DE19922800B4

DE19922800B4 - Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19922800B4
Application number: DE19922800A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Denk; Josef Voitenleitner; Rüdiger Meyer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: DE19922800A1

Abstract

Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Knotenelement (4), das Flansche (15) zur überlappenden Verbindung mit einem Querträger (2) einerseits und einem Längsträger (3) andererseits aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
– die Knotenelemente (4) sind aus einem Gusswerkstoff gefertigt,
– der Querträger (2) und der Längsträger (3) ist jeweils von einem längsnahtgeschweißten Rohr aus einer Leichtmetall-Legierung gebildet, das mit Hilfe des Innenhochdruckumform-Verfahrens nach vorangegangenem Zwischenglühen kaltumgeformt ist,
– die Flansche (15) sind mit Stutzen (16) zur überlappenden Verbindung mit zylindrischen Anschlussflächen der Träger (2, 3) versehen,

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. auf einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Knotenelement, das Flansche zur überlappenden Verbindung mit einem Querträger einerseits und einem Längsträger andererseits aufweist. Ein solcher Hilfsrahmen ist aus der DE 196 07 396 C1 bekannt.
Solche aus mehreren Elementen zusammengebaute Hilfsrahmen haben den Vorteil, dass sie sich mit vergleichsweise geringem Aufwand modifizieren lassen. In eingeschränkten Maße gilt dies auch für einen aus der EP 0 530 594 B1 bekannten Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, wenngleich dort keine eigenständigen Knotenelemente vorgesehen sind, sondern dort sog. Knotenpunkte Bestandteile der aus Aluminium-Guss geformten Längsträger (Seitenteile) sind, in denen die Querträger mit den Seitenteilen/Längsträgern verschraubt sind. Vergleichbares gilt für den aus der EP 0 861 765 A1 bekannten Fahrschemel oder Hilfsrahmen.
Weiteren Stand der Technik zu Fahrschemeln oder Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge bildet die DE 41 42 325 C2 , in der ein Verfahren zum Herstellen von Fahrwerksträgern aus Aluminiumlegierungen beschrieben ist, wobei als Rohlinge längsnahtgeschweißte Rohre verwendet werden, die aus Blechtafeln aus AlMg4,5MnW27 hergestellt sind, wobei diese Rohlinge mehreren Umformschritten unterworfen werden, wovon einer das Innenhochdruckumformverfahren mit vorgeschaltetem Zwischenglühen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Hilfsrahmen hinsichtlich der Formgebungsmöglichkeit, Maßgenauigkeit sowie in fertigungstechnisch günstiger Weise weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Durch den Einsatz von Trägern aus längsnahtgeschweißten Rohren ergeben sich vielfältige Formgebungsmöglichkeiten bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Steifigkeit. Neben hoher Maßgenauigkeit zeichnen sich die erfindungsgemäß eingesetzten Rohre auch durch niedrige Herstellkosten aus.
Die Knotenelemente können so gestaltet werden, daß sie in fertigungstechnisch günstiger Weise eine Anbindung der Träger ermöglichen, beispielsweise über einfach und automatisiert einzubringende Schweißnähte. In Verbindung mit einer geringen Gesamtlänge der Schweißnähte und einer geringen Fertigungszeit ergeben sich niedrige Herstellkosten. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Möglichkeit, Änderungen am Hilfsrahmen durch eine Änderung hauptsächlich nur des Knotenelementes vorzunehmen. Eine derartige Änderung kann schnell und mit vergleichsweise geringem Aufwand durch Umgestaltung des Gußwerkzeuges für das Knotenelement durchgeführt werden, so daß Prototypen für Fahrzeugvarianten oder neue Modelle mit geringem Entwicklungsaufwand in kurzer Zeit darstellbar sind. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen Träger und Knotenelement wird eine vereinfachte Montage erreicht. Die beiden Bauteile können durch den Formschluß in eine definierte Montagelage gebracht werden, wobei Flansche des Knotenelements mit Stutzen zur überlappenden Verbindung mit zylindrischen Anschlussflächen der Träger versehen sind.
