DE102016000670B3

DE102016000670B3 - Hilfsrahmen für ein zweispuriges Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016000670B3
Application number: DE102016000670.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Isakiewitsch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2036-01-23
Also published as: US20170210429A1; US10118649B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit seitlichen, in einer Fahrzeuglängsrichtung (x) verlaufenden Hilfsrahmen-Längsträgern (9), die an vorderen und hinteren Eckknotenteilen (5, 11) mit vorderen und hinteren Hilfsrahmen-Querträger (7, 13) zusammenlaufen, wobei der Hilfsrahmen (1) zumindest eine hintere Lenkerkonsole (23) aufweist, zwischen deren Konsolenflügel (25, 27) ein hinterer Radlenker einer Radaufhängung angelenkt ist, und wobei der Hilfsrahmen (1) zumindest eine Lageraufnahme (39) für ein Aggregatelager (19) aufweist, an dem ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs abstützbar ist. Erfindungsgemäß weist einer der Konsolenflügel (25) der hinteren Lenkerkonsole (23) einen Montageabschnitt (37) auf, an dem die Lageraufnahme (39) für das Aggregatelager (19) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines zweispurigen Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Das Antriebsaggregat eines Fahrzeugs, zum Beispiel eine Brennkraftmaschine oder eine Elektromaschine, ist üblicherweise im Fahrzeug-Vorderwagen unter Zwischenschaltung schwingungsdämpfender Aggregatelager an einem karosserieseitigen Hilfsrahmen bzw. Achsträger abgestützt. Beispielhaft kann das Antriebsaggregat in einer Drei- oder Vierpunktlagerung über vordere und hintere Aggregatelager auf dem Hilfsrahmen abgestützt sein.
Die DE 10 2008 010 553 A1 zeigt einen Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs mit einem mehrfach am Fahrzeugaufbau befestigten Rahmengestell, wenigstens bestehend aus einem mit Längsträgern verbundenen Querträger, wobei an den Längsträgern Lagerungen für Radführungslenker, ein Antriebsaggregat sowie für eine Lenkungseinrichtung vorgesehen sind und wobei das Rahmengestell des Hilfsrahmens an seinen beiden zueinander beabstandeten Längsseiten Knotenelemente mit drei Knotenabschnitten aufweist, in denen der Querträger und die beiden Längsträger gehalten sind, wobei mit einem ersten Knotenabschnitt der Querträger und mit einem zweiten Knotenabschnitt ein vorderer Längsträger und mit einem dritten Knotenabschnitt ein hinterer Längsträger verbunden ist.
Die DE 199 09 945 C1 beschreibt einen Hilfsrahmen für eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs mit einem am Fahrzeugaufbau befestigbaren Rahmengestell, wenigstens bestehend aus Querträgern, die mit Längsträgern verbunden sind, wobei an den Längsträgern Lagerungen für Radführungsglieder vorgesehen sind und im Rahmengestell zwischen den Längs- und Querträgern ein Getriebeaggregat angeordnet ist, wobei eine Längsträgerstruktur jeder Seite jeweils zwei übereinander angeordnete Träger umfasst, die zwischen sich eine Durchstecköffnung für Achswellen des Getriebeaggregats aufweisen und etwa endseitig zusammenlaufen und mit den Querträgern verbunden sind und wobei das Getriebeaggregat über eine Dreipunktlagerung mit den Quer- und Längsträgern verbunden ist.
Aus der DE 10 2011 101 408 A1 ist ein gattungsgemäßer Hilfsrahmen bekannt, der seitliche, in der Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Hilfsrahmen-Längsträger aufweist, die an vorderen und hinteren Eckknotenteilen mit vorderen und hinteren Hilfsrahmen-Querträgern zusammenlaufen. Jedes der hinteren Eckknotenteile ist als ein separates Bauteil bereitgestellt, an dem die Längs- und Querträger zum Beispiel an Schraubpunkten angebunden sind. Zudem sind am jeweiligen hinteren Eckknotenteil Konsolenflügel einer hinteren Lenkerkonsole ausgebildet, an der ein hinterer Radlenker einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs anlenkbar ist. An den vorderen Eckknotenteilen sind Lageraufnahmen für Aggregatelager vorgesehen, an denen das Fahrzeug-Antriebsaggregat abstützbar ist. Die am hinteren Eckknotenteil ausgebildeten Konsolenflügel weisen zudem Karosserieanbindungspunkte auf, über die die Konsolenflügel an der Fahrzeugkarosserie verschraubbar sind.
