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Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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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.
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Aus der
DE 10 2005 033 814 A1 und der
DE 103 52 078 A1 ist jeweils ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bekannt, der aus zwei Grundstrukturen besteht, die über zwei Querstreben einen Rahmen bilden. Die Grundstrukturen haben als Querschnitt ein geschlossenes Hohlprofil, das sich aus zwei Schalenelementen zusammensetzt.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Hilfsrahmen für, Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 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 weisen die Schalenelemente unterschiedliche Blechdicken auf. 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.
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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 nach 1 komplettiert mit Anbauteilen,
- 3 die Einzelheit „Y“ nach 2,
- 4 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vorderachs-Hilfsrahmen in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 eine Teilansicht des Vorderachs-Hilfsrahmens nach 4 mit diversen Anbauteilen,
- 6 die Einzelheit „Z“ nach 5,
- 7 die Einzelteilansicht eines Anbauteiles des Vorderachs-Hilfsrahmens nach 5 in Form einer vorderen Querlenkeraufnahme,
- 8 die Einzelteilansicht eines Anbauteiles des Vorderachs-Hilfsrahmens nach 5 in Form einer hinteren Querlenkeraufnahme, und
- 9 die Einzelteilansicht eines Anbauteiles des Vorderachs-Hilfsrahmens nach 5 in Form eines Konsolenelementes.
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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-Grundkörper 1 ist in 1 gezeigt und weist zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordnete Grundstrukturen 2, 3 sowie eine dieselben verbindende vordere Querstrebe 4 auf, wobei dieselben in ihrer Gesamtheit einteilig ausgebildet sind.
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Ferner sind vordere Lagerhülsen 5 vorgesehen, die ihrerseits mittels separat hergestellter Konsolen 6 an den Grundstrukturen 2, 3 festgelegt, vorzugsweise mit denselben verschweißt sind. Aufgrund der relativ komplizierten Außenkontur der Grundstrukturen 2, 3, bedürfen besagte Konsolen 6 eines erheblichen Herstellungsaufwandes (2, 3).
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Des Weiteren sind hintere Lagerhülsen 7 vorgesehen, die von vorbereiteten hinteren Ausnehmungen 8 der Grundstrukturen 2, 3 aufgenommen sind, jedoch bedürfen die besagten Ausnehmungen 8 einen zusätzlichen Fertigungsschritt. Auch diverse Anbauteile, wie vordere und hintere Querlenkeraufnahmen 9, 10, Stützprofile 11 und Konsolenelemente 12 zur festen, jedoch lösbaren Befestigung einer hinteren Querstrebe 13 sind mit erhöhtem Aufwand an die relativ komplizierte Außenkontur der Grundstrukturen 2, 3 anzupassen.
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In der Abkehr zu diesem Stand der Technik sind gemäß 4 die zwei in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend angeordneten Grundstrukturen 14, 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 Schalenelementen 14a, 14b; 15a, 15b zusammen.
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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 Verbindungsflanschen 16 miteinander form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden, woraus eine erhöhte Steifigkeit der gebildeten Schalenstruktur resultiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die jeweils zueinander korrespondierenden Schalenelemente 14a, 14b; 15a, 16b im Bereich der Verbindungsflansche 16 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.
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Die beiden in einer Blech-Schalenbauweise hergestellten Grundstrukturen 14, 15 sind zunächst mittels einer vorderen hohlprofilförmigen Querstrebe 17 in Fahrzeugquerrichtung untereinander fest verbunden, indem vorliegend Endabschnitte der vorderen Querstrebe 17 in korrespondierende Aufnahmeabschnitte der Grundstrukturen 14, 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.
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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 Grundstrukturen 14, 15 die vordere Querstrebe 17 ebenfalls in einer Blech-Schalenbauweise aus zwei aufeinandergesetzten und zu einem geschlossenen Hohlprofil fest verbundenen Schalenelementen auszubilden (nicht näher gezeigt).
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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 Grundstrukturen 14, 15 unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Des Weiteren ist eine Reduzierung des Verschnittes und damit eine optimale Platinenausnutzung zu verzeichnen.
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Wie den 4 bis 6 weiter zu entnehmen ist, weisen die Grundstrukturen 14, 15 sowohl vordere als auch hintere Ausnehmungen 18, 19 zur form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Aufnahme von vorderen bzw. hinteren Lagerhülsen 20, 21 auf.
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Die Lagerhülsen 20, 21 sind demgemäß direkt an die Grundstrukturen 14, 15 angebunden, vorzugsweise mit denselben durch MAG-Schweißung verbunden, wodurch separat herzustellende Konsolen 6, 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.
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Durch die Einbindung der Lagerhülsen 20, 21 direkt in die Grundstrukturen 14, 15 ist ferner ein äußerst steifer Verbund geschaffen, welcher sich positiv auf den Kraftfluss auswirkt.
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Die Ausnehmungen 18, 19 sind relativ problemlos bewerkstelligbar, da es sich bei den Grundstrukturen 14, 15 um weitestgehend symmetrische und auf ein Kastenprofil zurückgeführte Bauteile handelt. So können Ausnehmungen 18, 19 ausbildende Freischnitte sowie Einprägungen besonders kostengünstig bereits während des Tiefziehvorganges bzw. einer nachfolgenden Beschnittoperation der Platine Berücksichtigung finden.
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Den Grundstrukturen 14, 15 sind weiterhin vordere und hintere Querlenkeraufnahmen 22, 23 zugeordnet, die sich zu herkömmlich favorisierten mehrteiligen oder als geschlossene Hohlprofile ausgebildeten Querlenkeraufnahmen 9, 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).
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5 zeigt in Anlehnung an den Stand der Technik (2) ebenfalls Stützprofile 24, vermittels derer sich die hinteren Lagerhülsen 21 zusätzlich an der hinteren Querlenkeraufnahme 23 abstützen und demgemäß der Steifigkeitserhöhung des Verbundes dienen. Auch die Stützprofile 24 sind als offene Hohlprofile ausgebildet und somit beispielsweise durch einfaches Abkanten herstellbar.
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Des Weiteren ist gemäß den 5 und 9 in Anlehnung an den Stand der Technik die hintere Querstrebe 25 zur Gewährleistung einer Demontierbarkeit über an den Grundstrukturen 14, 15 festgelegte Konsolenelemente 26 mit den Grundstrukturen 14, 15 vermittels nicht näher gezeigter mechanischer Befestigungmittel, beispielsweise Verschraubungen, verbunden.
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Die Konsolenelemente 26 sind ihrerseits form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung an den Grundstrukturen 14, 15 festgelegt, wobei in Verbesserung der Konsolenelemente 12 nach dem Stand der Technik (2) besonderer Wert auf eine größere Schweißnahtlänge gelegt ist.
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Demgegenüber kann die hintere Querstrebe 25 selbstverständlich auch ausschließlich stoffschlüssig, d. h., unlösbar mit den Grundstrukturen 14, 15 verbunden sein, wodurch besagte Konsolenelemente 26 vermieden sind, welches sich wiederum vorteilhaft auf das Gewicht des Hilfsrahmens auswirkt.
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Als besonders vorteilhaft hat sich im Sinne der Erfindung ausgewirkt, wenn der Hilfsrahmen aus einem Leichtbaustahl, vorzugsweise aus einem Leichtbaustahl der Güte X60Mn23 besteht.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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
