DE10109636A1 - Hilfsrahmen für die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges mit unabhängiger Radaufhängung - Google Patents

Abstract

Ein Hilfsrahmen für die Hinterachse eines, der aus rohrförmigen Trägern gebildet ist, an denen die Querlenker der Radaufhängung angelenkt und Widerlager (8) für die Federn der Radaufhängung angebracht sind, soll Antriebs- und Radführungselemente aufnehmen und bei geringem Gewicht allen Anforderungen an die Festigkeit entsprechen. Er besteht aus: DOLLAR A a) einem linken und einem rechten Längsträger (1, 2), deren Enden über Verbindungslager (11, 12) mit dem Kraftfahrzeug verbunden sind, DOLLAR A b) einem vorderen Querträger (3) und einem hinteren Querträger (4), die die beiden Längsträger (1, 2) verbinden und mit ihnen verschweißt sind, DOLLAR A c) und einem linken und einem rechten rohrförmigen Verstärkungsträger (5, 6), deren jeder ein Widerlager (8) außen umgreift und dessen Enden mit dem Längsträger (1, 2) verschweißt sind, sodass das Widerlager (8) beidseitig gehalten ist.

Description

Die Erfindung handelt von einem Hilfsrahmen für die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges mit unabhängiger Radaufhängung, der von in Fahrzeu­ glängsrichtung und in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden rohrförmigen Trägern gebildet ist, an denen die Querlenker der Radaufhängung ange­ lenkt und Widerlager für die Federn der Radaufhängung angebracht sind. Derartige Hilfsrahmen dienen der Entkoppelung des Fahrzeugkörpers von Kräften, Gegenmomenten und Schwingungen des Fahrwerks und somit der Schonung und Verstärkung der Struktur des ganzen Kraftfahrzeuges. Dem­ gemäß werden sie für komfortable und schwere, insbesondere geländegän­ gige, Fahrzeuge eingesetzt.

Ein gattungsgemäßer Hilfsrahmen ist aus der JP 10 167 109 A bekannt. Er besteht aus zwei gebogenen Rohren konstanten Querschnittes, wovon das hintere in Quer- und an beiden Seiten in Fahrzeuglängsrichtung verlauft und auf jeder Seite eine Kröpfung aufwärts aufweist, in deren Umgebung die oberen Widerlager der Federn angebracht sind und in der beiderseits ein vorderes Querrohr angeschweisst ist. Nachteilig ist an dieser Konstruktion zunächst die Anordnung der Widerlager, die entweder zu schwach ist, um kräftige Fahrbahnstöße zu ertragen oder erst wieder am Fahrzeugkörper abgestützt werden muss, was die Vorteile der am Hilfsrahmen angeordne­ ten Widerlager wieder zunichte macht. Weiters ist die Gestalt der beiden Rohre für die Aufnahme und Weiterleitung der Radkräfte und für die An­ lenkung der diversen Teile der Radführung unvorteilhaft und für die Ab­ stützung eines Differentiales als Endgetriebe des Achsantriebes denkbar ungünstig.

Eine andere Konstruktion eines Hilfsrahmens mit kappenförmig ausgebil­ deten Widerlagern für die Federn ist aus der DE 11 44 123 C bekannt. Ihre Tragstruktur wird von einem schweren Querrohr und beiderseits Blech­ pressteilen gebildet. Diese Konstruktion ist aber speziell für eine ganz an­ dere Achsführung (Eingelenk-Pendelachse) und für Luftfedern sehr gerin­ ger Bauhöhe entwickelt und für eine unabhängige Radaufhängung nicht geeignet. Das die Luftfeder weit umgreifende kappenförmige Widerlager besitzt, kann die Zweifel an der Festigkeit dieser Konstruktion auch nicht zerstreuen.

