DE19506160B4

DE19506160B4 - Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19506160B4
Application number: DE1995106160
Authority: DE
Inventors: Laszlo Kreth; Axel Dipl.-Ing. Kaiser
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2015-02-23
Also published as: DE19506160A1

Abstract

Rahmenkonstruktion für ein Kraftfahrzeug mit mehreren rohrförmigen Rahmenelementen (1, 2, 4 bis 10; 24), die über Knotenelemente (20) miteinander verbunden sind und eine räumliche Gitterstruktur bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimiert vorgefertigt ist, die Knotenelemente (20) ebenfalls mittels des hydraulischen Innenhochdruck-Umformens hergestellte Hohlkörper sind, die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) auf und/oder in die Knotenelemente (20) mit Aufnahmen (21, 22) mit einem Rechteck-Querschnitt eingesteckt und an diesen befestigt sind, und daß die Rahmenkonstruktion aus vorgefertigten, miteinander verbindbaren Unterkonstruktionen (3, 11), wie Frontrahmen (3), Rahmen-Fahrgastzelle, Heckrahmen, Dachrahmen (11), Rahmen-Fahrgestell, besteht, wobei die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) und die Knotenelemente (20) aus rohrförmigen Aluminium-Halbzeugen gefertigt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge, auf einen Frontrahmen als Modul dieser Rahmenkonstruktion sowie auf ein Knotenelement zur Verbindung von Rahmenelementen.

Rahmenkonstruktionen mit einer räumlichen Gitterstruktur, die im einzelnen aus rohrförmigen Rahmenelementen bestehen, welche über Knotenelemente verbunden sind, sind an sich bekannt. Ein solcher Rahmen ist in der DE-OS 23 28 716 beschrieben. Die einzelnen Rahmenelemente sind mittels Schellen verschraubt bzw. direkt durch Schweißen miteinander verbunden. In Kreuzungsbereichen der Rohre besteht ein hoher Raumbedarf des Rahmens und der Aufwand zum Fügen ist hoch. Design-Anforderungen sind nur schwer zu erfüllen.

In der DE 430 08 840 A1 wurde dann eine verbesserte Lösung vorgeschlagen. Hier werden rohrförmige Rahmen- und Knotenelemente aus Einzelschalen zusammengesetzt, die später miteinander verbindbar sind. Nachteilig ist, daß eine erhebliche Anzahl an tiefgezogenen Blechteilen erforderlich (allein für ein Knotenelement sechs Teile) und ein hoher Aufwand beim Schweißen zu erwarten ist. Die Schweißflansche bilden ein Problem beim Fügen der Einzelteile. Diverse Toleranzen bei der Herstellung der Einzelteile von Rahmen- und Knotenelementen sind bei der Endmontage des Rahmens zu beachten.

Direkte Verbindungen zwischen rohrförmigen Rahmenelementen sind in der DE 33 43 682 A1 und der DE 42 34 463 A1 vorgeschlagen worden. Hier kommen jeweils lange, mehrfach gebogene Rahmenelemente zur Anwendung. Die direkte Verbindung von Rohren ist jedoch problembehaftet. Wärmeeinflußzonen beim Schweißen befinden sich unmittelbar im Kreuzungsbereich der Rahmenelemente und Maßnahmen des Toleranzausgleichs sind äußerst aufwendig. Sollen alle Rahmenelemente paßgenau vorgefertigt werden, ist dies mit hohen Kosten verbunden.

Da das Bestreben zur Schaffung leichter Rahmenkonstruktionen besteht, wird rohrförmigen Profilen der Vorzug gegenüber offenen Profilen gegeben. Bei kleiner Querschnittsfläche ist hier eine vergleichsweise große Steifigkeit erreichbar. Es sind Rahmenkonstruktionen bekannt, die aus miteinander verschweißten Aluminium-Rohren bestehen, wobei eine deutliche Gewichtsreduzierung gegenüber Stahlkonstruktionen erreichbar ist. Es kommen beispielsweise stranggepreßte Aluminium-Rohr-Profile zur Anwendung, die über Aluminium-Knoten verbunden werden. Die Strangpreß-Rohre sind im Querschnitt sehr differenziert den jeweiligen Anforderungen anpaßbar. Der Rohrquerschnitt ist dann über die Länge des Rahmenelementes festgelegt. Das Biegen von Strangpreß-Profilen ist kompliziert und aufwendig. Nicht jede gewünschte Biegung ist erreichbar.

