DE102005045297A1

DE102005045297A1 - Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005045297A1
Application number: DE200510045297
Authority: DE
Inventors: Tobias Kramer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-23
Also published as: DE102005045297B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Rahmenelement (11a; 12a) und einem zweiten Rahmenelement (11b; 12b), wobei das erste (11a; 12a) und das zweite Rahmenelement (11b; 12b) im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs zueinander angeordnet sind und als Gussknoten ausgebildet sind, und einem Deformationsbereich (11c; 12c), wobei der Deformationsbereich (11c; 12c) zwischen dem ersten (11a; 12a) und dem zweiten Rahmenelement (11b; 12b) angeordnet ist und mit einer veränderbaren Deformationsstruktur ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Rahmenelement und einem im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs dazu angeordneten zweiten Rahmenelement, sowie einem Deformationsbereich.

Rahmenkonstruktionen für ein Kraftfahrzeug sind in vielfältiger Weise bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 58 113 A1 ist ein Hilfsrahmenmodul bekannt, welches eine vordere und eine hintere Quertraverse aufweist, wobei die Quertraversen über zwei Längstraversen zu einem geschlossenen Hilfsrahmen verbunden sind. Die vordere Quertraverse weist an ihren Enden jeweils einen in Richtung einer Längstraverse umgebogenen Schenkel auf, an welche die Längstraversen anschließen. Der Hilfsrahmen besitzt je Fahrzeugseite mindestens vier Befestigungsstellen zur lösbaren Befestigung an der Fahrzeugkarosserie. Eine Befestigungsstelle an der Längstraversen ist zur biege- und momentensteifen Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie ausgebildet. An der vorderen Quertraverse ist eine flächenhafte Bodenabdeckung vorgesehen. Die hintere Quertraverse weist ein wannenförmiges, nach oben offenes Querschnittprofil auf, in dem Aggregate des Fahrzeugs aufgenommen sind. Sowohl die Längs- als auch die Quertraversen sind zur Energieabsorption in einem Crashfall des Kraftfahrzeugs ausgebildet.

Des Weiteren ist aus der DE 197 30 404 B4 ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bekannt, der in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Seitenteile umfasst. Diese Seitenteile werden durch in Fahrzeugquerrichtung verlaufende obere und untere Querelemente zu einem Kastenprofil verbunden, das in Längsrichtung unter crashbedingten Längskräften verformbar ist. Die Seitenteile sind an Konsolen eines Längsträgers angelenkt derart, dass zwischen dem Längsträger und der Befestigungsebene der Seitenteile ein Freiraum verbleibt. Die Seitenteile weisen eine Auskröpfung derart auf, dass trotz der durch die Seitenteile bedingten Aussteifung der Längsträger noch eine gezielte Verformung der Längsträger in einem Crashfall möglich ist.

Des Weiteren ist in 1 ein bekannter Achsträger für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Die Darstellung in 1 zeigt dabei lediglich einen in Fahrzeugrichtung (Pfeilrichtung) auf der linken Seite des Kraftfahrzeugs angeordneten Ausschnitts eines Achsträgers 1. Auf der rechten Seite des Kraftfahrzeugs ist ein analog dazu ausgestalteter Achsträger ausgebildet. Der bekannte Achsträger 1 ist im Allgemeinen aus Materialien wie Stahl oder Aluminium hergestellt. Darüber hinaus sind derartige Achsträger 1 mit mehreren Verschraubungen mit der Karosserie verbunden. In 1 sind zwei auf dieser linken Seite angeordnete Verschraubungen 2 und 3 gezeigt. Im Allgemeinen sind bei derartigen Achsträgern zwischen vier und acht Verschraubungspunkte mit der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. Darüber hinaus ist in 1 ein Anbindungsbereich 4 für Nebenaggregate gezeigt. Da aufgrund technischer Belange meist große so genannte Abstützbasen gewünscht sind, deren Ausmaße w sich in 1 zwischen den Verschraubungen 2 und 3 erstrecken, und die Befestigung des Achsträgers 1 zumeist an einem Längsträger erfolgt, sind derartige Achsträger 1 im Allgemeinen Bestandteil einer Crashstruktur. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, bereits bei der Konzeption des Achsträgers 1 definierte Deformationsbereiche festzulegen. Ein Deformationsbereich 5, wie er in 1 gezeigt ist, ist somit quasi fest vorgegeben und kann nicht mehr verändert werden. Ein derartiger Deformationsbereich 5 ist somit in seiner Lage und Gestaltungsmöglichkeit sehr limitiert, wodurch sich die Einstellung eines gewünschten Deformationsverhaltens des Achsträgers 1 sehr schwierig gestaltet und durch eine einmal gewählte Konzeptionierung fest vorgegeben ist.