Schließlich ist noch aus der WO 96/00661 ein Hilfsrahmen in Gussbauwei­ se bekannt, der ein Differentialgetriebe und die Schwenklager der Radfüh­ rungslenker, und sogar eine Feder (wenn auch eine Quer-Blattfeder) auf­ nimmt, der dazu jedoch aus zwei Gussteilen besteht und dadurch aufwen­ dig in der Montage ist und auch in Leichtmetall noch sehr schwer baut.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Hilfsrahmen zu schaffen, der eine sichere Ableitung der Fahrbahnkräfte über die Widerlager gestattet, alle Antriebs- und Radführungselemente mit geringem technischen Auf­ wand aufnimmt und insgesamt bei möglichst geringen Herstellkosten und geringem Gewicht allen Anforderungen an die Festigkeit entspricht.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass der Hilfsrahmen aus sechs rohrförmigen Trägern besteht, und zwar aus:

• a) einem linken und einem rechten Längsträger, deren Enden über Verbin­ dungslager mit dem Kraftfahrzeug verbunden sind,
• b) einem vorderen Querträger und einem hinteren Querträger, die die bei­ den Längsträger verbinden und mit ihnen verschweisst sind,
• c) und einem linken und einem rechten rohrförmigen Verstärkungsträger, deren jeder ein Widerlager für die Feder an der Fahrzeugseite aussen umgreift und mit ihm verschweisst ist und dessen Enden mit dem je­ weiligen Längsträger verschweisst sind, sodass das Widerlager für die Feder zwischen Längsträger und Verstärkungsträger zumindest beidsei­ tig gehalten ist.

Dass Querträger die Längsträger abstützen vermindert deren Biegebean­ spruchung und dass die Längsträger die Verbindung zum Fahrzeug her­ stellen ist für die Einleitung der Fahrbahnkräfte in das Fahrzeug bei gering­ ster Verformung des Hilfsrahmens förderlich. Der geschlossene rohrförmi­ ge Querschnitt der Träger erlaubt kleine Wandstärken, was das Gewicht vermindert.

Die zusätzlichen Verstärkungsträger haben zwei Wirkungen: Erstens ver­ meiden sie eine biegebelastete Schweissverbindung zwischen Längsträger und Widerlager, erhöhen dessen Eigenfrequenz und geben dem Widerlager beiderseits guten Halt, besonders wenn sie sich über einen Teil seines Um­ fanges anschmiegen. Zweitens verstärken sie die Längsträger, sodass diese leichter dimensioniert werden können. Für die Minimierung des Gewichtes ist es besonders vorteilhaft, den Querschnitt der rohrförmigen Träger über ihre Länge variabel zu gestalten, sowohl hinsichtlich der Form des Quer­ schnittes als auch dessen Widerstandsmomentes (Anspruch 2).

In einer es, insbesondere für angetriebene Achsen, vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung sind die Träger so geforment, dass der Mittelteil des vorderen Querträgers und die vorderen Teile der beiden Längsträger tiefer als das Widerlager für die Feder liegen und über dem Mittelteil des vorde­ ren Querträgers das Endgetriebe des Achsantriebes angeordnet ist (An­ spruch 3). Diese Form entspricht der Form eines Kraftfahrzeug-Hecks, an dem die hinteren Befestigungspunkte des Hilfsrahmens in der Regel höher liegen als die vor deren. Der tiefe Mittelteil des vorderen Querträgers be­ günstigt die Unterbringung und Abstützung des Endgetriebes. Mit Vorteil sind zusätzlich am hinteren Querträger weitere Abstützungen für das End­ getriebe vorgesehen (Anspruch 4).

Wenn der hintere Querträger etwas höher als der vordere bleibt, ist eine besonders schöne Lösung möglich: die Abstützungen für das Endgetriebe sind in den hinteren Querträger eingeschweisste Rohrstutzen, die Gummi­ lager aufnehmen (Anspruch 5). Diese Rohrstutzen durchsetzen den Quer­ träger und sind beidseitig mit ihm verschweisst. Dadurch ist die Abstützung besonders stabil, sie kann hohe Reaktionsmomente des Endgetriebes auf­ nehmen und die Rohrstutzen verstärken den Querträger vor allem gegen Druck und Knicken.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an der Unterseite der Querträger beiderseits des Endgetriebes die Querträger verbindende Konsolbrücken angeschweisst, die Schwenklager der Querlenker der Radaufhängung aufnehmen (Anspruch 6). Diese Konsolbrücken versteifen einerseits den ganzen Hilfsrahmen, andererseits leiten sie die durch die Querlenker ausgeübten Kräfte in Fahrzeugquerrichtung gleich direkt in die Querträger ein, was eine Biegebeanspruchung der Längsträger vermeidet. Sie können auch gleich mehrfach genutzt werden, wenn sie Lageraugen für weitere Radführungselemente besitzen (Anspruch 7).