Als Knotenelemente kommen einerseits kurze Abschnitte von Strangpreß-Profilen zur Anwendung (wie in der WO 90/10797 A1 beschrieben), die dann in das Profil der Rahmenelemente eingesteckt werden. Die Möglichkeiten zur räumlichen Anordnung der Rahmenelemente sind hier begrenzt. Andererseits werden auch Aluminiumguß-Knoten verwendet, die dann frei zu gestalten sind, jedoch andere Nachteile aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist in der EP 0 561 852 B1 beschrieben. Das Gußmaterial muß mit Rohrmaterial der Rahmenelemente verschweißt werden, was problematisch wegen der Materialunterschiede und der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit ist. Die offenen Rohrprofile können vom Gußknoten nur teilweise verschlossen werden. Die Fertigung der Knoten ist aufwendig, da kein störender Grad vorhanden sein darf und Bauteiländerungen hohe Investitionen erfordern.

Es ist des Weiteren bekannt, die Rahmen von Kraftfahrzeugen aus einzelnen Unterkonstruktionen – also Rahmenmodulen zusammenzusetzen. Aus der DE 43 13 562 A1 geht beispielsweise hervor, daß ein vorgefertigter Frontrahmen, Heckrahmen, Dachrahmen sowie weitere Module miteinander verbindbar sind, wobei diese Einzelmodule bereits mit weiteren Fahrzeug-Bauteilen bzw. -Baugruppen bestückt sein können. So lassen sich Vorteile im Fertigungsprozeß erzielen. Die Konstruktion des gesamten Rahmens muß darauf ausgerichtet sein, daß die Einzelmodule abschließend verbindbar sind. Einzelne Knotenelemente sind hier jedoch nicht beschrieben.

Die EP 0 454 942 A1 offenbart einen Wagenkasten, insbesondere für Personenkraftwagen, bei dem ein vorderer Längsträger der Aufbaustruktur unter Vermittlung eines Knotenelementes an einen außenliegenden Schweller angeschlossen ist, wobei der vordere Längsträger und der Schweller durch Strangpressprofile und das Knotenelement durch ein Gussteil gebildet werden und vorzugsweise aus Leichtmetall hergestellt sind. Der Verbindungsbereich vorderer Längsträger-Schweller soll eine einfache und kostengünstige Montage aufweisen und eine ausreichende Steifigkeit der Aufbaustruktur in diesem Bereich gewährleisten. Hierfür ist der vordere Längsträger endseitig von einem ersten sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden schuhförmigen Knotenelement aufgenommen und der Schweller wirkt endseitig mit einem im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten zweiten Knotenelement zusammen, wobei das zweite Knotenelement an den Boden und den Mitteltunnel der Aufbaustruktur angeschlossen ist und das erste Knotenelement in eine korrespondierende Aufnahme des zweiten Knotenelementes eingesetzt ist. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Verbindung zwischen den beiden Knotenelementen vorgesehen. Der vordere Längsträger mit dem endseitigen ersten Knotenelement ist einem vorgefertigten Vorderwagen zugeordnet, wogegen die vorgefertigte Baueinheit Schweller, Boden, Mitteltunnel und ein zweites Knotenelement ein Boden- oder Mittelteil des Personenkraftwagens bildet.

Das Dokument „Anwendungsaspekte beim Innenhochdruck-Umformen"; Klaas, F.; Werkstatttechnik 79, 1989, S.210–214, zeigt, dass in der Automobilindustrie Bestrebungen bekannt geworden sind auch hohlförmige Rahmenprofile und deren Verbindungsknoten durch Innenhochdruck-Umformen herzustellen. Außerdem ist das Ausbauchen im geschlossenen Werkzeug zur Herstellung von Rohrverzweigungselementen dargestellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine optimierte Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die aus Unterkonstruktionen (Rahmenmodulen) bestehen kann, allen Design-Anforderungen genügt, die leicht, crashsicher, dauerfest und gut recycelbar ist und deren Herstellung mit geringem Aufwand sehr präzise erfolgen kann. Zur Anwendung kommende Knotenelemente sollen keine Einschränkungen bei keiner der Anforderungen verursachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich eine erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Merkmale eines Frontrahmenmoduls sind im Patentanspruch 5 angegeben und ein Knotenelement zur Anwendung in der Rahmenkonstruktion hat die Merkmale nach Patentanspruch 8. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4, 6, 7, und 9.