Bei dem in 1 bekannten Achsträger 1 reduziert sich der verfügbare Deformationsbereich dann, wenn die Abstützbasis verringert wird. Ebenso erfolgt eine derartige Reduzierung des verfügbaren Deformationsbereichs dann, wenn der Achsträger 1 als hochintegratives Bauteil mit Befestigungsmöglichkeiten 4 für Nebenaggregate ausgeführt wird, welche im normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs eine Anbindungsstruktur benötigen, die in einem Crashfall nicht deformiert. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass ein pauschales Variieren der Deformationsschwellast, welches zusätzliches Gewicht durch zusätzliche Elemente erzeugt, im Widerspruch zu den für das Bauteil festgelegten Gewichtszielen steht. Darüber hinaus muss ein für eine Basisfahrzeugklasse ausgelegter Achsträger für abgeleitete Derivate hin sichtlich Crashverhalten und damit auch für alle anderen Anforderungen in aufwändiger Weise neu ausgelegt werden.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung einen Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher ein verbessertes Deformationsverhalten aufweist.

Ein erfindungsgemäßer Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement, wobei das zweite Rahmenelement im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs zum ersten Rahmenelement angeordnet ist. Darüber hinaus weist der Trägerrahmen auch ein Deformationselement bzw. einen Deformationsbereich auf. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Deformationsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Rahmenelement angeordnet ist und mit einer veränderbaren bzw. variablen Deformationsstruktur ausgebildet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Deformationsverhalten des Trägerrahmens individuell und flexibel eingestellt werden kann. Das Deformationsverhalten des Trägerrahmens kann dadurch in einem Crashfall wesentlich verbessert werden und im Hinblick auf eine optimale Verformung konzipiert werden. Darüber hinaus ist es durch den erfindungsgemäßen Trägerrahmen möglich, eine Basisstruktur aus Rahmenelementen und einem Deformationsbereich zu schaffen, welches für eine Mehrzahl an Derivaten einer Basisfahrzeugklasse verwendet werden kann. Durch die veränderbare Deformationsstruktur des Deformationsbereichs kann dann in individueller Weise eine Anpassung des Deformationsverhaltens an den jeweiligen Kraftfahrzeugtyp bzw. die jeweilige Kraftfahrzeugklasse eingestellt werden.

In vorteilhafter Weise ist der Deformationsbereich zur Aufnahme von Materialien zum variablen Einstellen des Deformationsverhaltens ausgebildet. Abhängig davon, welche und wie viel Materialien zusätzlich in den Deformationsbereich eingebracht werden, kann somit das Deformationsverhalten präzise eingestellt werden.

Der Deformationsbereich ist in bevorzugter Weise derart ausgebildet, dass ein Einbringen des Materials nach dem Ausbilden des Deformationsbereichs bzw. nach dem Ausbilden des Deformationselements zwischen den beiden Rahmenelementen durchführbar ist. Gemäß der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Einbringen des Materials zum variablen Einstellen des Deformationsverhaltens auch noch dann erfolgen kann, wenn der Trägerrahmen bereits an der Fahrzeugkarosserie fest angeschraubt oder in sonsti ger Weise befestigt ist. Dies ermöglicht ein präzises Einstellen des Deformationsverhaltens auch noch zu relativ späten Zeitpunkten der Fertigung des Kraftfahrzeugs. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Einbringen des Materials im Anschluss an die Herstellung des Trägerrahmens durchführbar ist.

In vorteilhafter Weise weist der Deformationsbereich zumindest einen Öffnungsbereich auf, durch den das Material einbringbar ist. Es kann somit erreicht werden, dass der Deformationsbereich selbst in seiner Außenstruktur eine bereits im Hinblick auf das Deformationsverhalten optimierte Geometrie und Formgebung aufweist und zumindest einen in leicht zugänglicher Weise ausgebildeten Öffnungsbereich aufweist, welcher das Befüllen des Deformationsbereichs mit einem entsprechenden Material aufwandsarm gestaltet.

