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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Kraftwagen der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
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Aus
der
DE 101 51 524
C2 ist eine derartige Antriebsanordnung bereits als angetriebene
Vorderachse eines Kraftwagens mit einem Integralträger bekannt,
der unterhalb von zwei vorderen unteren Längsträgern der Kraftwagenkarosserie
angeordnet und mit diesen jeweils an zwei zugehörigen Befestigungsstellen verbunden
ist. Der Integralträger
umfasst zwei durch Querträger
miteinander verbundene seitliche Rahmenlängsträger und bildet somit einen Tragrahmen,
auf dem eine Antriebseinheit des Kraftwagens mittels zugehöriger Motorlager
gelagert ist. Die nicht gezeigte Antriebseinheit wird aufgrund der Einbauverhältnisse
dabei in üblicher
Weise zwischen den Rahmenlängsträgern des
Integralträgers
angeordnet sein.
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Die
Antriebseinheit treibt über
zwei seitliche Antriebswellen die beiden Räder der Vorderachse an, wobei
die Antriebswellen jeweils von der Antriebseinheit im wesentlichen
gerade nach außen verlaufen.
Die Rahmenlängsträger des
Integralträgers
weisen jeweils einen U-förmigen
Verlauf auf und sind in einem Höhenabstand
unterhalb des gegenüberliegenden
vorderen Karosserielängsträgers ihrer Wagenseite
angeordnet. Dabei begrenzen die Rahmenlängsträger jeweils mit dem zugehörigen Karos serielängsträger eine
fensterförmige Öffnung,
durch welche die zugehörige
seitliche Antriebswelle der Vorderachse hindurchgeführt ist.
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Da
die Öffnung
für die
Durchführung
der seitlichen Antriebswellen frei bleiben müssen, können die Motorlager somit nur
auf den Querträgern
des Integralträgers
angeordnet sein, wodurch die konstruktive Freizügigkeit bei der Positionierung
der Motorlager stark eingeschränkt
ist. Da die Positionen der Motorlager relativ zum Schwerpunkt der
Antriebseinheit jedoch die statischen Vorlasten der Lager sowie
die Schwingungsmoden der Antriebseinheit im Fahrbetrieb bestimmen,
ist eine ausreichende Freizügigkeit bei
der Positionierung der Motorlager notwendig, um eine hinsichtlich
des Fahrkomforts optimale Lagerauslegung zu ermöglichen.
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Ferner
ist aus der
DE 100
36 396 A1 ein Fahrschemel-Modul für eine Achse eines in Rahmenbauweise
ausgeführten
Kraftfahrzeugs bekannt, das in einen Leiterrahmen des Kraftfahrzeugs
integrierbar ist. Das Fahrschemel-Modul umfasst einen plattenförmigen Querträger, auf
dem zwei einander gegenüberliegende
kastenförmige
Seitenelemente angeordnet sind, wobei die Seitenelemente des Fahrschemel-Moduls
jeweils unmittelbar an die Stirnseite eines zugehörigen Längsträgers des
Kraftfahrzeugrahmens angesetzt sind.
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Das
Fahrschemel-Modul bildet einen zentralen Tragrahmen, an welchem
die verschiedenen Aggregate der Kraftfahrzeugachse vormontierbar
sind, wobei die beiden Räder
der Achse im Einbauzustand jeweils über eine zugehörige Lenkeranordnung
an dem Seitenelement ihrer Fahrzeugseite angelenkt sind. Bei einer
angetriebenen Achse können
die seitlichen Antriebswellen der Räder jeweils durch eine Durchtrittsöffnung durchgeführt sein,
die aus dem Seitenelement ihrer Fahrzeugseite ausgespart ist. Dabei
ist es ferner möglich,
in das Fahrschemel-Modul eine Motorlagerung zu integrieren.