Weitere verbindende Brücken sind hier auch an der Oberseite der Querträ­ ger angeschweisst (Anspruch 8). Damit ist die Versteifung der Querträger symmetrisch und zwischen ihnen bleibt genug Spielraum für die Radan­ triebswellen. Um diesen Spielraum für die Radantriebswellen zu erweitern, können die Brücken und die Konsolbrücken auch an ihren einander zuge­ wandten Seiten Einlappungen haben.

Wenn die Konsolbrücken die Schwenklager für untere Querlenker tragen, ist es sehr vorteilhaft, die Lager der oberen Querlenker (oder im Falle einer Raumlenkerachse die der weiteren Lenker) an den höher liegenden Teilen der Querträger direkt anzubringen. Besonders gut ist es, zur Anlenkung ei­ nes oberen Querlenkers in mindestens einen der Querträger diesen durch­ setzende Rohrstutzen einzuschweissen, die Gummilager aufnehmen (An­ spruch 10). Der mindestens eine Teil wird eher der höher liegende hintere sein. Für die Aufnahme von längsgerichteten Radkräften ist an den Ver­ stärkungsträgern, in der Nähe ihres vorderen Endes eine Öse für die Auf­ nahme der Lager je eines Längslenkers oder einer Zugstrebe vorgesehen ist (Anspruch 9).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines bevor­ zugten Ausführungsbeispieles beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 Eine achsonometrische Ansicht von vorne/oben,

Fig. 2 Eine achsonometrische Ansicht von hinten/oben,

Fig. 3 Eine teilweise Seitenansicht,

Fig. 4 Eine teilweise Ansicht von vorne,

Fig. 5 Eine teilweise Ansicht von unten,

Fig. 6 Einen Schnitt nach VI-VI in Fig. 5, vergrößert mit einem De­ tail.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist der gesamte Hilfsrahmen zu sehen. Er besteht aus einem rechten und einem linken Längsträger 1, 2, einem vorderen Querträ­ ger 3, einem hinteren Querträger 4 und einem rechten und einem linken Verstärkungsträger 5, 6. Alle diese Träger sind rohrförmig und sowohl hin­ sichtlich der Form ihrer Längsachse als auch hinsichtlich ihres variablen und in der Regel nicht gleichförmigen Querschnittes den im Betrieb zu er­ wartenden Beanspruchungen genau angepaßt.

Zwischen Längsträger 1, 2 und Verstärkungsträger 5, 6 ist auf jeder Seite ein Widerlager 7, 8 als obere Abstützung je einer nicht dargestellten Feder und gegebenenfalls auch eines Stoßdämpfers angebracht. Um vorne und hinten unterscheiden zu können, ist die Fahrtrichtung mit einem Pfeil 9 bezeich­ net. Da der Hilfsrahmen in seinen wesentlichen Teilen bezüglich der Fahr­ zeuglängsachse symmetrisch ausgebildet ist, wird im folgenden nur eine Seite beschrieben.