Der Trägerrahmen ist in vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet, wobei das Deformationselement bzw. der Deformationsbereich in dem Trägerrahmen zwischen dem ersten und dem zweiten Rahmenelement integriert ist.

Der Deformationsbereich ist bevorzugt zumindest teilweise als Rohrstruktur ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Deformationsbereich zumindest teilweise als Profilteil ausgebildet ist. Wesentlich für die Formgebung des Deformationsbereichs ist lediglich, dass ein Einbringen von zusätzlichem Material ermöglicht wird. Dadurch ergibt sich auch über die vorab genannten speziellen Ausgestaltungen eine Mehrzahl an zusätzlichen Formgebungen des Deformationsbereichs, welche abhängig von der jeweiligen Situation sowie Fertigungsverfahren realisiert werden können.

In vorteilhafter Weise ist das Material, welches zum variablen Einstellen des Deformationsverhaltens in den Deformationsbereichs einbringbar ist, ein Aluminiumschaumgranulat. Insbesondere ist dieses Material ein selbstklebendes Aluminiumschaumgranulat.

Das erste und das zweite Rahmenelement sind in vorteilhafter Weise als Rahmenknoten, insbesondere als Gussknoten, ausgebildet, wobei dadurch der Trägerrahme als Gussknotenkonstruktion ausgeführt werden kann.

Der Trägerrahmen kann auch ein Fahrschemel eines Kraftfahrzeugs sein. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsichtdarstellung auf einen Teilbereich eines aus dem Stand der Technik bekannten Achsträgers; und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Trägerrahmens.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug in vereinfachter Weise dargestellt. 2 zeigt dabei eine Draufsichtdarstellung. Im Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug als Achsträger 1' und 1'' ausgebildete Trägerrahmen auf, welche insbesondere für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sind. Darüber hinaus sind die Achsträger 1' und 1'' als Gussknotenkonstruktion ausgeführt. Die Achsträger 1' und 1'' sind im Ausführungsbeispiel an nicht dargestellten Längsträgern des Kraftfahrzeugs befestigt. Wie aus der Darstellung in 2 zu erkennen ist, sind die Achsträger 1' und 1'' in Fahrtrichtung (Pfeilrichtung) symmetrisch zueinander angeordnet und sind somit sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Der auf der rechten Seite des Kraftfahrzeugs angeordnete Achsträger 1' weist ein erstes Rahmenelement auf, welches im Ausführungsbeispiel als erster Gussknoten 11a ausgeführt ist. Des Weiteren weist der Achsträger 1' ein zweites Rahmenelement auf, welches im Ausführungsbeispiel als zweiter Gussknoten 11b ausgeführt ist. Wie aus der Darstellung in 2 zu erkennen ist, sind die beiden Gussknoten 11a und 11b in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs hintereinander angeordnet und im Wesentlichen an Eckpunkten der gesamten Konstruktion ausgebildet. Zwischen den Gussknoten 11a und 11b ist ein Deformationselement bzw. ein Deformationsbereich 11c ausgebildet. Der Deformationsbereich 11c ist im Ausführungsbeispiel rohrförmig gestaltet und ebenfalls in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs bzw. in Fahrtrichtung (Pfeilrichtung) orientiert.
Der Deformationsbereich 11c weist zumindest eine nicht dargestellte Öffnung auf, durch welche selbstklebendes Aluminiumschaumgranulat einbringbar ist. Das Einbringen dieses selbstklebenden Aluminiumschaugranulats kann dabei nach der Herstellung des Achsträgers 1' erfolgen. Dadurch kann die nachträglich veränderbare Deformationsstruktur des Deformationsbereichs 11c derart ausgestaltet werden, dass das Deformationsverhalten des Achsträgers 1' in variabler Weise einstellbar ist.
Die Gussknotenpunkte 11a und 11b und der Deformationsbereich 11c sind im Ausführungsbeispiel einstückig als Gussträger ausgebildet, wobei dadurch der Deformationsbereich 11c integriert zwischen den Gussknoten 11a und 11b ausgebildet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Deformationsbereich 11c durch einen nachträglichen Montagevorgang zwischen den Gussknoten 11a und 11b angeordnet wird.
Der erfindungsgemäße Achsträger 1' auf der rechten Seite des Kraftfahrzeugs ist, wie in 2 zu erkennen ist, analog zur Ausgestaltung des Achsträgers 1'' auf der linken Seite ausgebildet. Dabei weist der Achsträger 1'' ebenfalls einen ersten bzw. vorderen Gussknoten 12a sowie einen hinteren bzw. zweiten Gussknoten 12b auf. Die Gussknoten 12a und 12b entsprechen dabei wiederum einem ersten bzw. einem zweiten Rahmenelement. Auch auf dieser linken Seite ist ein Deformationsbereich 12c zwischen diesen Gussknoten 12a und 12b angeordnet und als Rohstruktur ausgebildet. Wie in 2 in schematischer Weise gezeigt ist, sind die beiden Gussknoten 11a und 12a über eine Querverbindung 13 miteinander verbunden. Der Achsträger 1' und 1'' mit den Teilelementen 11a bis 11c, 12a bis 12c und dem Querträger 13 können einstückig ausgebildet sein, und durch einen Gießprozess hergestellt werden.
Die jeweils zwischen den Gussknoten 11a und 11b bzw. 12a und 12b angeordneten Deformationsbereiche 11c bzw. 12c können somit durch nachträgliches Auffüllen mit einem entsprechenden Material in ihren Eigenschaften hinsichtlich Crashverhalten und/oder Akustik und/oder Steifigkeit bzw. Festigkeit gezielt beeinflusst werden. Die Eigenschaften der zumindest teilweise befüllten Deformationselemente bzw. Deformationsbereiche 11c und 12c können durch die Porengröße und/oder die Dichte und/oder die Legierung und/oder einen Klebstoff und/oder durch den Füllstand und/oder die Anordnung des Füllmaterials gezielt beeinflusst werden. Das Füllmaterial wird in bevorzugter Weise dabei derart gewählt, dass keine akustische Beeinflussung auftritt und, dass sich dieses Füllmaterial mit der Außenkontur und den Granulatkugeln untereinander verbindet. Des Weiteren tritt keine thermische Beeinflussung und damit auch kein einhergehender Eigenschaftsverlust des Grundmaterials aufgrund geringer Fixiertemperaturen auf. Durch die Erfin dung kann erreicht werden, dass lediglich ein Trägerrahmen für ein Basisfahrzeug einer Baureihe entwickelt werden muss, wobei dabei die Auslegung hinsichtlich Betriebsfestigkeit für alle Derivate gleich ist und das geänderte Beanspruchungsprofil hinsichtlich dem Crashverhalten durch das variable Befüllen der Deformationsbereiche bzw. Deformationselemente eingestellt werden kann.