Um während des Fahrbetriebs eine einwandfreie Funktion der Aggregatelager (das heißt wirksame Schwingungstilgung) zu gewährleisten, ist eine möglichst schwingungssteife Anbindung der Lageraufnahmen, in denen die Aggregatelager montiert sind, am Hilfsrahmen vorteilhaft. Daher sind die hilfsrahmenseitigen Lageraufnahmen meist entsprechend materialintensiv ausgeführt, um eine bauteilsteife Anbindung des Aggregatelagers am Hilfsrahmen bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hilfsrahmen bereitzustellen, bei dem eine Lageraufnahme für ein Aggregatelager in einfacher Weise schwingungssteif am Hilfsrahmen anbindbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass speziell die Konsolenflügel für die hintere Lenkerkonsole des Hilfsrahmens an ihren, vom Hilfsrahmen abragenden Ende nicht anbindungsfrei, das heißt nicht frei schwingend, sind, sondern vielmehr an Karosserieanbindungspunkten mit der Fahrzeugkarosserie, zum Beispiel mit einem A-Säulenfuß verbindungssteif verschraubt sind. Die Konsolenflügel stellen somit eine äußerst bauteilsteife Verbindung zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie bereit, mittels der unfallbedingte Aufprallkräfte vom Hilfsrahmen in die Karosseriestruktur weiterleitbar sind. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Konsolenflügel der hinteren Lenkerkonsole einen Montageabschnitt auf, an dem eine Lageraufnahme für das Aggregatelager ausgebildet ist. Auf diese Weise ist für die Lageraufnahme eine schwingungssteife Abstützbasis unmittelbar auf dem Konsolenflügel der hinteren Lenkerkonsole bereitstellbar. In einer technischen Umsetzung kann die Lageraufnahme nicht materialeinheitlich oder einstückig mit dem Konsolenflügel ausgebildet sein, sondern vielmehr eine davon separate Führungshülse sein, die ein Lagerauge für das Aggregatelager begrenzt. Das Aggregatelager kann in gängiger Praxis in das Lagerauge der Führungshülse eingepresst werden.
Die separate Führungshülse kann in einem Fügeprozess (bevorzugt Schweißprozess) an eine korrespondierende Anschlusskontur des Montageabschnittes stoffschlüssig angebunden werden, das heißt verschweißt werden. Die Anschlusskontur des Montageabschnittes kann den Außenumfang der Führungshülse zumindest teilweise, insbesondere umfangsseitig durchgängig umfassen und mit dem Führungshülsen-Außenumfang stoffschlüssig verschweißt werden.
Im Hinblick auf einen modularen Aufbau des Hilfsrahmen kann das jeweilige hintere Eckknotenteil ein separates Bauteil sein, an dem die Längsträger und Querträger über Schraubpunkte verschraubt sind. Zudem kann der, die Lageraufnahme tragende (als separates Bauteil ausgebildete) Konsolenflügel der hinteren Lenkerkonsole am Eckknotenteil angebunden sein. Anstelle dessen kann der, die Lageraufnahme tragende Konsolenflügel jedoch auch unmittelbar am Hilfsrahmen-Längsträger angebunden sein.
In einer technischen Ausführung kann das hintere Eckknotenteil eine Vormontageeinheit, bevorzugt eine Schweißgruppe sein, bei der ein Grundkörper mit zumindest einem der Konsolenflügel stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere mit dem, die Lageraufnahme tragenden Konsolenflügel. Der Grundkörper sowie der, die Lageraufnahme tragende Konsolenflügel können jeweils als Blechumformteile in einer Schalenblechkonstruktion ausgeführt sein, die im Vergleich zu korrespondierenden Spritzgießteilen ein geringeres Bauteilgewicht aufweisen. In gleicher Weise können auch die Längs- und Querträger als Blechumformteile (zum Beispiel als IHU-Profile) ausgeführt sein. In diesem Fall kann die Anschlusskontur des Montageabschnittes, an dem die Lageraufnahme anbindbar ist, als eine Schnittkante realisiert sein, die einen Blechfreischnitt im jeweiligen Blechumformteil begrenzt und mit der Lageraufnahme verschweißt ist.