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Allerdings
ist aufgrund der Bauweise des Fahrschemel-Moduls die konstruktive
Freizügigkeit bei
der Positionierung der Motorlager stark eingeschränkt. Ferner
ist das bekannte Fahrschemel-Modul aufgrund seiner kastenförmigen Seitenelemente zur
Befestigung an einer in Blechschalenbauweise ausgeführten Kraftwagenkarosserie
allenfalls bedingt geeignet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die
konstruktive Freizügigkeit
bei der Positionierung der Motorlager auf einem Tragrahmen unter
Beibehaltung einer steifen Bauweise des Tragrahmens erheblich vergrößert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere
die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten
die Unteransprüche.
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Der
mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass die Positionen
der Motorlager durch die seitlichen Antriebswellen nicht eingeschränkt sind und
jeweils über
die gesamte Länge
des zugehörigen Rahmenlängsträgers frei
festgelegt werden können, da
die Motorlager jeweils auf den Oberseiten der Rahmenlängsträger abgestützt sind
und die Durchtrittsöffnun gen
jeweils umlaufend vom zugehörigen Rahmenlängsträger umschlossen
sind.
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Um
im Falle eines Frontalaufpralls des Kraftwagens eine vorgegebene
Verzögerungskennlinie
zu ermöglichen,
können
die Rahmenlängsträger jeweils im
Bereich ihrer Durchtrittsöffnungen
einen als Solldeformationsabschnitt vorgesehenen Längenabschnitt
mit einer reduzierten Längssteifigkeit
aufweisen. Zur besonders einfachen Reduzierung ihrer Längssteifigkeit
können
die Rahmenlängsträger in ihrem
Solldeformationsabschnitt jeweils eine Aussparung an ihrer Oberseite
aufweisen.
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Die
Antriebseinheit kann über
jeweils ein Motorlager auf den Rahmenlängsträgern abgestützt sein, wobei die Motorlager
besonders vorteilhaft jeweils im Bereich der Durchtrittsöffnungen
auf dem zugehörigen
Rahmenlängsträger des
Tragrahmens angeordnet sein können,
um im Falle eines Frontalaufpralls des Kraftwagens eine Blockbildung,
d. h. eine Abstützung
der Vorderachse an der Antriebseinheit, zu vermeiden. Dabei können die
zur Erreichung einer Solldeformation an der Oberseite der Rahmenlängsträger vorgesehenen
Aussparungen jeweils von einer Grundplatte des zugehörigen Motorlagers überbrückt sein,
wobei die Grundplatte im Falle eines Frontalaufpralls des Kraftwagens
durch Ausknicken die Solldeformation des zugehörigen Rahmenlängsträgers ermöglicht.
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Zur
Erhöhung
der Steifigkeit des Tragrahmens können die Rahmenlängsträger jeweils
einen sich zur Durchtrittsöffnung
hin erweiternden Querschnitt aufweisen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
angetriebene Vorderachse eines Kraftwagens in einer Draufsicht,
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2 die
Vorderachse gemäß 1 bei
teilweise ausgeblendeter Antriebseinheit in einer perspektivischen
Schrägansicht
von vorn,
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3 einen
Integralträger
der Vorderachse in einer perspektivischen Schrägansicht von vorn oben und
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4 den
Integralträger
im Bereich eines Motorlagers ebenfalls in einer perspektivischen Schrägansicht
von vorn oben.
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In 1 und 2 ist
von einem Kraftwagen mit Allradantrieb nur eine Antriebsanordnung
einer angetriebenen Vorderachse 10 mit einem Integralträger 20 und
einer Antriebseinheit 30 gezeigt, die sich über zwei
Motorlager 40 und 40' auf dem Integralträger 20 abstützt. Die
beiden nicht gezeigten Räder
der Vorderachse 10 sind jeweils von einem zugehörigen Radträger 11 bzw. 11' gehalten, der über einen
ersten Querlenker 12 bzw. 12' und einen zweiten, nicht gezeigten
Querlenker sowie eine zugehörige
Lenkstange 13 bzw. 13' am Integralträger 20 angelenkt ist
und sich über
ein zugehöriges
Federdämpferbein 14 bzw. 14' an einem nicht
gezeigten Dämpferdom
der Karosserie-Vorbaustruktur abstützt.