Ein Kraftfahrzeugrahmen besteht aus rohrförmigen Rahmenelementen, die zumindest zum Teil durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimiert sind. Mehrere solcher Rahmenelemente bilden eine räumliche Gitterstruktur. Dazu werden sie durch Knotenelemente miteinander verbunden. Die Knotenelemente werden ebenfalls mittels des hydraulischen Innenhochdruck-Umformehs aus rohrförmigen Halbzeugen gefertigt. Insbesondere ist vorgesehen, die Rahmen- und Knotenelemente derart aufeinander abgestimmt zu fertigen, daß die Rahmenelemente auf und/oder in die Knotenelemente steckbar und dann an diesen zu befestigen sind. Das hydraulische Innenhochdruck-Umformen (im folgenden Hydroforming genannt) erlaubt eine sehr präzise Fertigung auch komplizierter Bauteilstrukturen. Der Querschnitt eines hydrogeformten Rohres muß nicht über die Rohrlänge konstant sein. Es können variable Wandstärken, Ausbauchungen und Formen realisiert werden, die mit herkömmlichen Umformverfahren nicht realisierbar sind. Von besonderem Vorteil ist, daß durch Hydroforming hergestellte Bauteile sehr maßhaltig sind und Bauteiländerungen mit geringem Aufwand durchführbar sind. Diese Vorteile macht sich die Erfindung zunutze. Hydrogeformte Rahmenelemente sind in Verbindung mit hydrogeformten Knotenelementen geeignet, einen belastbaren, homogenen, mit geringen Toleranzen behafteten, an nahezu keiner Stelle überdimensionierten Fahrzeugrahmen zu schaffen, der auch Umwelt- und Design-Aspekten gerecht wird. Alle Bauteilübergänge können kontinuierlich ausgebildet werden, Schweißzonen liegen außerhalb von unmittelbaren Kreuzungsbereichen. Die hydrogeformten Hohlkörper-Knoten sind extrem belastbar, dabei aber leicht und raumsparend. Die Knotenelemente verschließen die angeschlossenen Rahmen elemente vollständig und stabilisieren damit auch deren Querschnitt im Trägerendbereich.

Es ist insbesondere vorgesehen, sowohl die Rahmen- als auch die Knotenelemente aus Aluminium-Rohrprofilen zu fertigen. Diese Profile können stranggepreßt oder anderweitig gefertigt sein. Sie können aus gleichem Material bestehen, so daß auf aufwendige Materialtrennungen beim Recycling verzichtet werden kann.

Einzelne Rahmenelemente können vorzugsweise zu Unterkonstruktionen – also Rahmenmodulen vorgefertigt werden. Die Unterkonstruktionen wie Front-, Heckrahmen, Rahmen-Fahrgastzelle, Rahmen-Fahrgestell und Dachrahmen werden, wie beschrieben, aus Rahmen- und Knotenelementen zusammengesetzt. Sie können dann bereits mit weiteren Fahrzeug-Bauteilen und -Baugruppen bestückt und abschließend miteinander verbunden werden. Dazu sind an den einzelnen Unterkonstruktionen Anschlußstellen vorzusehen, die die Form von Aufnahmen für Knotenelemente haben können, oder durch Knotenelemente selbst gebildet werden. Alle Aufnahmen bzw. Anschlußstellen der Knotenelemente sind parallel ausgerichtet zu konstruieren, so daß sie vor der Verbindung der Unterkonstruktionen in eine Fügerichtung weisen. Die Unterkonstruktionen werden zusammengesteckt und dann endgültig miteinander verbunden.