Wie oben erwähnt ist das hintere Eckknotenteil bevorzugt als eine Schweißgruppe ausgebildet. An der Schweißgruppe können bevorzugt sowohl der Hilfsrahmen-Querträger, der Hilfsrahmen-Längsträger, ein flächiges Versteifungselement als auch die Fahrzeugkarosserie kraft- oder stoffschlüssig angebunden sein. Das flächige Versteifungselement kann ein Schubfeld ausbilden, mittels dem z. B. bei einer Frontalkollision mit geringer seitlicher Überdeckung die Aufprallkräfte von der crashzugewandten Hilfsrahmen-Seite auf die diagonal gegenüberliegende, crashabgewandte Hilfsrahmen-Seite übertragbar ist.
Bevorzugt ist nicht nur der, die Lageraufnahme tragende Konsolenflügel, sondern sind beide Konsolenflügel der hinteren Lenkerkonsole als separate Blechumformteile ausgeführt, die mit dem Grundkörper des Eckknotenteils verschweißt oder verklebt sind.
Zur weiteren Aussteifung der für die Lageraufnahme bereitgestellten Abstützbasis können die Längs- und Querträger sowie die beiden Konsolenflügel der hinteren Lenkerkonsole sternförmig am Grundkörper des hinteren Eckknotenteils zusammenlaufen. Zudem kann das hintere Eckknotenteil zur weiteren Aussteifung einen Mehrlagenaufbau bilden, bei dem die Führungshülse unter Zwischenschaltung des Konsolenflügels in der Fahrzeughochrichtung betrachtet, insbesondere zueinander in Flucht, auf dem Grundkörper des Eckknotenteils positioniert ist. Die Führungshülse, der Konsolenflügel sowie der Grundkörper sind unter Bildung der oben erwähnten Schweißgruppe miteinander stoffschlüssig verbunden, das heißt miteinander verschweißt.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Darstellung einen Hilfsrahmen für einen Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 in einer vergrößerten perspektivischen Teilansicht ein hinteres Aggregatelager, dessen Lageraufnahme an einem Konsolenflügel einer hinteren Lenkerkonsole ausgebildet ist;
3 in einer Teilseitenansicht das hintere Aggregatelager; sowie
4 eine grob schematische Schnittdarstellung des Hilfsrahmens im Bereich des Aggregatelagers;
5 in einer perspektivischen Darstellung einen Hilfsrahmen für einen Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
6 in einer Ansicht entsprechend der 4 eine Schnittdarstellung des Hilfsrahmens des zweiten Ausführungsbeispiels.
In der 1 ist in Alleinstellung ein Hilfsrahmen 1 gezeigt, auf dem ein nicht dargestelltes Antriebsaggregat des Fahrzeugs in einer Vierpunktlagerung abstützbar ist. Der Hilfsrahmen 1 weist in der 1 zwei vordere seitliche Eckknotenteile 5 auf, die über einen Hilfsrahmen-Querträger 7 miteinander verbunden sind. Die beiden vorderen Eckknotenteile 5 sind über seitliche Hilfsrahmen-Längsträger 9 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten verlängert, die an hinteren Eckknotenteilen 11 mit einem hinteren Hilfsrahmen-Querträger 13 zusammenlaufen. Die beiden vorderen Eckknotenteile 5 des Hilfsrahmens 1 sind in der Zusammenbaulage an Schraubpunkten 15 mit nicht gezeigten Karosserie-Längsträgern verbunden. Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind sowohl an den vorderen als auch hinteren Eckknotenteilen 5, 11 jeweils Aggregatelager 19 vorgesehen, die unter Zwischenschaltung nicht gezeigter Aggregatestützen das Antriebsaggregat abstützen, und zwar unter Bildung einer Vierpunktlagerung auf dem Hilfsrahmen 1.