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Die
Antriebseinheit 30 umfasst einen in Wagenlängsrichtung
eingebauten Verbrennungsmotor 31, der zwischen zwei Rahmenlängsträgern 21 und 21' des Integralträgers 20 angeordnet
ist, sowie ein hinten an den Verbrennungsmotor 31 angeflanschtes Getriebe 32,
das an einem ersten hinteren Ausgang mit einer mittleren Antriebswelle 33 verbunden
ist. Die mittlere Antriebswelle 33 verläuft in Wagenlängsrichtung
und treibt eine nicht gezeigte Hinterachse des Kraftwagens an.
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An
einem zweiten hinteren Ausgang ist das Getriebe 32 mit
einer Hilfswelle 34 verbunden, die rechts neben dem Getriebe 32 angeordnet
ist und vom Getriebeausgang aus schräg nach vorn bis zu einem seitlich
an den Verbrennungsmotor 31 angeflanschten Vorderachsgetriebe 35 verläuft. Die
Antriebseinheit 30 treibt über die Hilfswelle 34 und
das Vorderachsgetriebe 35 eine rechte 36 und eine
linke seitliche Antriebswelle 36' an, wobei die Antriebswellen 36 und 36' jeweils vom
Vordachsgetriebe 35 aus im wesentlichen gerade nach außen bis
zum Radträger 11 bzw. 11' ihrer Wagenseite
verlaufen und das zugehörige
Rad der Vorderachse 10 antreiben. Dabei verläuft die
linke seitliche Antriebswelle 36' mit ihrem getriebenahen Endabschnitt
unterhalb eine Ölwanne
des Verbrennungsmotors 31. Die beiden seitlichen Antriebswellen 36 und 36' durchsetzen
jeweils eine zugehörige
Durchtrittsöffnungen 25 bzw. 25' im Rahmenlängsträger 21 bzw. 21' ihrer Wagenseite.
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Die
Antriebseinheit 30 ist an insgesamt drei Lagerstellen abgestützt, wobei
der Verbrennungsmotor 31 über die beiden vorderen Motorlager 40 und 40' jeweils auf
einem zugehörigen
Rahmenlängsträger 21 bzw. 21' des Integralträgers 20 gelagert
ist, während
das Getriebe 32 sich nahe seinem hinteren Ende über ein
hinteres Motorlager 50 auf einer Getriebequerbrücke 51 abstützt. Die
Getriebequerbrücke 51 wird
bei der Montage der Vorderachse 10 im wesentlichen starr
an der Unterseite eines nicht gezeigten Karosseriebodens verschraubt
und überbrückt einen
Mitteltunnel des Karosseriebodens.
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Die
elastischen Motorlager 40, 40' und 50 sind jeweils als übliche Gummi-Metall-Lager
mit hoher Dämpfung
ausgeführt.
Dabei sind die vorderen Motorlager 40 und 40' als Hydrolager
ausgeführt, während das
hintere Motorlager 50 ein hochdämpfendes Gummilager ist.
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Zu
seiner Abstützung
auf den Motorlagern 40 und 40' ist an die beiden einander gegenüberliegenden
Seitenwände
des Verbrennungsmotors 31 jeweils ein nach außen hin
abragender Lagerarm 41 bzw. 41' angeflanscht, der an seinem freien
Ende über
einen zugehörigen
Lagerzapfen am Motorlager 40 bzw. 40' befestigt ist.
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In
Verbindung mit 3 ist ersichtlich, dass der
weitgehend spiegelsymmetrisch um die Mittellängseben aufgebaute Integralträger 20 in Stahl-Schalenbauweise
ausgeführt
ist und einen etwa rechtförmigen
Umfang aufweist. Die beiden seitlichen Rahmenlängsträger 21 und 21' des Integralträgers 20 weisen
jeweils einen im wesentlichen rechtförmigen Hohlquerschnitt auf
und sind an ihren vorderen und hinteren Enden durch einen vorderen 22 bzw.
einen hinteren Querträger 23 des
Integralträgers 20 miteinander
verbunden.
