DE4135361A1 - Hilfsrahmen fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hilfsrahmen zum Anlenken von Radführungselementen und zur Aufnahme eines Achsgetriebes werden in Kraftfahrzeugen, insbesondere in komfortableren Personenkraftwagen, einge­ setzt, um einerseits eine vormontierbare Achse zu erhal­ ten und andererseits den rad- und achsgetriebeseitigen Körperschall vom Fahrzeugaufbau akustisch zu isolieren. Zu diesem Zweck wird ein solcher Hilfsrahmen über Gummi­ lager mit der Karosserie verbunden. Zur Vermeidung eines unerwünschten Eigenlenkverhaltens ist der Hilfsrahmen möglichst steif auszubilden.

Aus der DE 30 48 754 C2 ist ein Hilfsrahmen bekannt, der aus zwei biege- und torsionssteifen Längsträgern und zwei damit ecksteif verbundenen, in vertikaler Richtung biege­ steifen Querträgern besteht. In der genannten Patent­ schrift finden sich keine Angaben zur Gestaltung der biege- und torsionssteifen Längsträger und der Verbindung zwischen den Längs- und Querträgern. Lediglich der Fig. 1 kann entnommen werden, daß es sich bei den Längsträgern beispielsweise um Hohlprofile mit rechteckähnlichem Quer­ schnitt handelt. Längs- und Querträger sind offensicht­ lich entlang der ebenen Berührungsflächen miteinander verschweißt.

Ein Achsgetriebe, beispielsweise ein Hinterachsgetriebe, das - wie auch in der oben genannten Patentschrift - mit seinem vorderen und hinteren Endabschnitt an den Querträ­ gern befestigt ist, übt je nach Fahrzustand ein Reakti­ onsmoment auf den Hilfsrahmen aus. So wird bei Vorwärts­ beschleunigung durch das Abstützmoment des Hinterachsge­ triebes der vordere Querträger elastisch nach oben durch­ gebogen, der hintere Querträger entsprechend nach unten. Bei Rückwärtsbeschleunigung bzw. bei Gaswegnahme (Motorbremsmoment) entsteht ein Reaktionsmoment mit ent­ sprechend umgekehrter Biegebeanspruchung. Die jeweils ge­ gensinnig erfolgende Durchbiegung der beiden Querträger bewirkt in den Längsträgern eine Torsionsbeanspruchung.

Weder die Querschnittsform der Längsträger noch die ge­ radlinig verlaufenden Schweißnähte des Hilfsrahmens der oben genannten Patentschrift bieten ausreichende Tor­ sionssteifigkeit bei den oben geschilderten Belastungen durch das Achsgetriebe. Daher kommt es zu entsprechend starker Durchbiegung der Querträger, da die Biegemomente nicht ausreichend durch die Längsträger abgestützt wer­ den. Die Anlenkungen für die Radführungselemente, die bei der oben genannten Patentschrift ausnahmslos an den Längsträgern angeordnet sind, werden infolge der Verdre­ hung der Längsträger mitbewegt, wodurch bei Lastwechseln im Antriebsstrang unerwünschtes Eigenlenkverhalten ent­ steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hilfsrah­ men für Kraftfahrzeuge so auszubilden, daß eine größtmög­ liche Steifigkeit gegenüber den Reaktionsmomenten des Achsgetriebes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die umlaufende Schweißnaht wird das Torsionsmoment bestmöglich in den Längsträger eingeleitet.

Idealerweise ist dabei der Längsträger als Rohr mit etwa kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, da der Rohrquer­ schnitt der optimale Querschnitt zur Übertragung von Tor­ sionsmomenten ist (Anspruch 2).

Werden die Querträger ebenfalls als Hohlprofil ausge­ führt, kann eine besonders torsionssteife Verschweißung zu beiden Seiten der Durchstecköffnung für die Längsträ­ ger erfolgen (Anspruch 3 und 4). ,Dabei ist die Teilungs­ ebene eines zweischaligen Hohlprofils für den Querträger so zu legen, daß die Schweißrundnaht ohne Unterbrechung umlaufend durchgezogen werden kann.

Auch bei der Herstellung bietet ein erfindungsgemäßer Hilfsrahmen hinsichtlich der Einhaltung von Fertigungsto­ leranzen Vorteile: Gegenüber Hilfsrahmen, bei denen Längs- und Querträger durch Überlappen verschweißt wer­ den, ist bei einem erfindungsgemäßen Hilfsrahmen die Maß­ haltigkeit zum Teil durch Formschluß gewährleistet. Der Abstand der Öffnungen in den einzelnen Halbschalen der Querträger kann in Preß- und Stanzwerkzeugen relativ ge­ nau eingehalten werden. Beim Verschweißen jeweils der beiden Halbschalen miteinander dienen die durch die Öff­ nungen der Halbschalen hindurchgesteckten Längsträger quasi als Justiereinrichtung. Die umlaufenden Schweiß­ nähte können infolge der guten Zugänglichkeit einfach entlang der nach außen abgebogenen Ränder der Öffnungen gelegt werden.

