DE102008020694A1

DE102008020694A1 - Kraftfahrzeugrahmen

Info

Publication number: DE102008020694A1
Application number: DE102008020694A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Siekaup; Klaus Keuter; Wolfram Linnig
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: US20090267337A1; CN101565057B; DE102008020694B4; CN101565057A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug, ausgeführt als Leiterrahmen 1 mit zwei Längsträgern 2, 3, die durch Querträger 4-9 verbunden sind. Jeder Längsträger 2, 3 besteht aus mindestens einem längsnahtgeschweißten Hohlprofil 14, 15, 16, wobei das Hohlprofil 14, 15, 16 eine rechteckförmige Querschnittskonfiguration besitzt mit im Querschnitt gekrümmt verlaufenden Wandabschnitten und gerundeten Längskanten. Insbesondere ist das Hohlprofil 14, 15, 16 rollgeformt. Der Querschnitt des Längsträgers 2, 3 variiert in seiner Längserstreckung und steigt von einem vorderen Bereich V ausgehend bis zu einem Maximum M an, worauf er zu einem hinteren Bereich H hin abnimmt. Durch die gerundete Querschnittskonfiguration des Längsträgers 2, 3 mit leichter Überhöhung der äußeren Abmaße wird ein größerer Flächenträgheitsmoment erzielt. Aus diesem Grund kann die Wandstärke reduziert werden, wodurch eine Gewichtsreduzierung und eine Kostenersparnis erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug, ausgeführt als Leiterrahmen mit zwei Längsträgern, die durch Querträger verbunden sind.
Im modernen Automobilbau bilden leiterförmige Rahmenstrukturen, so genannte Leiterrahmen, die Basis für die konstruktive Auslegung der Karosserien sowohl für leichte und schwere Nutzfahrzeuge als auch für Geländefahrzeuge oder Kleinlastwagen.
Ein Leiterrahmen weist üblicherweise längs verlaufende Längsträger auf, die durch Querträger miteinander verbunden sind. Der Leiterrahmen bildet die Plattform zur Montage von verschiedenen Fahrzeugkomponenten, wie Karosserie, Motor, Aufhängungssystem, Achsanbindung usw.
Bei der Bauweise der Längsträger kann man im Wesentlichen drei verschiedene Varianten unterscheiden. Die Längsträger werden als C-förmige Profile ausgeführt, die zum Rahmeninneren geöffnet sind, in Schalenbauweise gefertigt oder als hydrogeformte Hohlprofile ausgeführt.
Durch die DE 100 42 618 A1 zählt ein Leiterrahmen zum Stand der Technik, der ein Paar von Längsträgern umfasst, die jeweils aus drei gesonderten Teilen gebildet sind, nämlich einem vorderen Teil mit geschlossenem Hohlquerschnitt, einem mittleren Teil mit offenem Querschnitt und einem hinteren Teil mit geschlossenem Hohlquerschnitt. Die Teile mit geschlossenem Hohlquerschnitt sollen eine rechteckförmige Querschnittsgestalt haben, während die Bauteile mit offenem Querschnitt einen C-förmigen Querschnitt besitzen.
Auch aus der EP 0 783 425 B1 ist ein Leiterrahmen in Modulbauweise bekannt, dessen Längsträger im vorderen Bereich einen rechteckigen Querschnitt besitzen, wohingegen die Längsträger im mittleren Längenabschnitt eine C-förmige Konfiguration aufweisen.
Zum Stand der Technik zählen ferner die aus der WO 02/094638 A1 oder der US 6,769,178 B1 bekannten Leiterrahmen.
Der Trend, insbesondere bei Geländefahrzeugen und Kleinlastwagen (Pick-ups), geht in Richtung geschlossener Profile, weil hierdurch eine verbesserte Torsinns- und Vertikalsteifigkeit der Karosserie erzielt werden kann. Rein offene Profile werden hauptsächlich im Lastkraftwagenbau verwendet, weil hierdurch eine große Variantenvielfalt möglich ist.
Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zu Grunde einen Fahrzeugrahmen, ausgeführt als Leiterrahmen, anwendungstechnisch zu verbessern und bei belastungsoptimierender Auslegung der Torsionssteifigkeit möglichst leicht und kostengünstig auszubilden.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung zwei eigenständige Lösungen auf, deren technologischer Zusammenhang in dem Einsatz von längsnahtgeschweißten, im Querschnitt runden bzw. gerundeten Hohlprofilen als Längsträger besteht. Die rund profilierten Torsinns- und Biegestrukturen der Längsträger mit leichter Überhöhung der äußeren Abmaße weisen ein größeres Flächenträgheitsmoment auf. Aus diesem Grund kann man die Wandstärke der Längsträger reduzieren. Hierdurch lässt sich eine Gewichtsreduzierung realisieren, ebenso wie eine Kostenverbesserung. Gleichzeitig wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt.