Claims

Trägerrahmen für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Rahmenelement (11a; 12a) und einem zweiten Rahmenelement (11b; 12b), wobei das erste (11a; 12a) und das zweite Rahmenelement (11b; 12b) im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs zueinander angeordnet sind, und einem Deformationsbereich (11c; 12c), dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsbereich (11c; 12c) zwischen dem ersten (11a; 12a) und dem zweiten Rahmenelement (11b; 12b) angeordnet ist und mit einer veränderbaren Deformationsstruktur ausgebildet ist.
Trägerrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsbereich (11c; 12c) zur Aufnahme von Materialien zum variablen Einstellen des Deformationsverhaltens ausgebildet ist.
Trägerrahmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsbereich (11c; 12c) derart ausgebildet ist, dass ein Einbringen des Materials nach der Fertigung des Trägerrahmens durchführbar ist.
Trägerrahmen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsbereich (11c; 12c) zumindest einen Öffnungsbereich aufweist, durch den das Material einbringbar ist.
Trägerrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsbereich (11c; 12c) zumindest teilweise als Rohrstruktur ausgebildet ist.
Trägerrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsbereich (11c; 12c) zumindest teilweise als Profilteil ausgebildet ist.
Trägerrahmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einbringbare Material Aluminiumschaumgranulat, insbesondere selbstklebendes Aluminiumschaumgranulat, ist.
Trägerrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerrahmen ein Achsträger (1'; 1''), insbesondere für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs, ist.
Trägerrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerrahmen an einem Längsträger des Kraftfahrzeugs befestigt, insbesondere bewegbar befestigt, ist.
Trägerrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Rahmenelement als Rahmenknoten, insbesondere als Gussknoten (11a; 11b; 12a, 12b), ausgebildet sind.