DE102008010553A1

DE102008010553A1 - Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008010553A1
Application number: DE102008010553A
Authority: DE
Inventors: Michael Klandt; Reinhard Kunert; Jan Hogenmüller; Andreas Munzert; Norbert Schote
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-23
Also published as: GB2457591B; GB0902929D0; GB2457591A8; ITMI20090221A1; DE102008010553B4; GB2457591A; IT1393673B1; CN201484493U

Abstract

Der Hilfsrahmen für die Vorderachse eines Kraftfahrzeugs umfasst im Wesentlichen einen Querträger mit einem integrierten Crashelement, wobei mit dem Querträger endseitig Knotenelemente verbunden sind, an denen längs ausgerichtete Crashelemente eines Längsträgers befestigt werden. Am Knotenelement selbst sind Lagerungen für Lenker einer Radaufhängung vorgesehen sowie Lagerungen für eine Motoraufhängung. Über Verstärkungselemente im vorderen und hinteren Bereich des Hilfsrahmens wird eine optimale Seitensteifigkeit erzielt. Des Weiteren ist am vorderen Ende der Längsträger ein quer angeordneter Brückenträger angeordnet. Eine Verbindung des Hilfsrahmens mit dem Fahrzeugaufbau erfolgt über den Brückenträger, die Knotenelemente und über weitere Anbindung im Bereich der hinteren Crashelemente.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 199 09 945 C1 ist ein Fahrschemel bekannt, der ein Rahmengestell mit Längs- und Querträgern umfasst, wobei an den Längsträgern Lagerungen für Radführungslenker vorgesehen und am Rahmengestell Lagerungen für ein Antriebsaggregat angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hilfsrahmen zu schaffen, der zur Lagerung eines Antriebsaggregats und von Radführungslenkern als Vormontageeinheit ausgeführt ist, und der bei möglichen Crashfällen energieaufnehmend wirkt und stabile Lenkerlagerpunkte für eine Radaufhängung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass der Hilfsrahmen als eine Baueinheit vormontierbar und anbaubar ist und für die Vorderachse bzw. für die Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs eine versteifte Struktur durch Verstärkungselemente bildet und somit eine seitenstabile Anbindung der Lenkerlagerpunkte aufweist. In Längs- und Querrichtung besitzt der Hilfsrahmen eine optimale Energieaufnahme bei Crashsituationen durch eingesetzte Crashelemente in den Querträger und in die Längsträger. Dies wird insbesondere erreicht, indem mit einem Querträger des Hilfsrahmens jeweils stirnseitig Knotenelemente verbunden sind, die Knotenabschnitte zur Verbindung mit den Längsträgern und dem Querträger umfassen. Ein sich nach vorn – in Bezug auf die Fahrtrichtung – erstreckender erster Knotenabschnitt nimmt jeweils einen Längsträger mit einem Crashelement auf, an die sich stirnseitig ein quer angeordneter Brückenträger anschließt. Der sich – in Bezug auf die Fahrtrichtung – nach hinten erstreckende zweite Knotenabschnitt ist mit dem weiteren Längsträger verbunden der aus Crashelementen besteht, die am Knotenelement mittels eines Verstärkungselements gehalten werden.
