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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Längsträger, sowie einen vorderen Querträger und einen hinteren Querträger, die jeweils die beiden Längsträger in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Alternativen hierzu aufzuzeigen. Insbesondere soll eine Lösung geschaffen werden, die unter Berücksichtigung der Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen wenig Bauraum beansprucht und ein geringes Bauteilgewicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Hilfsrahmen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieser zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Querschnittsverlauf des vorderen Querträgers in Bezug auf eine vertikale Fahrzeuglängsmittelebene asymmetrisch ist, und der vordere Querträger in Fahrzeugquerrichtung eine symmetrische Quersteifigkeit aufweist.
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Dies ermöglicht unter Gewährleistung eines harmonischen Fahrverhaltens eine bauraumoptimierte Unterbringung des Hilfsrahmens am Fahrzeug insbesondere auch unter Berücksichtigung eines im Bereich der Hinterachse angeordneten Getriebes, wie es beispielsweise bei allradgetrieben Fahrzeugen vorgesehen ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels für einen Hilfsrahmen nach der Erfindung von vorn oben,
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2 eine Vorderansicht des Hilfsrahmens gemäß 1,
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3 eine Explosionsdarstellung des Hilfsrahmens gemäß 1,
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4 eine Detailansicht der vorderen oberen Lenkeraufnahme O1,
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5 eine Detailansicht der vorderen unteren Lenkeraufnahme S1,
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6 eine Detailansicht des hinteren Querträgers, und in
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7 eine Ansicht von oben auf den Hilfsrahmen gemäß 1 sowie ein an diesem abgestütztes Hinterachsgetriebe.
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Das in den 1 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Hilfsrahmen 10 für ein Personenkraftfahrzeug.
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Der Hilfsrahmen 10 weist zwei sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckende Längsträger 11 und 12 sowie einen in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung V vorderen Querträger 13 und einen hinteren Querträger 14 auf. Die beiden Querträger 13 und 14 sind in Fahrzeuglängsrichtung x voneinander beabstandet und verbinden die beiden Längsträger 11 und 12 in Fahrzeugquerrichtung y miteinander, so dass ein grob rechteckiger Rahmen gebildet wird.
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Die Längsträger 11 und 12 sind jeweils mit einem in Vorwärtsfahrtrichtung V weisenden Stirnende an den vorderen Querträger 13 angeschlossen. Der vordere Querträger 13 ragt seitlich über die Stirnenden der Längsträger 11 und 12 hinaus und weist an seinen dort befindlichen Endabschnitten 15 und 16 jeweils einen vorderen Anbindungspunkt 17 zum Anschluss an einen Fahrzeugaufbau auf. Die Endabschnitte 15 und 16 gehen über in Fahrzeughochrichtung z gekröpfte Übergangsabschnitte 18 und 19 in einen Mittelabschnitt 20 über, der im Vergleich zu den Endabschnitten 15 und 16 in Bezug auf die Fahrzeughochrichtung z nach oben versetzt ist.
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Die Längsträger 11 und 12 ragen mit hinteren Endabschnitten 21 und 22 über den hinteren Querträger 14 hinaus. Letzterer weist ein U-förmiges, nach unten offenes Querschnittsprofil auf und ist mit seinen Stirnenden an innenseitige Flanken der Längsträger 11 und 12 angeschlossen. An den hinteren Endabschnitten 21 und 22 der Längsträger 11 und 12 befinden sich weitere, hintere Anbindungspunkte 23 zur Befestigung des Hilfsrahmens 10 am Fahrzeugaufbau.
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Der Hilfsrahmen 10 weist ferner je Fahrzeugseite mehrere Lenkeraufnahmen O1, S1, U3 zur Anbindung von Radführungslenkern auf. Die Lenkeraufnahmen O1, S1, U3 sind jeweils doppelt vorhanden und jeweils in Bezug auf eine vertikale Längsmittelebene E, welche die Längmittelachse X des Fahrzeugs enthält, spiegelbildlich angeordnet. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Lenkeraufnahmen an der linken Fahrzeugseite eingegangen.
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Eine erste obere Lenkeraufnahme O1 befindet sich außenseitig am Längsträger 12 kurz hinter dessen frontseitigem Stirnende. Diese Lenkeraufnahme O1 ist hier beispielhaft durch eine am Längslenker 12 angeschweißte Konsole 24 dargestellt. Die Konsole 24 wird durch zwei Konsolenhälften 24a und 24b mit Exzenterausstellungen 25 gebildet und weist zwei Öffnungen 26 zur Durchführung eines Lagerbolzens auf. Die zugehörige Schwenkachse verläuft im Wesentlichen horizontal in Fahrzeuglängsrichtung. Jedoch kann auch eine einstückige Konsole 24 vorgesehen werden.