Durch einstückig an das Knotenelement angeformte Aufnahmen für Elemente der Radaufhängung (Lenker, Stabilisatoren etc.) oder für Lagerelemente zur Verbindung des Hilfsrahmens mit dem Fahrzeugaufbau wird die Anzahl der Einzelbauteile des Hilfsrahmens und damit die Anzahl der Verbindungsschritte (z. B. durch Verschweißen) während der Herstellung entscheidend reduziert. Neben einer Verringerung der Gesamt-Schweißnahtlänge fallen durch die Funktionsintegration in das Knotenelement insbesondere auch solche Schweißnähte weg, die wegen schlechter Zugänglichkeit nicht automatisiert angebracht werden können.
Knotenelemente aus einem Leichtmetallgußwerkstoff bieten Gewichtsvorteile und sind in einfacher Weise im Kokillenguß oder auch im Druckguß herstellbar.
Bei einem Hilfsrahmen in Rechteckform kann an zumindest zwei Ecken die konventionelle direkte Schweißverbindung durch eingesetzte Knotenelemente ersetzt sein.
Die Verbindung zwischen Trägern und Knotenelement kann durch ein Schweißverfahren, wie z. B. Laserschweißen, durch Verklebung, durch Magnetumformen oder durch jedes andere geeignete Verfahren erfolgen.
Insbesondere die Verbindung von Trägern und Knotenelement durch Magnetumformen bietet eine Reihe von Vorteilen. Durch das Verfahren des Magnetumformens wird berührungslos durch ein impulsartig aufgebrachtes Magnetfeld im Bereich der Verbindungsstelle in zumindest einem der Verbindungselemente ein Strom induziert, der ein entgegengesetzt dem aufgebrachten Magnetfeld gerichtetes Magnetfeld erzeugt, wodurch eine impulsartige Kaltumformung erfolgt. Durch diese Verbindungstechnik wird eine hohe, reproduzierbare Maßhaltigkeit der Verbindung sowie wegen der Berührungslosigkeit eine sehr gute Oberflächenqualität erreicht. Außerdem bietet das Magnetumformen die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden, von denen lediglich eine Komponente aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen muß.
Durch ein Magnetumformverfahren können beispielsweise Knotenelemente aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff mit Trägern aus Stahl oder Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, formschlüssig verbunden werden. Aber auch bei der Verbindung gleichartiger Materialien kann durch das Magnetumformen eine deutliche Reduzierung der Herstellkosten und der Fertigungszeit gegenüber einem personal- und zeitaufwendigen Schweißverfahren erfolgen. Durch die Kaltumformung entstehen im Unterschied zu Schweißverbindungen keine Gefügeveränderungen im Verbindungsbereich, die eine Festigkeitsminderung bewirken können.
Die Knotenelemente sind bezüglich ihrer Verbindungsbereiche zu den Trägern so zu gestalten, daß sich eine ausreichend große Überlappungsfläche für die formschlüssige Verbindung ergibt. Durch Vorsprünge, Kerben und dergleichen im Überlappungsbereich kann eine derartige Verbindung ein hohes Widerstandsmoment gegenüber Torsions-, Biege und Druck/Zugbeanspruchungen erreichen.
Mit dem Magnetumform-Verfahren können Rahmen aller Art für Kraftfahrzeuge hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise die bei sog. Spaceframe-Rahmen von Kraftfahrzeugen ( EP 0 146 716 B1 ) bislang angewandte Verbindungstechnik des Klebens oder Schweißens ersetzen. Damit ergeben sich entscheidende Vorteile hinsichtlich der Herstellkosten.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen Hilfsrahmen in perspektivischer Ansicht und
2 ein Knotenelement des Hilfsrahmens von 1 in vergrößerter Darstellung.
Ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Hilfsrahmen ist als Hinterachsträger eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und nimmt verschiedene Elemente der Radaufhängung sowie ein Hinterachsgetriebe auf (nicht dargestellt). Der Hilfsrahmen 1 besteht im wesentlichen aus zwei Querträgern 2 sowie zwei Längsträgern 3, die in etwa senkrecht zueinander verlaufen. Die Träger 2 und 3 sind ohne Zusatzwerkstoff längsnahtgeschweißte Rohre aus einer naturharten Aluminiumlegierung, die durch das Innenhochdruck-Umformverfahren ihre Form erhalten. Vor dem Innenhochdruck-Umformen erfolgt ein Zwischenglühen der Träger 2 bzw. 3. Die Herstellung der Träger 2 und 3 ist in der EP 0 548 859 B1 beschrieben.
