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Die
Erfindung betrifft einen als Fahrschemel ausgebildeten Hilfsrahmen
für Kraftfahrzeuge
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Als
Fahrschemel ausgebildete Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge, die auch
als Achsträger
bezeichnet werden, sind allgemein bekannt und werden regelmäßig mit
der Karosserie über
entsprechende Anbindungsstellen verschraubt. Derartige Hilfsrahmen können sowohl
im Bereich der Vorderachsen als auch im Bereich der Hinterachsen
Verwendung finden.
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Aus
der
EP 0 274 993 A1 ist
ein gattungsgemäßer Hilfsrahmen
für Kraftfahrzeuge
bekannt, auf dem ein Antriebsaggregat abstützbar ist. Der Hilfsrahmen
weist eine Grundplatte auf, an der frontseitig ein Profilteil befestigt
ist, um eine Gehäusestruktur zusammen
mit der Frontseite der Grundplatte bereitzustellen. Aus der
DE 196 06 506 A1 ist
ein Fahrzeugaufbau mit einer Trägerplatte
bekannt, die unterhalb eines Antriebsaggregats angeordnet ist. Die Trägerplatte
besteht aus zwei einen Querträger
aufweisenden trapezförmigen
Segmenten. Diese weisen am Rand umlaufende Profilabschnitte auf,
die im Querschnitt U-förmig
ausgebildet sind.
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Aus
der
EP 0 941 912 B1 ist
ein als Fahrschemel ausgebildeter Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge bekannt, auf
dem sich ein Antriebsaggregat abstützt. Der Hilfsrahmen weist
seitliche Hilfsrahmen-Längsträger auf,
zwischen denen ein flächiges Versteifungselement
vorgesehen ist. Dadurch soll die für die Fahrwerkspräzision und
den Fahrkomfort entscheidende Quersteifigkeit des Hilfsrahmens erhöht werden.
Neben der Steifigkeitserhöhung
wirkt das Versteifungselement als eine Geräuschkapsel, die das Antriebsaggregat
bodenseitig akustisch abschirmt.
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Das
flächige
Versteifungselement ist ein, in einem Tiefziehverfahren geformtes
wannenförmiges Blechteil
mit gleichmäßiger Wandstärke sowie
zusätzlichen
Versteifungssicken, um die Versteifungswirkung zu steigern. Das
als Versteifungselement verwendete wannenförmige Blechteil als solches weist
nur eine geringe Geräusch-Absorptionsfähigkeit
auf, so dass es zur Geräuschdämmung mit
einem dämmenden
Material versehen wird. Dennoch kann das Blechteil aufgrund seiner
großflächigen Gestaltung
zu akustisch nachteiligen, betriebsbedingten Schwingungen angeregt
werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen als Fahrschemel ausgebildeten
Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge
bereitzustellen, der bei einer bauraumsparenden Gestaltung verbesserte
akustische Abschirmeigenschaften aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 ist das Versteifungselement zumindest
zweiteilig aus einem flächigen
Abschirmteil und einem Gerüstteil
gebildet, das das Abschirmelement trägt. Mit dieser zweiteiligen
Gestaltung kann einerseits die Versteifungsfunktion durch eine spezielle Auslegung
des Gerüstteils
des Versteifungselements erhöht
werden. Im wesentlichen unabhängig
davon kann andererseits die akustische Abschirmfunktion durch eine
spezielle Auslegung des Abschirmteils erhöht werden. Das erfindungsgemäße Versteifungselement
weist daher als ein Multifunktionsteil verbesserte Abschirm- und
Versteifungsfunktionen bei einer kompakten, bauraumsparenden Ausgestaltung
auf.
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Vorteilhaft
können
das Gerüstteil
und das Abschirmteil des Versteifungselements aus unterschiedlichen
Materialien gebildet sein. Die unterschiedlichen Materialien können entsprechend
der Funktion des Gerüstteils
und des Abschirmteils angepasst sein. So ist einerseits das Gerüstteil als
eine formstabile tragende Struktur auslegbar, während das Abschirmteil mit
reduzierter Formstabilität
aus einem geräuschdämmenden
Material geringer Materialstärke
gefertigt sein kann.
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Das
erfindungsgemäße Versteifungselement kann
somit die Geräuschkapsel
für das
Antriebsaggregat bilden. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das
Abschirmteil das Gerüstteil
und den Hilfsrahmen seitlich überragt,
um das Antriebsaggregat bodenseitig großflächig akustisch abzuschirmen.
Somit ist die Geräuschkapsel
ein Verbundbauteil, bestehend aus dem Gerüstteil und dem Abschirmteil.