Aus der DE-AS 19 50 086 ist zwar die Verbindung eines rohrförmigen Holmes mit einem rohrförmigen Querträger mittels einer Rundschweißnaht bekannt, doch ist bei die­ ser Ausführungsform der Querträger nicht durch den Holm hindurchgesteckt, sondern lediglich auf einer Seite ent­ lang der Einstecköffnung umlaufend verschweißt. Zusätzli­ che Stabilität wird durch den Einsatz zweier Flansche und einer eingeschweißten Stirnwand erreicht.

Fertigungstechnisch ist die beschriebene Verbindung pro­ blematisch, da zum Verschweißen der Flansche Öffnungen in den Holm eingebracht werden müssen. Außerdem ist die an­ gewandte Verbindungstechnik deutlich aufwendiger und teu­ rer in der Herstellung gegenüber einer Durchsteckverbin­ dung, die fertigungstechnisch denkbar einfach entlang der beiden Durchtrittsöffnungen verschweißt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an­ hand schematischer Zeichnungen nachfolgend näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht etwa auf die linke Hälfte einer Ausführungsform des neuen Hilfsrahmens;

Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Längsträger;

Fig. 3 eine der Fig. 1 im wesentlichen entsprechende Darstellung mit einem gegenüber dem hinteren Querträger versetzten Ausleger zur Anbindung des Hilfsrahmens an dem Fahrzeugaufbau;

Fig. 4 einen Langschnitt durch eine weitere Ausfüh­ rungsform eines hinteren Querträgers im Bereich einer Anbindungsstelle des Hinterachsgetriebes.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung das Fahrwerk eines Pkw im Bereich des linken Hinterrades 1. Ein Hilfs­ rahmen 2 besteht aus einem vorderen und einem hinteren Querträger 3a bzw. 3b sowie zwei Längsträgern 4. Der Hilfsrahmen 2 nimmt ein Hinterachsgetriebe 5 in drei Gummi-Metall-Lagern 6 auf. Eine Antriebswelle 7 treibt das Hinterrad 1 an. Die Radführung des Hinterrades 1 er­ folgt im unteren Bereich über zwei Querlenker 8, die an den Längsträgern 4 in den Lagerstellen 9 angelenkt sind. Die motorseitige Krafteinleitung erfolgt über eine Kar­ danwelle 10 am vorderen Endabschnitt des Hinterachsge­ triebes 5. Der Hilfsrahmen 2 ist über vier Gummilager 11 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden.

In Fig. 2 ist die Verbindung zwischen einem der Längs­ träger 4 und den beiden Querträgern 3a, b dargestellt. Die Längsträger 4 besitzen einen kreisförmigen Quer­ schnitt und sind durch Öffnungen 12 in den Querträgern 3a, b so durchgesteckt, daß die Stirnflächen der Längs­ träger 4 über die vorderen und hinteren Begrenzungs­ flächen der Querträger 3a bzw. 3b etwas hinausragen. Die Querträger 3a, b sind Hohlprofile, die sich jeweils aus einer vorderen und einer hinteren Halbschale 13a bzw. 13b zusammensetzen. Die Teilungsebene zwischen den beiden Halbschalen 13a, b verläuft dabei in einer Ebene etwa senkrecht zur Längsachse der Längsträger 4. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Verbindung zwischen den Längsträgern 4 und den Querträgern 3a, b durch ununterbrochene, umlaufende, ringförmige Schweißnähte 14 entlang der Öffnungen 12 zu beiden Seiten der Querträger 3a, b erfolgen kann. Die Ränder der beiden Halbschalen 13a, b sind hierzu entlang ihrer Öffnungen 12 nach außen abgebogen.

Die beschriebene Verbindung zwischen Quer- und Längsträ­ gern 3a, b bzw. 4 über jeweils zwei ringförmige Schweiß­ nähte 14 kann das Torsionsmoment, das aufgrund der gegensinnigen Durchbiegung der Querträger 3a, b entsteht, bestmöglich in die torsionssteifen Längsträger 4 einlei­ ten. Die umlaufenden Schweißnähte 14 werden in ihrem Ver­ lauf nicht durch kreuzende oder hinzulaufende Schweiß­ nähte gestört.