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Die
Rahmenlängsträger 21 und 21' verlaufen an
ihren Oberseiten über
die gesamte Länge
im wesentlichen horizontal, während
ihre Unterseiten zur zugeordneten Durchtrittsöffnung 25 bzw. 25' hin jeweils
schräg
nach unten verläuft,
so dass der Querschnitt der Rahmenlängsträger 21 und 21' zur zugeordneten
Durchtrittsöffnung 25 bzw. 25' hin kontinuierlich
zunimmt. Somit wird die Schwächung
der Rahmenlängsträger 21 und 21' durch die Durchtrittsöffnungen 25 bzw. 25' zumindest teilweise
kompensiert.
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Die
Durchtrittsöffnungen 25 und 25' sind jeweils
im hinteren Drittel der Rahmenlängsträger 21 bzw. 21' angeordnet
und umlaufend von einem geschlossen kreisförmigen Rahmen der Außenwand zugeordneten
Rahmenlängsträgers 21 bzw. 21' begrenzt. Die
Querschnitte der Durchtrittsöffnungen 25 und 25' sind jeweils
derart auf die Kinematik der Vorderachse 10 abgestimmt,
dass bei Ein- und Ausfedern sowie beim Einlenken der Räder Kollisionen zwischen
den seitlichen Antriebswellen 36 und 36' und den Rahmenlängsträgern 21 bzw. 21' zuverlässig vermieden
werden.
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Die
Rahmenlängsträger 21 und 21' sind an ihren
Oberseiten jeweils mit einer Aussparung 24 bzw. 24' versehen, welche
im Überdeckungsbereich mit
der seitlichen Durchtrittsöffnung 25 bzw. 25' des zugehörigen Rahmenlängsträgers 21 und 21' angeordnet
sind. Die kreisförmig
ausgebildeten Aussparungen 24 und 24' weisen jeweils
nahezu die gleiche Längserstreckung
wie die zugehörige
Durchtrittsöffnung 25 bzw. 25' auf und erstrecken
sich über
einen erheblichen Teil der Breite des zugeordneten Rahmenlängsträgers 21 bzw. 21'. Dabei ist
die Aussparung 24 von einem offenen, U-förmigen Rahmen
der oberen Wand des Rahmenlängsträgers 21 begrenzt, während die
Aussparung 24' vollständig von
einem schmalen kreisförmig
umlaufenden Rahmen des Rahmenlängsträgers 21' umschlossen
ist.
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In
ihren Abschnitt mit den Aussparungen 24 und 24' bilden die
Rahmenlängsträger 21 und 21' jeweils einen
Solldeformationsabschnitt 26 bzw. 26' mit einer reduzierten
Längssteifigkeit.
Im Falle eines Frontalaufpralls des Kraftwagens erfahren die Rahmenlängsträger 21 und 21' in diesen Solldeformationsabschnitten 26 bzw. 26' eine stärkere Längsdeformation,
wodurch eine das Risiko einer Blockbildung an den Durchführungen
der seitlichen Antriebswellen 36 und 36' vermieden werden
kann. Durch die fachwerkartige Bauteilstruktur der Rahmenlängsträger 21 und 21' in ihren Solldeformationsabschnitt 26 bzw. 26' kann der Freiraum
zwischen den Rändern der
Durchtrittsöffnungen 25 und 25' und der zugeordneten
seitlichen Antriebswelle 36 und 36' somit zur Solldeformation genutzt
werden.
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In
Verbindung mit 4 ist ersichtlich, dass die
vorderen Motorlager 40 und 40' jeweils auf der Oberseite des
Rahmen längsträgers 21 bzw. 21' ihrer Wagenseite
befestigt sind und die zugehörige
Durchtrittsöffnung 25 bzw. 25' an der Oberseite überdecken.