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Unterhalb der oberen Lenkeraufnahme O1 befindet sich eine zweite untere Lenkeraufnahme S1. Diese untere Lenkeraufnahme S1 ist ebenfalls beispielhaft durch eine Konsole 27 mit zwei Öffnungen 28 zur Durchführung eines Lagerbolzens dargestellt. Die Konsole 27 kann durch zwei Konsolenhälften 27a und 27b gebildet werden. Vorzugsweise weist die weichere hintere Konsolenhälfte 27b eine größere Wanddicke auf als die vordere Konsolenhälfte 27a. Ferner ist auch eine einstückige Ausgestaltung der Konsole 27 möglich.
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Die Konsole 27 der vorderen unteren Lenkeraufnahme S1 erstreckt sich vom zugehörigen Längslenker 12 in Bezug auf die Fahrzeughochrichtung z nach unten. Dabei kann die Schwenkachse gegenüber dem Längslenker 12 zur nächstliegenden Fahrzeugsaußenseite hin versetzt sein. Die Konsole 27 befindet sich im Bereich des vorderen Stirnendes des Längslenkers 12. Vorzugsweise stützt sich diese zumindest teilweise auch an dem vorderen Querträger 13 ab. Es ist jedoch auch möglich, die Konsole 27 neben und vorzugsweise unmittelbar neben dem vorderen Querträger 13 anzuordnen. Dabei ist die Quersteifigkeit des Hilfsrahmens 10 in Fahrzeugquerrichtung y an den in Bezug auf die Fahrzeuglängsmittelebene E einander gegenüberliegenden Konsolen 27 der vorderen unteren Lenkeraufnahmen S1 gleich.
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Eine weitere hintere Lenkeraufnahme U3 für einen weiteren Radführungslenker befindet sich etwa auf Höhe der unteren Lenkeraufnahme S1 an dem hinteren Querträger 14. Diese hintere Lenkeraufnahme U3 wird durch gegenüberliegende Flanken des Querträgerprofils gebildet und weist entsprechende Öffnungen 29 zur Durchführung eines Lagerbolzens auf. Die hinteren Lenkeraufnahmen U3 sind im Vergleich zu den vorderen unteren Lenkeraufnahmen S1 zur Fahrzeugmitte hin versetzt. Die Schwenkachsen der hinteren Lenkeraufnahmen U3 verlaufen überwiegend horizontal sowie überwiegend in Vorwartsfahrtrichtung, wobei diese insbesondere auch pfeilförmig nach vorn aufeinander zu verlaufen können. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels können für die hinteren Lenkeraufnahmen U3 auch separate Konsolen am zweiten Querträger 14 befestigt sein.
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Zwischen den hinteren Lenkeraufnahmen U3 befindet sich ein Durchgang 30 für einen Abgasstrang. Der Querträger 14 kann hierzu in seiner Mitte mit einer entsprechenden Ausnehmung 31 oder Kröpfung nach oben, gegebenenfalls jedoch auch nach unten, versehen sein.
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Zur Optimierung der Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften sowie zum Erhalt einer kompakten Bauweise im Bereich der Hinterachse bei geringem Bauteilgewicht weist der erfindungsgemäße Hilfsrahmen 10 die nachfolgend näher erläuterten Modifikationen insbesondere im Bereich des vorderen Querträgers 13 auf.
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So besitzt der vordere Querträger 13 einen Querschnittsverlauf in Fahrzeugquerrichtung, der in Bezug auf die vertikale Fahrzeuglängsmittelebene E asymmetrisch ist. Gleichzeitig weist der vordere Querträger 13 in Fahrzeugquerrichtung z eine symmetrische Quersteifigkeit auf. Die Quersteifigkeit QL bzw. QR des vorderen Querträgers 13 ist an dessen gegenüberliegenden Enden dem Betrag nach gleich, weist jedoch entgegengesetzte Voreichen auf.