Bereichsweise kann auch auf die Verwendung von Knotenelementen verzichtet werden, wenn Rahmenelemente selbst diese Funktion übernehmen. Es ist möglich, daß beispielsweise zur Realisierung eines T-Stoßes ein Rahmenelement auf eine hydrogeformte Ausbauchung eines anderen Rahmenelementes aufgesteckt und dort gehaltert wird.

Die endgültige Verbindung der Rahmenelemente erfolgt in an sich bekannter Weise durch Schweißen, Kleben, Schrauben oder Nieten, ist jedoch auch erreichbar, wenn Steck verbindungen als selbstsichernde Preßpassungen ausgeführt werden.

Bei den genannten Rahmenmodulen als Unterkonstruktionen der gesamten Rahmenkonstruktion bestehen teilweise unterschiedliche Anforderungen. Beim Unterwagen können oft ungebogene Rohre mit konstantem Querschnitt (also nicht hydrogeformt) Verwendung finden, die dann vorzugsweise mittels der Knotenelemente verbunden werden.

Insbesondere der Frontrahmen hat aber derart komplexe Forderungen zu erfüllen, daß hier die Erfindung besonders zum Tragen kommt. Vergleichbar hohe Ansprüche werden auch an den Fahrzeug-Heck- und -Dachrahmen gestellt.

Die Erfindung sieht einen Frontrahmen für Kraftfahrzeuge vor, der mit Bauelementen wie Kühler, Lüfter, Windfang, Scheinwerfer oder Stoßfänger zu einem Frontmodul vorzufertigen und anschließend präzise an den übrigen (ebenfalls vorgefertigten) Kraftfahrzeugrahmen anschließbar ist. Der Frontrahmen selbst wird aus hydrogeformten Rahmenelementen und hydrogeformten Knotenelementen zusammengesetzt. Er ist an Längsträgern (etwa in der vorgesehenen Fahrtrichtung verlaufende Rahmenelemente) des Fahrzeugrahmens anschließbar, indem er in und/oder auf diese steckbar ist. Rahmenelemente des Frontrahmens selbst können entweder direkt oder über Knotenelemente mit den Längsträgern verbunden werden.

Die hydrogeformten Knotenelemente nach der Erfindung dienen zur Verbindung zumindest zweier rohrförmiger Rahmenelemente, wobei sie zumindest zwei endseitige und ggf. weitere Aufnahmen zum Anschluß an die Rahmenelemente aufweisen. Die dritte und jede weitere Aufnahme wird durch Ausbauchen des Knotenelementes im Hydroforming-Verfahren erzeugt. Entweder die Rahmenelemente sind dann auf Ausbauchungen aufsteckbar oder sie sind in entstehende Ver tiefungen einsteckbar.