Die Motorlager 40 und 40' sind dabei jeweils über eine
zugehörige
steife Grundplatte 42 bzw. 42' aus Metall gehalten, die auf der
Oberseite des zugehörigen
Rahmenlängsträgers 21 bzw. 21' aufliegt und die
Aussparung 24 bzw. 24' des zugehörigen Rahmenlängsträgers 21 bzw. 21' überspannt.
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Die
Grundplatten 42 bzw. 42' weisen jeweils einen an den Durchmesser
des zugehörigen
Motorlagers 40 bzw. 40' angepassten kreisförmigen Umfang auf,
der nach vorn und hinten jeweils um eine Befestigungslasche verlängert ist.
An diesen Befestigungslaschen sind die Grundplatten 42 bzw. 42' jeweils über nicht
gezeigte Schrauben in einer zugehörigen Befestigungsbuchse 27 bzw. 27' verschraubt,
die jeweils unmittelbar vor bzw. hinter der zugehörigen Aussparung 24 bzw. 24' in die Oberseite
des zugehörigen
Rahmenlängsträgers 21 bzw. 21' eingelassen sind.
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Durch
die Überbrückung der
Aussparungen 24 und 24' durch die steifen Grundplatten 42 bzw. 42' der Motorlager 40 bzw. 40' weisen die
Rahmenlängsträger 21 und 21' auch im Bereich
ihrer Solldeformationsabschnitte 26 und 26' eine hohe Steifigkeit
in Hoch- und Querrichtung auf, so dass die Einleitung von Motorvibrationen
in den Integralträger 20 deutlich
reduziert ist.
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Im
Falle eines Frontalaufpralls des Kraftwagen knicken die Grundplatten 42 und 42' oberhalb eine
konstruktiv vorgegebenen Längsbeaufschlagung
nach oben aus und ermöglichen
so die weitgehend unbehinderte Längs-Deformation
des zugehörigen
Rahmenlängsträgers 21 bzw. 21' im Bereich
seines Solldeformationsabschnittes 26 bzw. 26'.
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Die
Rahmenlängsträger 21 und 21' können somit
aufgrund ihrer fachwerkartigen Bauteilstruktur optimal auf die teilweise
gegenläufigen
Anforderungen bezüglich
Steifigkeit, Betriebsfestigkeit und Crashsicherheit abgestimmt werden.
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Der
Integralträger 20 bildet
einen zentralen Tragrahmen für
die verschiedenen Aggregate der Vorderachse 10 und weist
zu seiner Befestigung an der Karosserie des Kraftwagens insgesamt
vier Befestigungsstellen 28 auf, die jeweils nahe eines
zugehörigen
Eckbereiches des Integralträgers 20 angeordnet
sind. Bei der Befestigung der Vorderachse 10 an der Karosserie,
wird der Integralträger 20 an
seinen Befestigungsstellen 28 jeweils im wesentlichen starr
mit der Unterseite eines zugehörigen
unteren Längsträgers einer
nicht gezeigten Vorbaustruktur der Karosserie verschraubt.
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Der
Integralträger 20 kann
anstelle der Schraubverbindungen auch über elastisch-dämpfende
Lager an der Vorbausstruktur der Karosserie befestigt sein und somit
einen Fahrschemel bilden.
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Bei
der Montage der Vorderachse 10 werden zunächst die
Querlenker 12 und 12' sowie 14 und 14' und die Antriebseinheit
30 am Integralträger 20 vormontiert,
wobei die seitlichen Antriebswellen 36 und 36' jeweils durch
die zugehörige
Durchtrittsöffnung 25 bzw. 25' durchgesteckt
werden. Anschließend wird
die komplette Vorderachse 10 gemeinsam mit der nicht gezeigten
Hinterachse und dem ebenfalls nicht gezeigten Hinterachs-Triebstrang
von unten an die Karosserie herangeführt und mit dieser verschraubt.