Die Längsträger 1, 2 besitzen Aufnahmen 11, 12 für die nicht dargestellten Hilfsrahmenlager mittels derer der Hilfsrahmen mit dem Kraftfahrzeugkör­ per elastisch verbunden ist. Die hintere Aufnahme 12 ist höher angeordnet als die vordere Aufnahme 11, entsprechend sind die Längsträger 1, 2 ab­ wärts geschweift (siehe Fig. 3). Der vordere Querträger 3 ist mit seinen Enden an die Längsträger 1, 2 angeschweißt, vorzugsweise mit einer der Verschneidungslinie der beiden rohrförmigen Träger folgenden Schweißnaht. Der vordere Querträger 3 ist ungefähr in der Mitte des Längsträgers 1, vor dessen zur vorderen Aufnahme 12 hin abfallenden Ast, mit den Längs­ trägern 1, 2 verbunden und hat einen abgesenkten Mittelteil 13 (siehe Fig. 4), um Unterbringung und Antrieb des Endgetriebes (Differentialge­ triebe) zu ermöglichen. Dazu ist eine Abstützung 14 vorgesehen. Der hinte­ re Querträger 4 ist in der Nähe der hinteren Aufnahme 12 in der gleichen Art mit den beiden Längsträgern 1, 2 verschweißt. Er könnte gerade durch­ laufen, kann aber auch wie in der beschriebenen Ausführungsform einen etwas weniger tief abgesenkten Mittelteil 15 haben. In diesen Mittelteil 15 sind mit ihren Achsen in Fahrzeuglängsrichtung Rohre, als Aufnahmen für die Kraft- und Drehmomentabstützung des Endgetriebes vorgesehenen nicht dargestellten Gummilagers, eingeschweißt. Die Schweißung erfolgt wieder entlang beider Verschneidungslinien. Die Verstärkungsträger 5, 6 sind ebenfalls mit ihren Enden entlang ihrer gesamten Verschneidungslinie mit den Längsträgern 1, 2 verschweißt. Sie haben einen gebogenen Teil 17, der sich an das Widerlager 8 anschmiegt und dieses entlang eines Kreisbo­ gensektors berührt. Ein weiteres Detail dazu ist anhand der Fig. 6 beschrie­ ben.

Die beiden Querträger 3, 4 sind ungefähr in der Mitte zwischen der Längs­ mittenachse und ihrer Verschneidung mit den Längsträgern 1, 2 beiderseits Konsolbrücken 20 angeschweißt (siehe Fig. 3, 4, 5). Die Schweißnaht 21 verbindet mit dem vorderen Querträger 3, die Schweißnaht 22 mit dem hinteren Querträger 4. Die Konsolbrücke 20 hat ein Auge 23 für die Auf­ nahme einesnicht dargestellten Schwenklagers für ebensowenig darge­ stellte Querlenker (siehe Fig. 3, 4). Weiters hat sie Augen 24, 25 (hier Fig. 3) für die Anlenkung weiterer nicht dargestellter Radführungselemente. Die Gestalt der Konsolbrücke 20 ist von ihrer Verschneidung mit den bei­ den Querträgern 3, 4 und den kinematischen Erfordernissen hinsichtlich der Anordnung der Augen bestimmt. Sie ist vorzugsweise ein dreidimensiona­ ler und daher sehr steifer Blechpressteil, an den die Augen angeschweißt sein können, und an dessen Randkanten die Schweißnähte 21, 22 zu liegen kommen. Weiters können diese nach oben weisenden Randkanten Einlap­ pungen 26 für den Durchtritt nicht dargestellter Radantriebswellen haben.

An der Oberseite der beiden Querträger 3, 4 sind angenähert in demselben Abstand von der Längsmittenebene des Fahrzeuges Brücken 30 ange­ schweißt. Sie sind hier wieder dreidimensionale Blechstanzteile, an deren die Querträger 3, 4 berührenden Kanten Schweißnähte 31, 32 verlaufen. Der dazwischenliegende Teil des nach unten offenen Blechziehteiles besitzt wieder Einlappungen 34, diesmal nach oben, ebenfalls für den Durchtritt der Radantriebswellen.

An den Verstärkungsträgern 5, 6 ist in der Nähe der vorderen Aufnahme 11 eines Hilfsrahmenlagers eine Öse 40 angeschweißt, die der Aufnahme ei­ nes Schwenklagers für einen nicht dargestellten Längslenker bzw eine Zug­ strebe dient. Für eine Schwenkachse 43 eines nicht dargestellten oberen Querlenkers (Fig. 3, 4, 5) ist im hinteren Querträger 4 ein Rohrstutzen 41, hier in einem spitzen Winkel zur Längsmittenebene eingeschweißt. Er nimmt das nicht dargestellte hintere Lager des Querlenkers auf. In ähnli­ cher Weise kann für die Aufnehme des vorderen Lagers ein mit der Schwenkachse 43 fluchtender weiterer Rohrstutzen in den vorderen Quer­ träger 3 eingelassen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel aber ist dafür eine zusätzliche Konsole 42 (siehe Fig. 3, 4) angeschweißt beziehungswei­ se auch angeschraubt, die das vordere Lager der Schwenkachse 43 auf­ nimmt. Die Konsole 42 kann zusätzlich noch Aufnahmen für einen nicht dargestellten Querstabilisator 44 (siehe Fig. 3) haben. Auf die Fig. 3, 4 und braucht im einzelnen nicht mehr eingegangen zu werden, da diese denselben Gegenstand in verschiedenen Blickrichtungen darstellen und im Zu­ ge der Beschreibung der Fig. 1 und 2 wo nötig, auf diese verwiesen wurde.