Eine etwa mittige Befestigung des Hilfsrahmens am Fahrzeugaufbau erfolgt über die beiden Knotenelemente, welche als sogenannte Dome an den Längsseiten des Hilfsrahmens angeordnet sind. Diese sind kopfseitig mit dem Fahrzeugaufbau über Lagerpunkte verbindbar und fußseitig weisen diese Knotenelemente quer- und längs ausgerichteten Knotenabschnitte zur Verbindung mit den vorne und hinten liegenden Crashelementen sowie mit ein in den Querträger integriertes Crashelement auf. Insbesondere weisen die Knotenelemente jeweils in den quer nach innen ausgerichteten Knotenabschnitten eine Aufnahme für ein Lager eines Motors auf, wobei die eine Aufnahme in dem Knotenabschnitt kreisförmig geschlossen und die weitere Aufnahme halbkreisförmig geöffnet im Knotenabschnitt ausgeführt ist. Durch diese Knotenabschnitte am Knotenelement in Längs- und Querrichtung wird eine stabile Verbindung mit den anschließenden Crashelementen beispielsweise durch eine Schweißverbindung möglich. Aufgrund der Ausbildung des Knotenelements beispielsweise als Gussteil unter unmittelbarer Anbindung am Fahrzeugaufbau ist eine stabile Lagerung einer Brennkraftmaschine gewährleistet. Der nach hinten – in Bezug auf die Fahrtrichtung – längs erstreckende Knotenabschnitt weist jeweils außenseitig quer angeordnete Lageraufnahmen für einen Radführungslenker bzw. einen Querlenker auf. Des weiteren ist mit dem Knotenabschnitt ein erstes in Längsrichtung verlaufendes Crashelement verbunden, das Durchtrittsöffnungen für eine Lenkeinrichtung und einen Stabilisator aufweist. Dieses Crashelement umfasst einen Steg mit einer inneren Verrippung, das am freien Ende mit dem Knotenabschnitt des Knotenelements verbunden ist. Die zwei Durchtrittsöffnungen werden durch vertikal ausgerichtete Stützpfeiler begrenzt, die eine innere Verrippung besitzen. Mit diesem ersten Crashelement ist das zweite anschließende Crashelement verbunden, das ebenfalls mit einer inneren Verrippung versehen ist und sich am endseitigen Abstützpfeiler des ersten Crashelements abstützt und mit seinem freien hinteren Ende einer Karosseriestruktur des Fahrzeugaufbaus abstützend gegenübersteht.
Die Crashelemente sind nach der Erfindung auf dem Verstärkungselement angeordnet, das bodenseitig am Hilfsrahmen vorgesehen ist und mit x-förmigen Streben und mit längs verlaufenden Stegen ausgeführt ist und auf den Stegen die beiden Crashelemente gehalten werden, wobei das eine freie Ende des Steges mit dem Knotenelement und das abgekehrte andere freie Ende mitsamt dem freien Ende des zweiten Crashelements über einen Lagerpunkt mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar ist.
Das x-förmige Verstärkungselement weist zwischen den x-Streben Öffnungen auf und an seiner Unterseite im Bereich der Stege und im Kreuzungsbereich der Stege sind Versteifungsbleche vorgesehen. Durch diese zusätzliche Verstärkung wird eine zusätzliche Versteifung des hinteren Hilfsrahmens erzielt und gleichzeitig wird eine optimale Seitensteifigkeit der Lagerpunkte für den Querlenker einer Radaufhängung erreicht.
Die vorderen freien Enden des Längsträgers bzw. des Crashelements sind mit dem quer angeordneten Brückenträger verbunden, der ein v-förmiges Fachwerk zwischen einem Obergurt und einem Untergurt aufweist und endseitig hochgezogene Pfeiler besitzt, die stirnseitig mit dem Fahrzeugaufbau über Lagerpunkte verbindbar sind. Die Pfeiler des Brückenträgers jeder Seite weisen längs ausgerichtete Anformungen auf, die außenseitige Lageraufnahmen für einen Querlenker einer Radaufhängung bilden und an den Anformungen ist anschließend das Crashelement befestigt. Durch diese Anordnung und Ausbildung des Brückenträgers wird eine zusätzliche Versteifung des vorderen Bereichs des Hilfsrahmens erzielt und eine Seitensteifigkeit der Lagerpunkte für den Querlenker der Radaufhängung erreicht. Zur weiteren Versteifung ist bodenseitig des Hilfsrahmens unterseitig des Brückenträgers und dem Crashelement ein u-förmiges Verstärkungselement angeordnet, das mit seinem Steg am Untergurt des Brückenträgers und mit seinen Schenkeln an den längs ausgerichteten Anformungen des Knotenelements befestigt ist. Die zwischen dem v-förmigen Fachwerk des Brückenträgers vorgesehenen Öffnungen dienen zur Motorraumbelüftung und für die Kühlerabluft.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 eine schaubildliche Darstellung des Hilfsrahmens schräg von oben gesehen,
2 eine Draufsicht auf den Hilfsrahmen gemäß 1,
3 eine Vorderansicht auf einen Brückenträger des Hilfsrahmens,
4 eine Seitenansicht des Hilfsrahmens und
5 eine schaubildliche Ansicht auf den Hilfsrahmen von unten her gesehen.