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Der asymmetrische Querschnittsverlauf ist insbesondere in 2 gut anhand der unterschiedlich gestalteten Übergangsabschnitte 18 und 19 des Ausführungsbeispiels zu erkennen, deren Profilhöhe, d. h. Ersteckung in Fahrzeughochrichtung z, in Bezug auf die Fahrzeugquerrichtung y unterschiedlich verläuft. Der Mittelabschnitt 20 sowie die Endabschnitte 15 und 16 können hingegen symmetrisch zur Fahrzeuglängsmittelebene E ausgeführt sein.
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Die Asymmetrie kann jedoch auch auf andere Art erhalten werden und muss sich nicht auf die Übergangsabschnitte 18 und 19 beschränken. Vielmehr kann diese auch an anderen Abschnitten des Querträgers 13 oder über dessen gesamte Länge hergestellt sein.
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Möglich ist insbesondere auch eine symmetrische Ausgestaltung der Übergangsabschnitt 18 und 19 bei gleichzeitig asymmetrischer Ausgestaltung anderer Abschnitte des vorderen Querträgers 13. Die gilt insbesondere auch für Fälle, bei denen der vordere Querträger 13 ohne deutliche Kröpfung, das heißt ohne prägnante Übergangsabschnitte 18 und 19 hergestellt wird.
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Der asymmetrische Querschnittsverlauf wird vorzugsweise durch eine unterschiedliche Profilhöhe in Fahrzeugquerrichtung erhalten, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Beispielsweise kann der vordere Querträger 13 hierzu zumindest einen Bereich aufweisen, an dem die Profilhöhe bei Betrachtung von der Fahrzeugmitte nach außen auf einer Seite später, jedoch dann stärker ansteigt (in 2 im Übergangsabschnitt 18 links, d. h. auf der rechten Fahrzeugseite), als auf der gegenüberliegenden Seite.
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Dies gestattet die Verwendung eines in Fahrzeuglängsrichtung x besonders schmalen vorderen Querträgers 13. So kann beispielsweise die Profilhöhe stets größer als die Profilbreite sein. Insbesondere kann der vordere Querträger auch mit einer konstanten Profilbreite ausgeführt sein.
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Jedoch kann eine Asymmetrie des Querschnittsverlaufs auch allein über die Profilbreite, das heißt die Erstreckung in Fahrzeuglängsrichtung x, oder aber durch eine Kombination aus unterschiedlicher Profilhöhe und Profilbreite erzeugt werden.
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In sämtlichen Fällen ist jedoch der Querschnittsverlauf stets so gewählt, dass der vordere Querträger 13 in Fahrzeugquerrichtung z eine symmetrische Quersteifigkeit aufweist, d. h. die Quersteifigkeit auf der linken Fahrzeugseite genauso groß ist wie auf der rechten Fahrzeugseite.
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Der vorstehend erläuterte Hilfsrahmen 10 ist bevorzugt in Blechkonstruktion ausgeführt. Dessen Einzelkomponenten, welche in 3 dargestellt sind, lassen sich einfach und kostengünstig z. B. durch Belchumformung, herstellen. Sie werden vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden.
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Bevorzugt ist der vordere Querträger 13 längsgeteilt und weist zwei Halbschalen 13a und 13b auf, welche gemeinsam ein kastenförmiges Querschnittsprofil bilden. Die Teilung ist vorzugsweise vertikal vorgenommen.
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Es ist jedoch auch möglich, einen asymmetrischen Querschnittsverlauf an einem beispielsweise durch Innenhochdruckformen umgeformten Rohr zu realisieren, das als vorderer Querträger 13 dient.
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Die Schalenausführung ermöglicht jedoch eine flexiblere Ausgestaltung der gewünschten Asymmetrie des Querschnittsverlaufs.
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Bei Verwendung von Halbschalen im Zusammenhang mit einem kastenförmigen Querschnittsprofil ist es von Vorteil, die Halbschalen 13a und 13b an der Oberseite und der Unterseite des Querträgers 13 miteinander zu verschweißen.
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Auch der hintere Querträger 14 kann als zweischaliges Profil mit zwei Halbschalen 14a und 14b ausgeführt werden. Im Unterschied zu dem vorderen Querträger 13 ist das Querschnittsprofil des hinteren Querträgers 14 nach unten offen, so dass zwei Radführungslenker im Bereich der hinteren Lenkeraufnahmen U3 von unten in das offene Profil zwischen die zwei Halbschalen 14a und 14b eingreifen können.