Die Befestigungselemente des Gerüstteils
sind daher identisch mit den Befestigungselementen der Geräuschkapsel. Zusätzliche
Befestigungselemente sowie Bauraum zur Befestigung einer separaten
Geräuschkapsel werden
daher eingespart. Im Gegensatz zu einer solchen separaten Geräuschkapsel
kann das erfindungsgemäße Versteifungselement
in einer Verbundbauweise als eine einfach handhabbare Baueinheit
mit sehr geringer Bauhöhe
von 17 bis 21 mm gestaltet sein. Diese Baueinheit weist einerseits
die Funktion eines, den Hilfsrahmen versteifenden Elements, und
andererseits die Funktion einer Geräuschkapsel auf.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann das flächige
Abschirmteil des Versteifungselements als ein geräuschdämmendes
Kunststoffteil und das Gerüstteil
aus Metall, beispielsweise aus Aluminiumstrangpressprofilen, gebildet
werden. Ein solcher Verbund ist äußerst steif
bei reduziertem Gewicht.
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Das
Gerüstteil
ist erfindungsgemäß ein fachwerkartiges
Gebilde, das trotz eines reduzierten Gewichts besonders formstabil
ist. Ein solches Fachwerk weist Streben auf, die voneinander beabstandet sind
und in Knotenpunkten zusammengeführt
sind. Die Streben begrenzen dabei Strebenzwischenräume. Diese
sind vom flächigem
Abschirmelement überdeckt
und geschlossen, um eine akustische Abschirmwirkung zu erzielen.
Das erfin dungsgemäße Versteifungselement
schließt
daher bodenseitig den Antriebsaggregats-Raum ohne Zwischenlage eines großflächigen Blechteils.
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Wie
oben erwähnt
ist, wirkt das erfindungsgemäß bereitgestellte
Verbundbauteil, bestehend aus dem Gerüstteil und dem Abschirmteil,
sowohl als Versteifungselement als auch als Geräuschkapsel. Insbesondere bei
einem Kunststoff-Abschirmteil können
in einfacher Weise zusätzliche
Funktionselemente, beispielsweise im Rahmen eines Kunststoffspritzverfahrens,
in das Abschirmteil integriert werden.
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So
kann in dem Abschirmteil des Versteifungselements zumindest ein
Lufteinlass für
eine Kühlluftströmung zum
Antriebsaggregat (etwa eine sogenannte NACA-Düse) mit entsprechender Luftführungsgeometrie
in das Abschirmelement geformt werden. Ein solcher Lufteinlass kann
in der Unterseite des Abschirmteils als ein rampenförmig verlaufender
Luftkanal geformt sein, dessen Rückseite
mit einer Luftöffnung
abschließt.
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Damit
eine Luftführungsgeometrie
des oben erwähnten
Kühllufteinlasses
nicht beeinträchtigt
wird, kann der Lufteinlass vorzugsweise außerhalb des Gerüstteils
in dem Abschirmteil geformt werden.
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Für eine geringe
Bauhöhe
des Versteifungselements ist es von Vorteil, wenn das Gerüstteil in dem
Abschirmteil formschlüssig
eingebettet ist. Dies kann bevorzugt durch einen Eingießvorgang
des Gerüstteils
in das Abschirmteil erreicht werden. In diesem Fall kann das Abschirmteil
eine Kunststoffschicht oder eine Kunststoffmatte sein, die das Gerüstteil ummantelt.
Die Gesamt-Materialdicke
des so erhaltenden Verbundbauteils kann bei ca. 20 mm liegen.
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Bevorzugt
ist es, wenn das Gerüstteil
Anbindungspunkte aufweist, über
die es am Hilfsrahmen befestigbar ist. Dabei kann das Gerüstteil – mit Ausnahme seiner
Anbindungspunkte – vollständig vom Abschirmteil
ummantelt sein. Die Anbindungspunkte des Gerüstteils sind in diesem Fall
freigelegt, um eine Montage des Versteifungselements am Hilfsrahmen zu
ermöglichen.
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Bevorzugt
kann in dem flächigen
Abschirmteil eine Zugangsöffnung
ausgebildet sein, durch die beispielsweise eine Befestigungsschraube
zum korrespondierenden Anbindungspunkt des Gerüstteils geführt werden kann.
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Nachfolgend
sind zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der beigefügten
Figuren beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 in
einer Perspektivansicht von oben einen Hilfsrahmen mit einem erfindungsgemäßen Versteifungselement
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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2 bis 4 jeweils
vergrößerte Teilschnittansichten
aus der 1; und
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5 in
einer Perspektivansicht von oben das Versteifungselement gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
in Alleinstellung.