Der Hilfsrahmen 1 umfasst im Wesentlichen einen mittleren Querträger 2 mit endseitigen Knotenelementen 3 und 4 die mit Längsträgern 5 und 6 verbunden sind, welche sich – in Bezug auf die Fahrtrichtung F – nach vorn und hinten erstrecken. Die vorderen freien Enden des Längsträgers 5 sind mit einem quer ausgerichteten Brückenträger 7 und mit einem u-förmigen Verstärkungselement 8 verbunden. Die hinteren Längsträger 6 sind an einem x-förmigen Verstärkungselement 10 befestigt.
Das Knotenelement 3 besteht aus einem hochgezogenen Dom 11 mit zwei in Längsrichtung L ausgerichteten Knotenabschnitten 12 und 13 und in Querrichtung Q ausgerichtete weitere Knotenabschnitte 14.
Zwischen den Knotenabschnitten 14 der Knotenelemente 3, 4 ist ein energieaufnehmendes Crashelement 2a als Querträger 2 angeordnet. In den Knotenabschnitten 14 sind des weiteren Lageröffnungen 15, 16 für jeweils ein Motorlager vorgesehen. Die eine Lageröffnung 15 ist geschlossen kreisförmig und die weitere Lageröffnung 16 ist halbkreisförmig geöffnet ausgeführt. Im Kopf des Knotenelements 3, 4 ist ein Lagerpunkt 32 vorgesehen, der am Fahrzeugaufbau zu befestigen ist, so dass eine feste Karosserieanbindung herstellbar ist.
Der Querträger 2 weist in Verlängerung (Ebene x-x) im Knotenabschnitt 13 die Lageraufnahme 17 stirnseitig auf, wobei das Knotenelement 3, 4 – in Bezug auf die Fahrtrichtung – vor dem Querträger 2 liegt.
Der in Längsrichtung L verlaufende Knotenabschnitt 13 weist eine Lageraufnahme 17 für einen Querlenker einer Radaufhängung auf und anschließend sind zwei den Längsträger 6 bildende Crashelemente 18 und 19 angeordnet.
Das erste an die Lageraufnahme 17 unmittelbar anschließende Crashelement 18 weist einen Steg 20 mit einer Verrippung 21 sowie Stützpfeiler 22 und 23 auf, zwischen denen sich Durchtrittsöffnungen 24, 25 ergeben. Die Durchtrittsöffnung 24 nimmt eine nicht gezeigte Lenkeinrichtung und die weitere Durchtrittsöffnung 25 nimmt einen nicht gezeigten Stabilisator auf.
Das erste Crashelement 18 des Längsträgers 6 ist mit seinem freien Ende mit dem Knotenabschnitt 13 des Knotenelements 3, 4 im Lagerpunkt 27 befestigt. Über einen weiteren Lagerpunkt 30 ist eine Befestigung am Fahrzeugaufbau vorgesehen. Das zweite anschließende Crashelement 19 weist ebenfalls eine Verrippung 28 auf und ist endseitig über den Lagerpunkt 29 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden (2). Eine Außenkontur A des zweiten Crashelements 19 steht einer Karosseriestruktur K bzw. einer Karosseriewandung unmittelbar gegenüber. Bei einem Crash wird zuerst das erste Crashelement 18 unter Abstützung am zweiten Crashelement 19 energieaufnehmend wirken, danach wirkt das zweite Crashelement 19 unter Abstützung an der Karosseriestruktur K.