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Weiterhin kann, wie in 6 gezeigt, in den hinteren Querträger 14 ein Blech 36 integriert werden, das der Befestigung eines Wärmeabschirmblechs dient. Das Blech 36 kann als Lasche an eine oder beide der Halbschalen 14a und 14b angeformt sein. Es ist jedoch auch möglich, das Blech 36 eigens an dem hinteren Querträger 14 zu befestigen. Es kann ferner dazu genutzt werden, den Querschnitt des hinteren Querträgers 14 auszusteifen.
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Die Längsträger 11 und 12 sind bevorzugt als umgeformte Rohrelemente ausgebildet, die jeweils mit einem vorderen Stirnende an dem vorderen Querträger 13 befestigt sind.
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Der vorstehend erläuterte Hilfsrahmen 10 kann beispielsweise zur Abstützung eines Hinterachsgetriebes 32 genutzt werden, ohne jedoch auf einen solchen Einsatz beschränkt zu sein. Vielmehr ist ein Einsatz auch bei rein frontangetriebenen Fahrzeugen möglich.
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Im Fall der Abstützung eines Hinterachsgetriebes 32 weist der Hilfsrahmen 10 geeignete Abstützstellen für das Getriebe 32 auf. Dazu kann insbesondere an dem vorderen Querträger 13 eine Konsole 33 vorgesehen sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese außerhalb der Fahrzeugmitte an dem vorderen Querträger 13 angeordnet. Sie sitzt an der Vorderseite des Querträgers 13, kann bei Bedarf jedoch auch an dessen Rückseite angebracht sein.
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Vorzugsweise ist die Getriebeabstützung als Dreipunktlagerung mit drei Abstützpunkten an dem Hilfsrahmen 10 ausgebildet, so dass sich die in 7 dargestellte Hinterachsanordnung ergibt. Wie bereits ausgeführt, befindet sich in jedem Fall ein erster Abstützpunkt P1 außerhalb der Fahrzeugmitte an dem vorderen Querträger 13, der über dem Getriebe 32 verläuft. Die zwei weiteren Abstützpunkte P2 und P3 befinden sich an dem hinteren Querträger 14 und/oder den Längsträgern 11 und 12.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt die Anordnung zwei hinterer Abstützpunkte P2 und P3 am hinteren Querträger 14, der hierzu in seinem Scheitelbereich entsprechende tellerförmige Stützflächen 34 zur Auflage von Befestigungskonsolen des Getriebes 32 sowie zugehörige Durchgangsöffnungen 35 ausbildet. Da der hintere Querträger 14 vertikal geteilt ist, kann durch Ausformung entsprechender Laschen 34a und 34b an dessen Halbschalen 14a und 14b an den Abstützpunkten P2 und P3 auf einfache Art und Weise eine erhöhte Steifigkeit erzielt werden.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch nicht ausdrücklich erläuterte Unterkombinationen der beschriebenen Merkmale möglich sind, solange diese technisch möglich sind. Die Erfindung umfasst insbesondere alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hilfsrahmen
- 11
- Längsträger, rechts
- 12
- Längsträger, links
- 13
- vorderer Querträger
- 14
- hinterer Querträger
- 15
- Endabschnitt
- 16
- Endabschnitt
- 17
- Anbindungspunkt
- 18
- Übergangsabschnitt
- 19
- Übergangsabschnitt
- 20
- Mittelabschnitt
- 21
- Längsträgerendabschnitt
- 22
- Längsträgerendabschnitt
- 23
- Anbindungspunkt
- 24
- Konsole
- 24a
- vordere Konsolenhälfte
- 24b
- hintere Konsolenhälfte
- 25
- Exzenterausstellung
- 26
- Öffnung
- 27
- Konsole
- 27a
- vordere Konsolenhälfte
- 27b
- hintere Konsolenhälfte
- 28
- Öffnung
- 29
- Öffnung
- 30
- Durchgang
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Hinterachsgetriebe
- 33
- Konsole
- 34
- Teller
- 34a
- Lasche
- 34b
- Lasche
- 35
- Öffnung
- 36
- Blech
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
- E
- vertikale Fahrzeuglängsmittelebene
- O1
- Lenkeraufnahme oben und vorn
- QL
- Quersteifigkeit, links
- QR
- Quersteifigkeit, rechts
- S1
- Lenkeraufnahme unten und vorn
- U3
- Lenkeraufnahme hinten und unten
- V
- Vorwärtsfahrtrichtung
- X
- Fahrzeugslängsmittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006058993 A1 [0002]
- DE 19909945 C1 [0002]