Details der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:
1: einen vorderen Abschnitt eines Rahmens für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellungsweise;
2: zwei vorgefertigte Unterkonstruktionen des Rahmens nach 1;
3: eine Verbindung zwischen einem Frontrahmen und Längsträgern nach 2 in vergrößerter Explosionsdarstellung;
4: eine Rahmenelemente-Verbindung nach 3 in detaillierterer Darstellungsweise;
5: die Rahmenelemente-Verbindung nach 4 in anderer Ausführung bei Einbindung eines Knotenelementes.
In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion schematisch dargestellt; wobei hier zur Wahrung der Anschaulichkeit auf Details verzichtet wurde, nur der vordere Rahmenabschnitt gezeigt ist und die Darstellung einiger Bauelemente (beispielsweise des Unterwagens) nicht erfolgte.
Der Rahmen besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Rahmenelementen, wobei die überwiegende Anzahl dieser Rahmenelemente hydrogeformte Hohlkörper aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium sind. Im einzelnen sind ein oberes und ein unteres Frontrahmenelement 1, 2 eines Frontrahmens 3, obere Längsträger 4, 5, untere Längsträ ger 6, 7, A-Säule 8, Schweller 9 und Elemente 10 eines Dachrahmens 11 als solche hydrogeformte Hohlkörper ausgebildet. Für weitere Rahmenelemente des Vorderwagens, Unterbodens und des Heckrahmens gilt prinzipiell gleiches. Alle Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 der Rahmenkonstruktion sind durch das hydraulische Innenhochdruck-Umformen in eine optimale Form versetzt worden. Sie weisen Biegungen auf, die derart genau nicht mittels herkömmlicher Biegeverfahren herstellbar sind. Sie sind den jeweils zu erwartenden Belastungen entsprechend querschnittsoptimiert und damit nicht überdimensioniert und besonders leicht. Letztendlich sind die Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 auch bereits dort wo notwendig an das Design des Fahrzeugs angepaßt. Nicht gezeigte Verkleidungsteile der Karosserie können großflächig an die Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 angelegt werden bzw. sind einfach mit diesen verbindbar.
Die Rahmenkonstruktion des Kraftfahrzeugs besteht aus einzelnen Unterkonstruktionen 3, 11, wobei im Beispiel nur der Frontrahmen 3 und Teile des Dachrahmens 11 sowie der Fahrgastzelle gezeigt sind. Die Unterkonstruktionen 3, 11 werden vorgefertigt aus den beschriebenen Rahmenelementen 1, 2, 10. Sie können nach der Vormontage mit einzelnen Bauteilen oder Baugruppen des Fahrzeugs bestückt werden. So entstehen Fahrzeugmodule, deren Vormontage ergonomisch und ökonomisch günstig erfolgen kann. Es sind keine aufwendigen Hilfsrahmen für die Bauteile und Baugruppen erforderlich. Nach der komplett erfolgten Vormontage der Rahmen-Unterkonstruktionen 3, 11 und ihrer Komplettierung werden die Unterkonstruktionen des Rahmens miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt, ggf. unter Zuhilfenahme von Knotenelementen (worauf weiter unten eingegangen wird), indem die Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 in und/oder auf Aufnahmen anderer Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 gesteckt werden. Dazu sind Aufnahmeabschnitte der Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 (oder der Knotenelemente), die miteinander zu verbinden sind, jeweils parallel auszurichten, so daß sie in eine Fügerichtung F weisen. Im Beispiel ist der Frontrahmen 3 mit den Längsträgern 4 bis 7 zu verbinden. Vier Aufnahmen 12 bis 15 des Frontrahmens 3 sind in die nach vorne weisenden Rohröffnungen der Längsträger 4 bis 7 steckbar. Die Fügerichtung F aller vier Aufnahmen 12 bis 15 sind dabei zueinander parallel etwa in der vorgesehenen Fahrtrichtung V des Fahrzeugs ausgerichtet.
Weitere Details der Erfindung werden im folgenden anhand der 3 bis 5 erläutert, die insbesondere Abschnitte des Frontrahmens 3 zeigen. Die hier zu erläuternden Konstruktionsmerkmale gelten auch sinngemäß für die gesamte Rahmenkonstruktion.