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In
der 1 ist grob schematisch ein Vorderachshilfsrahmen 1 gezeigt,
der zwei einander gegenüberliegende
seitliche Hilfsrahmen-Längsträger 3 aufweist,
die in der Fahrtrichtung I frontseitig mit Knotenteilen 5 versehen
sind, die gemäß der 1 kastenförmig gebildete
Gussknoten sind. Die Hilfsrahmen-Längsträger 3 sind über ihre
vorderen Gussknoten 5 mit einem Hilfsrahmen-Querträger 7 in
Verbindung, so dass der Hilfsrahmen 1 insgesamt in etwa U-förmig gestaltet
ist. An ihren freien Enden sind die beiden Hilfsrahmen-Längsträger 3 mit
in der Fahrtrichtung I rückseitigen Gussknoten 9 versehen.
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Der
Hilfsrahmen 1 ist über
seine Anbindungsstellen 11 mit der Fahrzeugkarosserie verschraubbar.
Die Anbindungsstellen 11 sind jeweils in den beiden vorderen
Gussknoten 5 und den beiden hinteren Gussknoten 9 vorgesehen.
Weiterhin ist in jedem der vorderen Gussknoten 5 jeweils
eine Lenkungsgasse 13 und eine Lenkerkonsole 15 geformt. Durch
die Lenkungsgasse 13 ist ein nicht gezeigtes Lenkungsgetriebe
geführt,
während
in den jeweiligen vorderen Lenkerkonsolen 15 ein nicht
gezeigter Querlenker gehaltert ist. In den hinteren Gussknoten 9 sind
neben den Anbindungsstellen 11 hintere Lenkerkonsolen 17 gebildet,
in denen ebenfalls ein Querlenker gehaltert werden kann.
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Zur
Erhöhung
der Steifigkeit des Hilfsrahmens 1 ist in der 1 ein
Versteifungselement 19 vorgesehen. Das Versteifungselement 19 ist
hier ein Gerüstteil,
das ein später
beschriebenes flächiges Abschirmteil 31 trägt. Dieses
Gerüstteil 19 ist
in der Fahrzeughochachsenrichtung von unten an Befestigungskonsolen 21 des
Hilfsrahmens 1 montiert. Die Befestigungskonsolen 21 für das Gerüstteil 19 sind jeweils
an den vorderen und an den hinteren Gussknoten 5, 9 angeformt.
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In
der 1 ist das Gerüstteil 19 ein
Strebenkreuz mit Diagonalstreben 23. Das Strebenkreuz ist
mit seinen Diagonalstreben 23 durch Längsstreben 25 und
Querstreben 27 vollständig
eingerahmt. Die Diagonalstreben 23 sind über ein
angedeutetes Mittelknotenteil 29 sowie über Seitenknotenteile 30 mit
den Längs-
und Querstreben 25, 27 verbunden. Die Streben
sind beispielhaft Aluminiumstrangpressprofile, während die Knotenteile Aluminiumgussknotenteile
sind.
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Gemäß der 1 ist
das Gerüstteil 19 mit seinen
Streben 23, 25, 27 in das flächige Kunststoff-Abschirmteil 31 eingegossen.
Das Gerüstteil 19 und
das Abschirmteil 31 bilden somit ein Verbundbauteil, das
als ein Multifunktionsteil mehrere Funktionen bewirkt. So versteift
das Verbundbauteil mit seinem Gerüstteil 19 den Hilfsrahmen 1,
während
das Abschirmteil 31 des Verbundbauteils die eigentliche Geräuschkapsel
für die
Brennkraftmaschine bildet. Das Abschirmteil 31 des Verbundbauteils
ist an seinem rückseitigen
Ende mit einem strichpunktiert angedeuteten Unterboden 33 verbunden.
Frontseitig weist das Abschirmteil 31 seitliche Befestigungslappen 34 zur
Montage am jeweiligen Radhaus auf. Dabei bildet das Versteifungselement 19 mit
seinen Streben 23, 25, 27 ein Fachwerk,
das von dem als Kunststoffschicht gebildeten Abschirmteil 31 ummantelt
ist. Die von den Streben 23, 25, 27 rahmenartig begrenzten
Strebenzwischenräume 35 sind
gemäß der 1 von
dem Kunststoffmantel überdeckt
und vollständig
geschlossen.
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Durch
das eingegossene Gerüstteil 19 ist
die Formstabilität
des flächigen
Abschirmteils 31 erhöht. Demzufolge
ist gemäß der 2 eine
Materialstärke s
von ca. 3 mm bereits ausreichend, um einerseits eine akustischen
Abschirmung zu gewährleisten
und andererseits das Antriebsaggregat vor mechanischen Beschädigungen,
Schmutz oder Spritzwasser zu schützen.
