derer sich die hinteren Lagerhülsen21 zusätzlich an der hinteren Querlenkeraufnahme23 abstützen und demgemäß der Steifigkeitserhöhung des Verbundes dienen. Auch die Stützprofile24 sind als offene Hohlprofile ausgebildet und somit beispielsweise durch einfaches Abkanten herstellbar. - Des Weiteren ist gemäß den
5 und9 in Anlehnung an den Stand der Technik die hintere Querstrebe25 zur Gewährleistung einer Demontierbarkeit über an den Grundstrukturen14 ,15 festgelegte Konsolenelemente26 mit den Grundstrukturen14 ,15 vermittels nicht näher gezeigter mechanischer Befestigungmittel, beispielsweise Verschraubungen, verbunden. - Die Konsolenelemente
26 sind ihrerseits form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung an den Grundstrukturen14 ,15 festgelegt, wobei in Verbesserung der Konsolenelemente12 nach dem Stand der Technik (2 ) besonderer Wert auf eine größere Schweißnahtlänge gelegt ist. - Demgegenüber kann die hintere Querstrebe
25 selbstverständlich auch ausschließlich stoffschlüssig, d. h., unlösbar mit den Grundstrukturen14 ,15 verbunden sein, wodurch besagte Konsolenelemente26 vermieden sind, welches sich wiederum vorteilhaft auf das Gewicht des Hilfsrahmens auswirkt. - Als besonders vorteilhaft hat sich im Sinne der Erfindung ausgewirkt, wenn der Hilfsrahmen aus einem Leichtbaustahl, vorzugsweise aus einem Leichtbaustahl der Güte X60Mn23 besteht.
- Durch seine leichte Verarbeitbarkeit, insbesondere seine exzellente Tiefzieheignung, sowie seine hohe Festigkeit, sind gegenüber herkömmlich verwendeten Stählen erhebliche Einsparungen in der Herstellung sowie Gewichtseinsparungen zu verzeichnen.
-
- 1
- IHU-Grundkörper
- 2
- Grundstruktur
- 3
- Grundstruktur
- 4
- vordere Querstrebe
- 5
- vordere Lagerhülsen
- 6
- Konsolen
(vordere Lagerhülsen
5 ) - 7
- hintere Lagerhülsen
- 8
- Ausnehmungen (hinten)
- 9
- vordere Querlenkeraufnahmen
- 10
- hintere Querlenkeraufnahmen
- 11
- Stützprofile
- 12
- Konsolenelemente
- 13
- hintere Querstreben
- 14
- Grundstruktur
- 14a, b
- Schalenelemente
- 15
- Grundstruktur
- 15a, b
- Schalenelemente
- 16
- Verbindungsflansche
- 17
- vordere Querstrebe
- 18
- Ausnehmungen (vorn)
- 19
- Ausnehmungen (hinten)
- 20
- vordere Lagerhülsen
- 21
- hintere Lagerhülsen
- 22
- vordere Querlenkeraufnahmen
- 23
- hintere Querlenkeraufnahmen
- 24
- Stützprofile
- 25
- hintere Querstrebe
- 26
- Konsolenelemente
Claims (16)
- Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge, mit zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordneten und separat hergestellten Grundstrukturen (
14 ,15 ), die ihrerseits vermittels einer vorderen und einer hinteren hohlprofilförmigen Querstrebe (17 ,25 ) zu einem geschlossenen Rahmen fest verbunden sind, wobei zumindest die Grundstrukturen (14 ,15 ) jeweils ein im Querschnitt überwiegend geschlossenes Hohlprofil ausbilden und sich aus zwei in einer Blech-Schalenbauweisaufeinandergesetzten sowie miteinander fest verbundenen Schalenelementen (14a , b;15a , b) zusammensetzen. - Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aufeinandergesetzten Schalenelemente (
14a , b;15a , b) der Grundstrukturen (14 ,15 ) im Bereich von ausgebildeten Verbindungsflanschen (16 ) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. - Hilfsrahmen nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aufeinandergesetzten Schalenelemente (
14a , b;15a , b) der Grundstrukturen (14 ,15 ) jeweils aus einer Blechplatine nach einem an sich bekannten Tiefziehverfahren hergestellt sind. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenelemente (
14a , b;15a , b) unterschiedliche Blechdicken aufweisen. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstreben (
17 ,25 ) einstückig als Strangpress-, Roll- oder Abkantprofile ausgebildet oder in Blech-Schalenbauweise aus zwei aufeinandergesetzten Schalenelementen zusammengesetzt sind. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Querstrebe (
17 ) beiderends form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit je einer Grundstruktur (14 ,15 ) direkt verbunden ist. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an jede Grundstruktur (
14 ,15 ) eine vordere Lagerhülse (20 ) und eine hintere Lagerhülse (21 ) direkt angebunden sind. - Hilfsrahmen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vordere und hintere Lagerhülse (
20 ,21 ) jeweils von einer Ausnehmung (18 ,19 ) in der Grundstruktur (14 ,15 ) aufgenommen und mit derselben form-, kraft- und/oder stoffschlüssig fest verbunden sind. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Grundstruktur (
14 ,15 ) im Bereich der vorderen Lagerhülse (20 ) eine einstückig ausgebildete vordere Querlenkeraufnahme (22 ) und im Bereich der hinteren Lagerhülse (21 ) eine einstückig ausgebildete hintere Querlenkeraufnahme (23 ) zugeordnet sind und die Querlenkeraufnahmen (22 ,23 ) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Grundstruktur (14 ,15 ) verbunden sind. - Hilfsrahmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querlenkeraufnahmen (
22 ,23 ) als offene Hohlprofile, vorzugsweise als Abkantprofile ausgebildet sind. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hinteren Lagerhülsen (
21 ) zur Steifigkeitserhöhung zusätzlich mittels eines Stützprofils (24 ) in Form eines offenen Hohlprofils an der hinteren Querlenkeraufnahme (23 ) abgestützt sind. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Querstrebe (
15 ) beiderends stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißung mit den Grundstrukturen (14 ,15 ) fest verbunden ist. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Querstrebe (
15 ) zur Gewährleistung einer Demontierbarkeit über an den Grundstrukturen (14 ,15 ) festgelegte Konsolenelemente (26 ) mit den Grundstrukturen (14 ,15 ) vermittels mechanischer Befestigungsmittel fest verbunden ist. - Hilfsrahmen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolenelemente (
26 ) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung an den Grundstrukturen (14 ,15 ) festgelegt sind. - Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe aus Leichtbaustahl, vorzugsweise aus einem Leichtbaustahl der Güte X60Mn23 besteht.
- Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe ein Vorderachs-Hilfsrahmen ist.
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