Fig. 6 zeigt noch im Detail die Krafteinleitung in die Widerlager 8, da diese einen wichtigen Beitrag zur Festigkeit des gesamten Hilfsrahmens mit den Widerlagern, was eine Besonderheit der vorliegenden Konstruktion ist, lie­ fern. Zwischen dem Längsträger 2 und dem Verstärkungsträger 6 ist ein Zwischentorus 50 eingeschweißt, indessen Innerem ihrerseits eine Glocke 51 eingeschweißt ist, die die Stützkräfte der Feder, normalerweise aber nicht notwendigerweise einer Schraubenfeder mit der Längsachse 54, auf­ nimmt. Für die Festigkeit wesentlich sind die rundum verlaufenden Schweißnähte 52 zur Verbindung des Zwischentorus 50 mit Längsträger 2 und Verstärkungsträger 6 sowie die Schweißnaht 53 zur Verbindung der Glocke mit dem Zwischentorus 50, der durch sein ringförmig geschlosse­ nes Profil besonders hohe Kräfte übertragen kann.

Claims (10)

1. Hilfsrahmen für die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges mit unab­ hängiger Radaufhängung, der aus in Fahrzeuglängsrichtung und in Fahr­ zeugquerrichtung verlaufenden rohrförmigen Trägern gebildet ist, an denen die Querlenker der Radaufhängung angelenkt und Widerlager (8) für die Federn der Radaufhängung angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen aus sechs rohrförmigen Trägern besteht, und zwar aus:

• a) einem rechten und einem linken Längsträger (1, 2), deren Enden über Aufnahmen (11, 12) für Verbindungslager mit dem Kraftfahrzeug ver­ bunden sind,
• b) einem vorderen Querträger (3) und einem hinteren Querträger (4), die die beiden Längsträger (1, 2) verbinden und mit ihnen verschweisst sind,
• c) und einem rechten und einem linken rohrförmiger Verstärkungsträger (5, 6), deren jeder ein Widerlager (7, 8) für eine Feder an der Fahrzeug­ seite aussen umgreift und mit ihm verschweisst ist und dessen Enden mit dem jeweiligen Längsträger verschweisst sind, sodass jedes Wider­ lager (7, 8) zwischen Längsträger (1, 2) und Verstärkungsträger (5, 6)zumindest beidseitig gehalten ist.

2. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der rohrförmigen Träger (1, 2, 3, 4, 5, 6) über ihre Länge variabel ist.

3. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (13) des vorderen Querträgers (3) und die vorderen Teile der bei­ den Längsträger (1, 2) tiefer als das Widerlager (8) für die Feder liegen und oberhalb des Mittelteiles (13) das Endgetriebe eines Achsantriebes ange­ ordnet ist.

4. Hilfsrahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Querträger (4) Abstützungen (16) für das Endgetriebe des Achs­ antriebes vorgesehen sind.

5. Hilfsrahmen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützungen für das Endgetriebe in den hinteren Querträger (4) einge­ schweisste Rohrstutzen (16) sind, die Gummilager aufnehmen.

6. Hilfsrahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Querträger (3, 4) beiderseits der Längsmittellinie die Quer­ träger (3, 4) verbindende Konsolbrücken (20) angeschweisst sind, die Schwenklager (23) von Querlenkern der Radaufhängung aufnehmen.

7. Hilfsrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolbrücken (20) Lageraugen (24, 25) für weitere Radführungselemente besitzen.

8. Hilfsrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Querträger (3, 4) diese verbindende Brücken (30) ange­ schweisst sind.

9. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nahe dem vorderen Enden der Verstärkungsträgers (5, 6) eine Öse (40) für die Aufnahme je eines Längslenkers vorgesehen ist.

10. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anlenkung eines oberen Querlenkers in mindestens einen der Querträger (4; 3, 4) diesen durchsetzende Rohrstutzen (41) eingeschweisst sind, die Gummilager aufnehmen.