Wie es aus der 2 hervorgeht, ist das Strebenkreuz
mit seinen Streben mit einer Kunststoffschicht in einer Verbundbauweise
vollständig ummantelt,
bei der die gezeigte Diagonalstrebe 23 formschlüssig in
dem Kunststoff-Abschirmteil 31 eingebettet ist. Mit der
Materialstärke
s von ca. 3 mm ergibt sich in der 2 aufgrund
der Verbundbauweise eine geringe Bauhöhe des Verbundbauteils von
insgesamt ca. 20 mm, während
das Kunststoff-Abschirmteil 31 in der Querrichtung das
Gerüstteil 19 zusätzlich versteift.
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Wie
aus der 1 hervorgeht, ist das Gerüstteil 19 vollständig von
dem Kunststoff-Abschirmteil 31 ummantelt. Die in den Eckknotenteilen 30 des Gerüstteil 19 gebildeten
Anbindungspunkte 37 sind dagegen freigelegt, wie es in
den 3 und 4 vergrößert gezeigt ist. Der gezeigte
Anbindungspunkt 37 des Gerüstteils 19 ist demzufolge
ein Schraubloch, das in jeweils einer Montage-Halbschale 39 des
Eckknotenteils 30 vorgesehen ist. Gemäß den 3 und 4 ist
das Gerüstteil 19 mit
seiner Montage-Halbschale 39 in Anlage mit einer Unterseite
der entsprechenden Befestigungskonsole 21 des Hilfsrahmen-Längsträgers 3 und
mittels einer Befestigungsschraube 41 mit zugehöriger Befestigungsmutter
mit der Konsole 21 verbunden. Für einen einfachen Zugang zur
Befestigungsschraube 41 ist in dem Kunststoff-Abschirmteil 31 eine
Zugangsöffnung 43 gebildet.
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Gemäß der 1 sind
in dem die Geräuschkapsel
bildenden Abschirmteil 31 zusätzliche Lufteinlässe 45 geformt,
durch die während
der Fahrt eine Kühlluftströmung zum
Getriebe des Antriebsaggregats geführt wird. Jeder der Lufteinlässe 45 weist
einen sich an der. Bodenseite der Geräuschkapsel 31 erstreckenden
Kühlluftkanal 47 auf,
der rampenartig in den Antriebsaggregats-Raum hineinragt und rückseitig
mit einer rechteckigen Luftöffnung 49 abschließt. Somit
bilden die Lufteinlässe 45 auf
der dem Antriebsaggregat zugewandten Seite der Geräuschkapsel
haubenartige Vorsprünge,
die rückseitig
die erwähnten
Luftöffnungen 49 aufweisen.
Um die Lufteinlassgeometrie und damit den Kühlluftstrom zu dem Getriebe
nicht zu beeinträchtigen,
sind die Lufteinlässe 45 in
Fahrtrichtung I hinter dem Gerüstteil 19 des Abschirmteils 31 angeordnet.
Die in der Fahrtrichtung I langgestreckten Luftkanäle 47 der
Lufteinlässe 45 sind
daher in ihrer Geometrie nicht durch die hintere Querstrebe 27 des
Gerüstteils 19 beeinträchtigt.
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Das
Verbundbauteil aus dem Gerüstteil 19 und
dem Abschirmteil 31 ist gemäß dem in der 5 gezeigten,
zweiten Ausführungsbeispiel
ebenfalls in Form einer Geräuschkapsel
gebildet. Die Raumansicht der 5 zeigt
die Geräuschkapsel
in Alleinstellung. Im Unterschied zur Geräuschkapsel der 1 ist
das Gerüstteil 19 ohne
der hinteren Querstrebe 27 gebildet. Die Diagonalstreben 23 grenzen daher
einen in der Fahrtrichtung I zurückspringenden, dreieckförmigen Flächenabschnitt 51 ein.
In diesen Flächenabschnitt 51 ragen
gemäß der 5 teilweise
die Lufteinlässe 45.
Die Lufteinlässe 45 sind daher
im Vergleich zum Ausführungsbeispiel
der 1 in Fahrtrichtung I nach vorne verlagert,
ohne dass deren Geometrien durch die Streben des Gerüstteils 19 beeinträchtigt sind.
Die 5 zeigt das in dem Abschirmteil 31 eingebettete
Gerüstteil 19.
Das Gerüstteil 19 ist
dabei an seinen Eckknotenteilen 30 freigelegt, um eine
bodenseitige Montage an dem Hilfsrahmen 1 zu ermöglichen.