Der Hilfsrahmen 1 weist zudem beidseitig jeweils seitliche Lenkerkonsolen 21, 23 auf, an denen nicht gezeigte Radlenker schwenkbar anlenkbar sind, die Bestandteil einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs sind. Von den gezeigten Lenkerkonsolen 21, 23 ist die jeweilige hintere Lenkerkonsole 23 mit ihren beiden Konsolenflügeln 25, 27 unmittelbarer Bestandteil des hinteren Eckknotenteils 11. Die beiden Konsolenflügel 25, 27 der hinteren Lenkerkonsole 23 sind in der Zusammenbaulage an ihren, vom Hilfsrahmen 1 abragenden seitlichen Enden nicht anbindungsfrei, sondern vielmehr mit Karosserieanbindungspunkten 29 versehen, über die der Hilfsrahmen an der Fahrzeugkarosserie 30 (4 oder 6) anbindbar ist. Zudem erstreckt sich zwischen den Längs- und Querträgern 7, 9, 13 des Hilfsrahmens 1 ein flächiges Versteifungselement 12, das vorne an den vorderen Eckknotenteilen 5 und hinten an den hinteren Eckknotenteilen 11 angebunden ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hilfsrahmen 1 als eine Blechschalenkonstruktion aufgebaut. Nachfolgend wird speziell der Aufbau der Hilfsrahmens 1 im Bereich des hinteren Eckknotenteils 11 beschrieben: So ist das hintere Eckknotenteil 11 nicht als ein Gussknotenteil ausgeführt, sondern vielmehr als eine Schweißgruppe, bei der gemäß der 2 oder 4 ein Eckknotenteil-Grundkörper 31 mit den beiden Konsolenflügeln 25, 27 der hinteren Lenkerkonsole 23 verschweißt ist. Sowohl der Eckknotenteil-Grundkörper 31 als auch die beiden Konsolenflügel 25, 27 sind als voneinander separate Blechumformteile ausgeführt, die miteinander verschweißt sind.
In der 4 ist in grob schematischer Schnittdarstellung der grundsätzliche Aufbau der Schweißgruppe gezeigt, die das hintere Eckknotenteil 11 bildet: So ist in der 4 die Schweißgruppe als ein Mehrlagenaufbau konstruiert, und zwar in der Fahrzeughochrichtung z betrachtet mit dem unteren Eckknotenteil-Grundkörper 31, an dem über angedeutete Schraubpunkte 33 der hintere Hilfsrahmen-Querträger 13 angeschraubt ist. Der vordere Konsolenflügel 25 der hinteren Lenkerkonsole 23 ist an einer ersten Schweißverbindungsstelle S1 mit dem Eckknotenteil-Grundkörper 31 verschweißt. Im weiteren Verlauf in der Fahrzeughochrichtung z nach oben weist der Konsolenflügel 25 oberseitig einen Montageabschnitt 37 auf, der eine Lageraufnahme 39 für das hintere Aggregatelager 19 trägt. In der 4 ist der Montageabschnitt 37 mit einer Schnittkante 41 ausgeführt, die einen Blechfreischnitt in der Oberseite des als Blechumformteil ausgeführten Konsolenflügels 21 begrenzt. Die Lageraufnahme 39 ist in den Figuren eine separate Führungshülse, die mit ihrem Außenumfang in Linienkontakt auf der Schnittkante 41 des Montageabschnittes 37 aufliegt und an einer zweiten Schweißverbindungsstelle S2 mit der Schnittkante 41 verschweißt ist. Um die Verbindungssteifigkeit zwischen der Lageraufnahme 39 und der Hilfsrahmen-Blechschalenkonstruktion zu erhöhen, ist in den 1 bis 3 zusätzlich eine Blechstrebe 45 vorgesehen, die zwischen dem Eckknotenteil-Grundkörper 31 und dem Außenumfang der Lageraufnahme 39 abgestützt ist.
In der 5 ist ein Hilfsrahmen 1 gemäß einer weiteren Ausführungsvariante gezeigt, deren grundsätzlicher Aufbau identisch mit dem in den 1 bis 4 gezeigten Hilfsrahmen 1 ist, mit der Ausnahme der Geometrie der hinteren Eckknotenteile 11. Im Unterschied zu den 1 bis 4 ist in der 5 der Montageabschnitt 37 des Konsolenflügel 25 des hinteren Eckknotenteils 11 nämlich hohlzylindrisch ausgeführt. In dem hohlzylindrischen Montageabschnitt 37 ist die Lageraufnahme 39 (Führungshülse) für das Aggregatelager 19 eingesetzt. Demzufolge umgreift in der 5 der Montageabschnitt 37 nicht mehr nur einen Teil des Lageraufnahme-Umfangs, sondern vielmehr durchgängig den gesamten Lageraufnahme-Umfang.