In 3 ist der in Fahrtrichtung V gesehene linke Teil des Frontrahmens 3 mit den Rahmenelementen 1 und 2 gezeigt. Des weiteren wurden die vorderen Enden der Längsträger 4 und 6 dargestellt. Die Rahmenelemente 1, 2 sind derart hydrogeformt worden, daß sie sowohl den zu erwartenden Belastungen, den Packageforderungen und den Fahrzeug-Designvorstellungen entsprechen. Das obere Frontrahmenelement 1 ist aus einem rohrförmigen Halbzeug gefertigt und hat auf jeder Seite zwei Aufnahmen 12, 16. Die Aufnahme 12 (und auf der anderen Fahrzeugseite die Aufnahme 13) ist zum Anschluß an den oberen Längsträger 4 (andere Seite Längsträger 5) vorgesehen. Die Aufnahmen 12, 13 bilden die Enden des Rohrprofils und sind als Rohröffnungen mit rechteckiger Querschnittsfläche ausgebildet. Die Aufnahme 16 ist durch Ausbauchen des Halbzeugs entstanden und zur Verbindung der Rahmenelemente 1, 2 vorgesehen. Dazu ist sie etwa komplementär zur inneren Querschnittsfläche des Endabschnitts 17 des Rahmenelementes 2 ausgebildet. Am Rahmenelement 2 ist die Aufnahme 14 ebenfalls durch Ausbauchen (zum Anschluß an den unteren Längsträger 6) beim Hydroforming erzeugt worden.
Das Fügen der Rahmenelemente 1 und 2 erfolgt durch Einstecken der Aufnahme 16 in den Endabschnitt 17 des Rahmenelementes 2. Die endgültige Verbindung wird mittels bekannter Verfahren vorgenommen.
Nachdem der Frontrahmen 3 wie beschrieben vorgefertigt und mit einzelnen Bauelementen und Baugruppen bestückt ist, kann er an die Längsträger 4 bis 7 angeschlossen werden. Die Aufnahmen 12 bis 15 weisen in Fügerichtung F auf die Längsträger 4 bis 7 zu, und können in diese eingesteckt und dann fest verbunden werden. Das Fertigen der Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 erfolgt mit sehr geringen Toleranzen, wobei diese vor dem endgültigen Verbinden ausgleichbar sind.
In 4 sind Details der Verbindung zwischen den Rahmenelementen 1, 2, 4 gezeigt. Hier ist auch die mögliche Kompliziertheit der Formgestaltung der Rahmenelemente 1, 2, 4 ersichtlich. Beispielsweise weist der Längsträger 4 einen Flansch 18 zur Befestigung von Bauelementen und eine obere Aufnahme 19 auf, an der ebenfalls ein Aggregat gehaltert werden kann. Der Flansch 18 ist bereits als Bestandteil des Halbzeugs für die Längsträger 4, 5 vorgesehen. Die Aufnahme 19 wurde durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen erzeugt.
Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel übernimmt das Frontrahmenelement 1 auch die Funktion eines Knotenelementes, wie dies vielfach möglich sein wird. Im Einzelfall können aber auch, wie in 5 gezeigt, separate Knotenelemente 20 zum Einsatz kommen. Diese sind vorzugsweise ebenfalls durch Hydroforming aus rohrförmigen Halbzeugen herzustellen.
Aufnahmen 21, 22 des Knotenelementes 20 sind vergleichbar mit den Aufnahmen 12, 16 in der vorhergehenden Ausführung. Die Aufnahmen 21, 22 sind offen und haben etwa ei nen Rechteck-Querschnitt. Sie verschließen die Profile des Frontrahmenelementes 2 und des Längsträgers 4. Eine weitere Aufnahme 23 ist jetzt zum Anschluß eines Frontrahmenelementes 24 vorgesehen. Die Aufnahme 23 ist durch Ausbauchen des Knoten-Rohrprofils entstanden und seitlich verschlossen. Das Schaffen einer Öffnung in der Aufnahme 23 kann sinnvoll sein (Korrosionsschutz), muß jedoch nicht erfolgen. Prinzipiell kann nahezu die gesamte Rahmenkonstruktion ein verzweigtes Rohrleitungssystem bilden, welches mit Korrosionsschutzmitteln beschickbar ist.
Durch die verschiedensten Knotenelemente sind alle Verbindungen zwischen Rahmenelementen 1, 2, 4 bis 10, 24 herstellbar. Dabei werden die Rahmenelemente-Strukturen stabilisiert, vollständig verschlossen und miteinander verbunden. Schweißzonen beim endgültigen Verbinden der Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10, 24 liegen außerhalb der unmittelbaren Kreuzungsbereiche. Da in den Kreuzungsbereichen oft hohe Beanspruchungen wirksam sind, ist dies vorteilhaft. Wärmeeinflußzonen liegen an unkritischen Stellen, und zwar im wesentlichen immer dort, wo zusammengestecktes Rahmenmaterial doppelt übereinanderliegt.
Die erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion, die aus einzelnen Unterkonstruktionen 3, 11 besteht, und die beschriebenen Knotenelemente 20 führen zu einer Fahrzeugstruktur, die extrem leicht (und damit kraftstoffsparend), stabil und gut recycelbar ist.