An der vorderen Seite des Hilfsrahmens 1 sind Quer- und Längsträger 2 bzw. 3 erfindungsgemäß durch Knotenelemente 4 miteinander verbunden. Fahrtrichtungsabgewandt sind die Längsträger 3 durch Öffnungen im hinteren Querträger 2 hindurchgesteckt und durch umlaufende Schweißnähte 5 mit diesem verbunden.
Die Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Aufbau des Kraftfahrzeuges erfolgt über nicht dargestellte Gummi-Metall-Lager, die jeweils an den vorderen und hinteren Enden der Längsträger 3 in entsprechende Aufnahmen 6 eingesetzt sind. Die fahrtrichtungsabgewandten Aufnahmen 6 werden von abgelängten Strangprofilen gebildet, die mit den Längsträgern 3 verschweißt sind. Der vordere Querträger 2 weist einen Lagerbock 7 für die Anbindung eines Hinterachsgetriebes auf, das sich zusätzlich in Aufnahmen 8 des hinteren Querträgers 2 abstützt.
Die Knotenelemente 4 werden in einem Gußverfahren hergestellt, sind spiegelbildlich gestaltet und weisen jeweils zwei zylindrische Verbindungsflansche 15 für die Träger 2 und 3 auf. Die Flansche 15 sind mit Stutzen 16 zur überlappenden Verbindung mit den zylindrischen Anschlußflächen der Träger 2 und 3 versehen. Absätze 17 an den Flanschen 15 bilden definierte Anschläge für die Träger 2 und 3, entlang derer die Träger 2 und 3 mit den Knotenelementen 4 verschweißt sind. Alternativ kann bei entsprechend ausgebildeten Stutzen 16 auch eine formschlüssige Verbindung durch Magnetumformen erfolgen. Hierzu ist aufgrund des geschlossenen Hilfsrahmens 1 ein Magnetumform-Werkzeug mit geteilten Spulen erforderlich.
Neben ihrer primären Aufgabe der Verbindung der Träger 2 und 3 sind die Knotenelemente 4 zur direkten Anbindung weiterer Bauteile ausgebildet: So sind beispielsweise die Aufnahmen 6 zur Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Fahrzeugaufbau einstückig in die Knotenelemente 4 integriert. Gleiches gilt für Aufnahmen 11 und 12 zur Anbindung von Radlenkern. An die Aufnahmen 18 können Stabilisatoren angebunden werden. Kernabstützbohrungen 19 für die Herstellung der Knotenelemente 4 im Gußverfahren können während des Zusammenbaus des Hilfsrahmens 1 zusätzlich zur Fixierung der Knotenelemente 4 genutzt werden. Durch die angeführten Funktionsintegrationen entfallen separate Bauteile (Blechteile, Strangprofile etc.), die in zeit- und kostenintensiver Weise am Hilfsrahmen 1 anzubringen sind.
Selbstverständlich kann anstelle der konventionellen direkten Verschweißung auch die Anbindung des hinteren Querträgers 2 an die Längsträger 3 über Knotenelemente erfolgen.

Claims

Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Knotenelement (4), das Flansche (15) zur überlappenden Verbindung mit einem Querträger (2) einerseits und einem Längsträger (3) andererseits aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: – die Knotenelemente (4) sind aus einem Gusswerkstoff gefertigt, – der Querträger (2) und der Längsträger (3) ist jeweils von einem längsnahtgeschweißten Rohr aus einer Leichtmetall-Legierung gebildet, das mit Hilfe des Innenhochdruckumform-Verfahrens nach vorangegangenem Zwischenglühen kaltumgeformt ist, – die Flansche (15) sind mit Stutzen (16) zur überlappenden Verbindung mit zylindrischen Anschlussflächen der Träger (2, 3) versehen,
Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (4) aus einem Leichtmetall-Gusswerkstoff besteht.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (4) wenigstens eine Aufnahme (6) für ein Lagerelement zur Verbindung des Hilfsrahmens (1) mit dem Fahrzeugaufbau und/oder eine Aufnahme (11, 12) für ein Element einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs aufweist.
Hilfsrahmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Träger (2, 3) mit dem Knotenelement (4) durch Verschweißung oder Verklebung oder durch Magnetumformen verbunden ist.