In der 6 ist eines der in der 5 gezeigten hinteren Eckknotenteile 11 im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung grob vereinfacht dargestellt. Demnach verläuft in der 6 die Schweißverbindungsstelle S2 umfangsseitig durchgängig zwischen dem Innenumfang des Montageabschnitts 37 und dem Lageraufnahmen-Außenumfang, wodurch sich ein geschlossen kreisförmiger Linienkontakt mit zwischen dem Lageraufnahme-Außenumfang und dem hohlzylindrischen Montageabschnitt 37 ergibt.

Claims

Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit seitlichen, in einer Fahrzeuglängsrichtung (x) verlaufenden Hilfsrahmen-Längsträgern (9), die an vorderen und hinteren Eckknotenteilen (5, 11) mit vorderen und hinteren Hilfsrahmen-Querträgern (7, 13) zusammenlaufen, wobei der Hilfsrahmen (1) zumindest eine hintere Lenkerkonsole (23) aufweist, zwischen deren Konsolenflügeln (25, 27) ein hinterer Radlenker einer Radaufhängung angelenkt ist, und wobei der Hilfsrahmen (1) zumindest eine Lageraufnahme (39) für ein Aggregatelager (19) aufweist, an dem ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Konsolenflügel (25) der hinteren Lenkerkonsole (23) einen Montageabschnitt (37) aufweist, an dem die Lageraufnahme (39) für das Aggregatelager (19) ausgebildet ist.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Eckknotenteil (11) als eine Schweißgruppe ausgebildet ist, und dass an der Schweißgruppe der Hilfsrahmen-Querträger (13), der Hilfsrahmen-Längsträger (9), ein flächiges Versteifungselement (12) und die Fahrzeugkarosserie (30) angebunden sind, und zwar kraft- oder stoffschlüssig.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Konsolenflügel (25) der hinteren Lenkerkonsole (23) an seinem vom Hilfsrahmen (1) abragenden Ende einen Karosserieanbindungspunkt (29) aufweist, an dem der Konsolenflügel (25) an der Karosseriekarosserie (30) anbindbar ist.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (39) eine als separates Bauteil bereitstellbare Führungshülse ist, die ein Lagerauge für das Aggregatelager (19) begrenzt, und/oder dass der Montageabschnitt (37) eine Anschlusskontur aufweist, die den Außenumfang der Lageraufnahme (39) teilweise umfasst und mit der Lageraufnahme (39) stoffschlüssig verbunden ist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige hintere Eckknotenteil (11) ein separates Bauteil ist, an dem die Hilfsrahmen-Längs- und -Querträger (9, 13) und der die Lageraufnahme (39) tragende Konsolenflügel (25) der hinteren Lenkerkonsole (23) angebunden sind.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eckknotenteil (11) einen Eckknotenteil-Grundkörper (31) aufweist, der mit zumindest einem der Konsolenflügel (25, 27) stoffschlüssig verbunden ist.
Hilfsrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Konsolenflügel (25, 27) als ein separates Bauteil bereitgestellt ist und mit dem Eckknotenteil-Grundkörper (31) stoffschlüssig verbunden ist.
Hilfsrahmen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eckknotenteil-Grundkörper (31) und der Konsolenflügel (25) Blechumformteile sind, oder dass die Anschlusskontur eine Schnittkante (41) ist, die einen Blechfreischnitt im jeweiligen Blechumformteil begrenzt.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageabschnitt (37) hohlzylindrisch ausgebildet ist, und dass die Lageraufnahme (39) in den hohlzylindrischen Montageabschnitt (37) einsetzbar und bevorzugt verschweißbar ist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Konsolenflügel (25, 27) der hinteren Lenkerkonsole (23) als separate Bauteile stoffschlüssig mit dem Eckknotenteil-Grundkörper (31) verbunden sind.
Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen-Längsträger (9), der hintere Hilfsrahmen-Querträger (13), das flächige Versteifungselement (12) und der zumindest eine Konsolenflügel (25) der hinteren Lenkerkonsole (23) sternförmig am Eckknotenteil-Grundkörper (31) zusammenlaufen.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Eckknotenteil (11) einen Mehrlagenaufbau bildet, bei dem die Lageraufnahme (39), der Konsolenflügel (25) der hinteren Lenkerkonsole (23) und der Eckknotenteil-Grundkörper (31) in der Fahrzeughochrichtung (z) übereinander angeordnet sind.