Wie Fig. 3 zeigt, kann einer der beiden Querträger auch als offenes Profil ausgebildet sein. Während der vordere Querträger 3a aus einem geschlossenen Hohlprofil besteht, ist der hintere Querträger 3b′ ein gegen vertikale Durch­ biegung biegesteif ausgeführtes offenes Profil. Dieser hintere Querträger 3b′ weist ebenso wie der vordere Quer­ träger 3a jeweils Öffnungen 12 zum Durchstecken der Längsträger 4 auf. Im Unterschied zu Fig. 1 erfolgt im hinteren Bereich des Hilfsrahmens 2′ die Anbindung an den Fahrzeugaufbau nicht über den außenliegenden Endabschnitt des hinteren Querträgers 3b, sondern über einen gegen Fahrtrichtung versetzten Ausleger 15, der wiederum über eine umlaufende Schweißnaht 14 mit dem Längsträger 4 ver­ bunden ist.

Der Ausleger 15 ist in Fahrtrichtung biegeweich ausge­ führt, so daß hier nur Vertikal- und Seitenkräfte über­ tragen werden können. Die vorhandene Elastizität in Fahr­ zeuglängsrichtung ist bei der Montage des Hilfsrahmens 2′ zum Ausgleich etwaiger Fertigungstoleranzen von Vorteil.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Querträ­ gers, der zumindest in den Bereichen der Hinterachsge­ triebe-Befestigung als teilweise offenes Profil ausge­ führt ist. So weist beispielsweise der hintere Querträger 3b′′ eine gegenüber der vorderen Halbschale 13a′ zumindest abschnittsweise kleinere hintere Halbschale 13b′ auf, so daß die in Fig. 1 dargestellten Gummi-Metall-Lager 6 zur Befestigung des Hinterachsgetriebes 5 direkt an den obe­ ren Teil der vorderen Halbschale 13a′ angeschraubt wer­ den können. Bei einem vollständig geschlossenem Querträ­ ger wäre zur Verschraubung des Gummi-Metall-Lagers 6 ent­ weder eine abstützende Distanzbuchse zwischen den beiden Innenwänden der Halbschalen oder eine entsprechend große Öffnung in der hinteren Halbschale zur Durchführung der Schraube erforderlich.

Die Längsträger 4 des Hilfsrahmens 2 liegen gemäß Fig. 2 im Fahrzeug etwa waagrecht in Fahrtrichtung. Es ist im Gegensatz zu dieser Darstellung natürlich ohne weiteres möglich, bei etwaigen Raumproblemen die Längsträger 4 in Längsrichtung auch geneigt anzuordnen.

Claims (6)

1. Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge, insbesondere Perso­ nenkraftwagen, zum Anlenken von Radführungselementen und zur Aufnahme eines Achsgetriebes, mit zwei etwa in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden, gegen verti­ kale Durchbiegung biegesteif ausgeführten Querträ­ gern, die das Achsgetriebe an seinem vorderen und hinteren Bereich abstützen und zwei etwa in Fahr­ zeuglängsrichtung verlaufenden, mit den Querträgern verbundenen Längsträgern, welche als biege- und tor­ sionssteife Hohlprofile ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsträger (4) durch Öff­ nungen (12) in den Querträgern (3a, b, b′, b′′) durchgesteckt sind und die Verbindung zwischen Längsträger (4) einerseits und Querträger (3a, b, b′, b′′) andererseits durch zumindest eine umlaufende Schweißnaht (14) entlang der Öffnung (12) im Längs­ träger (4) erfolgt.

2. Hilfsrahmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Hohlprofil ausgeführten Längsträger (4) im Querschnitt etwa kreisförmig sind.

3. Hilfsrahmen nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest ein Querträger (3a, b, b′′) als Hohlprofil ausgebildet ist, welches sich aus zwei Halbschalen (13a, a′, b, b′) zu­ sammensetzt, mit einer Teilungsebene, die etwa senk­ recht zu den Längsachsen der Längsträger (4) ver­ läuft.

4. Hilfsrahmen nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Längsträger (4) und als Hohlprofil ausgeführter Querträger (3a, b, b′′) ,über umlaufende Schweißnähte (14) jeweils entlang der Öffnungen (12) in beiden Halbschalen (13a, a′, b, b′) des Querträgers (3a, b, b′′) mitein­ ander verbunden sind.

5. Hilfsrahmen nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsrah­ men (2) über die seitlich außenliegenden Endab­ schnitte des vorderen und hinteren Querträgers (3a bzw. 3b, b′′) mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.

6. Hilfsrahmen nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und/oder der hintere Querträger (3b′) lediglich die beiden Längsträger (4) miteinander verbindet und die Verbindung des Hilfsrahmens (2′) zum Fahrzeugaufbau im Bereich des betreffenden Querträgers durch wenigstens einen an den Längsträgern (4) angeordne­ ten Ausleger (15) erfolgt, welcher gegenüber dem be­ treffenden Querträger in bzw. gegen Fahrtrichtung versetzt ist.