Unterhalb der beiden Crashelemente 18, 19 ist das x-förmige Verstärkungselement 10 angeordnet, das mit den Crashelementen 18, 19 verbunden ist. Diese sind auf längs verlaufenden Stegen 34 des Verstärkungselements 10 angeordnet, die zwischen sich die x-förmigen Streben 35, 36 aufweisen, welche in einem Knotenpunkt 37 miteinander verbunden sind. Eine Verbindung des Verstärkungselements 10 mit dem Knotenelement 3, 4 erfolgt im Lagerpunkt 38 am Knotenabschnitt 13 und im Lagerpunkt 39 am Knotenabschnitt 14.
Das Verstärkungselement 10 besteht aus einem geprägten, profilierten Blechteil und ist zur partiellen Verstärkung mit Einlegeteilen 40 in den Stegen 34 sowie mit einem Einlegeteil 41 im Kreuzungsbereich 37 versehen.
Mit dem vorn liegenden Knotenabschnitt 12 ist – in Bezug auf die Fahrtrichtung F – gesehen, ein in Längsrichtung ausgerichteter Längsträger 5 mit umfassenden Crashelement 5a befestigt, das an seinem freien Ende mit dem quer liegenden Brückenträger 7 verbunden ist. Dieser weist hierzu einen Ansatz 45 auf, der mit einer Lagerung 46 für einen Querlenker einer Radaufhängung versehen ist.
Der Brückenträger 7 umfasst zwischen einem Untergurt 47 und einem Obergurt 48 eine v-förmige Verrippung durch Streben 49, welche zwischen sich Luftdurchlässe 50 bilden. Eckseitig weist der Brückenträger 7 in hochgezogenen Pfeilern P Lagerpunkte 51 auf, die mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar sind. Über das unterhalb des Brückenträgers 7 angeordnete u-förmige Verstärkungselement 8 wird eine zusätzliche Versteifung des vorderen Bereichs des Hilfsrahmens 1 erzielt. Das Verstärkungselement 8 ist stegseitig mit dem Brückenträger 7 an den Befestigungspunkten 55 sowie wenigstens schenkelseitig mit den Befestigungspunkten 56 mit dem Knotenabschnitt 12 des Knotenelements 3 verbunden.
Die Öffnungen 50 zwischen den Streben 49 und dem Ober- und Untergurt 47, 48 des Brückenträgers 7 sind zur Motorraumbelüftung sowie für die Kühlerabluft vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19909945 C1 [0002]

Claims

Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs mit einem mehrfach am Fahrzeugaufbau befestigten Rahmengestell, wenigstens bestehend aus einem Querträger der mit Längsträgern verbunden ist, an denen Lagerungen für Radführungslenker und einem Antriebsaggregat sowie für eine Lenkungseinrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell des Hilfsrahmens (1) an seinen beiden zueinander beabstandeten Längsseiten Knotenelement (3, 4) mit Knotenabschnitten (12, 13 und 14) aufweist, in denen der Querträger (2) und die beiden Längsträger (5 und 6) gehalten sind, wobei mit den Knotenabschnitten (14) der Querträger (2) und mit dem Knotenabschnitt (12) ein vorderer Längsträger (5) und mit dem Knotenabschnitt (13) ein hinterer Längsträger (6) verbunden ist und die beiden Längsträger (5 und 6) sowie der Querträger (2) als energieaufnehmende Crashelemente (2a, 5a, 18 und 19) ausgeführt sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Knotenelemente (3, 4) jeweils einen Dom bilden, der kopfseitig mit dem Fahrzeugaufbau über einen Lagerpunkt (32) verbindbar ist und fußseitig die quer- und längs ausgerichteten Knotenabschnitte (14, 12 und 13) zur Verbindung mit dem Querträger (14) und den Längsträgern (5, 6) aufweist.