Claims

Rahmenkonstruktion für ein Kraftfahrzeug mit mehreren rohrförmigen Rahmenelementen (1, 2, 4 bis 10; 24), die über Knotenelemente (20) miteinander verbunden sind und eine räumliche Gitterstruktur bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimiert vorgefertigt ist, die Knotenelemente (20) ebenfalls mittels des hydraulischen Innenhochdruck-Umformens hergestellte Hohlkörper sind, die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) auf und/oder in die Knotenelemente (20) mit Aufnahmen (21, 22) mit einem Rechteck-Querschnitt eingesteckt und an diesen befestigt sind, und daß die Rahmenkonstruktion aus vorgefertigten, miteinander verbindbaren Unterkonstruktionen (3, 11), wie Frontrahmen (3), Rahmen-Fahrgastzelle, Heckrahmen, Dachrahmen (11), Rahmen-Fahrgestell, besteht, wobei die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) und die Knotenelemente (20) aus rohrförmigen Aluminium-Halbzeugen gefertigt sind.
Rahmenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß freie Anschlußstellen (12 bis 15; 21) von Knotenelementen (20) einer ersten Unterkonstruktion (3) parallel zueinander in eine Fügerichtung (F) weisen und Aufnahmen für diese Knotenelemente (20) an einer zweiten Unterkonstruktion ebenfalls in Fügerichtung (F) ausgerichtet sind.
Rahmenkonstruktion nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einzelne Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10) Aufnahmen (12 bis 15, 16) für andere Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10) angeformt sind, wobei diese Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10) dann oh ne Verwendung eines Knotenelementes miteinander zu verbinden sind bzw. das Rahmenelement (1, 2, 4 bis 10) mit den Aufnahmen (12 bis 15, 16) selbst die Funktion eines Knotenelementes hat.
Rahmenkonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherung der Steckverbindungen zwischen den Rahmenelementen (1, 2, 4 bis 10; 24) und den Knotenelementen (20) durch Schweißen, Kleben, Schrauben oder Nieten erfolgt, bzw. eine ausreichende Festigkeit der Steckverbindung gegeben ist, indem diese als selbstsichernde Preßpassung ausgeführt ist.
Frontrahmen (3) für ein Kraftfahrzeug als vorgefertigtes Modul zur Aufnahme von Fahrzeug-Bauteilen oder -Baugruppen, wie Kühler, Lüfter, Windfang, Scheinwerfer, Stoßfänger, dadurch gekennzeichnet, daß als Basis für den Frontrahmen (3) durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimierte Rahmenelemente (1, 2; 24) dienen, die über ebenfalls mittels Innenhochdruck-Umformtechnik hergestellter Knotenelemente (20) verbunden sind und Aufnahmen (21, 22) mit einem Rechteck-Querschnitt haben, wobei der Frontrahmen (3) an Längsträgern (4 bis 7) eines Kraftfahrzeugrahmens anschließbar ist, indem er in und/oder auf die Längsträger (4 bis 7) steckbar ist, wobei die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) und die Knotenelemente (2Q) aus rohrförmigen Aluminium-Halbzeugen gefertigt sind.
Frontrahmen (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Rahmenelemente (1, 2) des Frontrahmens (3) selbst in und/oder auf die Längsträger (4 bis 7) des Kraftfahrzeugs steckbar sind oder Knotenelemente (20) zwischen den Rahmenelementen (2; 24) und den Längsträgern (4 bis 7) anzuordnen sind.
Frontrahmen (3) nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß er an zwei obere und zwei untere Längsträger (4 bis 7) steckbar ist, wobei eine Fügerichtung (F) etwa in der vorgesehenen Fahrtrichtung (V) des Kraftfahrzeugs liegt.
Knotenelement (20) zur Verbindung von Rahmenelementen (2, 24, 4), insbesondere von einem Frontrahmen, eines Kraftfahrzeugs, wobei die Rahmenelemente (2, 24, 4) einen rohrförmigen Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (20) aus einem rohrförmigen Aluminium-Halbzeug mittels des Innenhochdruck-Umformens hergestellt ist und zumindest zwei endseitige Aufnahmen (21, 22) mit einem Rechteck-Querschnitt für Rahmenelemente (2, 4) aufweist.
Knotenelement (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei am Knotenelement (20) anzusteckenden Rahmenelementen (2, 4, 24) Ausbauchungen (23) der Wandung des Knotenelementes (20) durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen erzeugt werden, auf die Rahmenelemente (24) aufsteckbar sind, bzw. derart, daß die Rahmenelemente in entstehende Vertiefungen einsteckbar sind.