Hilfsrahmen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knotenelemente (3, 4) jeweils in den quer nach innen ausgerichteten Knotenabschnitten (14) eine Aufnahme (15, 16) für ein Lager eines Motors aufweisen, wobei die eine Aufnahme (15) in dem Knotenabschnitt (14) kreisförmig geschlossen und die weitere Aufnahme (16) halbkreisförmig geöffnet ausgeführt ist.
Hilfsrahmen nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der nach hinten – in Bezug auf die Fahrtrichtung (F) – sich längs erstreckende Knotenabschnitt (13) jeweils außenseitig eine quer angeordnete Lageraufnahme (17) aufweist, die mit dem ersten in Längsrichtung (L) verlaufenden Crashelement (18) verbunden ist, das Durchtrittsöffnungen (24, 25) aufweist.
Hilfsrahmen nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Crashelement (18) einen Steg (20) mit einer inneren Verrippung (21) umfasst, das am freien Ende mit dem Knotenabschnitt (13) der Knotenelemente (3, 4) verbunden ist und am Steg (20) zwei die Durchtrittsöffnungen (24, 25) begrenzende vertikal ausgerichtete Stützpfeiler (22, 23) mit einer Verrippung (21a) umfasst.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Crashelement (18) das zweite anschließende Crashelement (19) verbunden ist, welches eine Verrippung (28) umfasst und sich am endseitigen Abstützpfeiler (23) des ersten Crashelements (18) abstützt und mit seinem freien hinteren Ende (Kontur A) einer Karosseriestruktur (K) des Fahrzeugaufbaus gegenüber steht.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (10) bodenseitig zum Hilfsrahmen (1) angeordnet ist und x-förmig mit längs verlaufenden Stegen (34) ausgeführt ist und auf den Stegen (34) die beiden Crashelemente (18, 19) gehalten sind, wobei das eine freie Ende des Steges (34) jeweils mit dem Knotenelement (3, 4) und das abgekehrte andere freie Ende mitsamt dem freien Ende des zweiten Crashelements (19) jeweils über einen Lagerpunkt (29) mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar ist.
Hilfsrahmen nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das x-förmige Verstärkungselement (10) zwischen den x-Streben (35, 36) mit Öffnungen versehen ist und an seiner Unterseite im Bereich der längs verlaufenden Stege (34) und im Kreuzungsbereich (37) Versteifungsbleche (40, 41) aufweist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der quer angeordnete Brückenträger (7) mit einem v-förmigen Fachwerk zwischen einem Obergurt (48) und einem Untergurt (47) ausgeführt ist und endseitig hochgezogene Pfeiler (P) aufweist, die stirnseitig mit dem Fahrzeugaufbau im Lagerpunkt (51) verbindbar sind.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfeiler (P) des Brückenträgers (7) jeder Seite längs ausgerichtete Anformungen (45) aufweisen, die außenseitige Lageraufnahmen (46) umfassen und mit der Anformungen (45) das Crashelement (5a) verbunden ist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bodenseitig des Hilfsrahmens (1) und unterseitig des Brückenträgers (7) und dem Crashelement (5a) ein u-förmiges Verstärkungselement (8) angeordnet ist, das mit seinem Steg (53) am Untergurt (47) des Brückenträgers (7) und mit seinen Schenkelenden (54) jeweils an den längs ausgerichteten Knotenabschnitten (12) des Knotenelements (3, 4) befestigt sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das u-förmige Verstärkungselement (8) und das x-förmige Verstärkungselement (10) einteilig ausgeführt sind.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmen (17) im Knotenabschnitt (13) des Knotenelements (3, 4) jeweils in einer Ebene (x-x) mit dem Querträger (2) angeordnet ist.