Nach Anspruch 1 bestehen die Längsträger zumindest in einem Längenabschnitt zwischen einem vorderen Querträger und einem hinteren Querträger aus einem längsnahtgeschweißten Hohlprofil, welches einen runden Querschnitt besitzt.
Nach Anspruch 2 besteht jeder Längsträger aus mindestens einem längsnahtgeschweißten Hohlprofil, wobei das Hohlprofil eine rechteckförmige Querschnittskonfiguration mit im Querschnitt gekrümmt verlaufenden Wandabschnitten und gerundeten Längskanten besitzt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine belastungsgerechte Auslegung des Längsträgers unter bestmöglicher Nutzung des zur Verfügung gestehenden Bauraums. Insbesondere ist eine Vergrößerung des Flächenträgheitsmoments möglich, wodurch eine Wandstärkenreduktion und die damit einhergehende Gewichtsreduzierung erreicht werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 3 bis 8.
Insbesondere ist das Hohlprofil rollgeformt. Dies bringt fertigungstechnische und kostenmäßige Vorteile gegenüber Schalen- und Hydroformlösungen mit sich. Ausgangsmaterial für die Herstellung des Hohlprofils bildet eine Blechplatine bzw. ein gewalztes Blech. Dieses wird der Abwicklung des Hohlprofils entsprechend zugeschnitten, vorgeformt und anschließend eingerollt. Danach werden die Längskanten schweißtechnisch gefügt. Möglich ist es auch den Längsträger bzw. das Hohlprofil in seiner Längserstreckung mit einer variierenden Wandstärke zu versehen.
Vorzugsweise variiert der Querschnitt des Längsträgers in seiner Längserstreckung. Dies ermöglicht eine belastungsgerechte Auslegung des Längsträgers über die Einstellung des Flächenträgheitsmomentes. Der erfindungsgemäße Fahrzeugleiterrahmen ist hinsichtlich seiner Torsionssteifigkeit optimiert.
Praktische Überlegungen gehen davon aus, dass der Querschnitt des Längsträgers in seiner Längserstreckung in einem Verhältnis von 1:1,5 bis 1:2,5 variiert, bezogen auf die kleinste Querschnittsfläche in Relation zur größten Querschnittsfläche. Hierbei steigt der Querschnitt des Längsträgers in seiner Längserstreckung von einem vorderen Bereich ausgehend bis zu einem Maximum an und nimmt zu einem hinteren Bereich hin ab.
Die gerundeten Längskanten des Längsträgers bzw. Hohlprofils sind mit einem Radius größer oder gleich 20 mm gekrümmt. Hierbei können zumindest zwei Längskanten voneinander verschiedene Radien besitzen. Auch diese Maßnahme trägt zur Optimierung der Torsionssteifigkeit der Längsträger und des Fahrzeugrahmens bei.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellungsweise einen erfindungsgemäßen Fahrzeug rahmen;
2 den Fahrzeugrahmen in einer Draufsicht;
3 den Fahrzeugrahmen in einer Seitenansicht;
4 in der Draufsicht das Vordermodul des Fahrzeugrahmens;
5 in der Draufsicht das Mittelmodul des Fahrzeugrahmens;
6 in der Draufsicht das Hintermodul des Fahrzeugsrahmens;
7 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie A-A;
8 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie B-B;
9 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie C-C;
10 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie D-D;
11 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie E-E;
12 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie F-F;
13 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie G-G und
14 im Querschnitt die überlagernde Darstellung einer erfindungsgemäßen Querschnittskonfiguration und einer bisher üblichen Querschnittskonfiguration eines Längsträgers.
Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug. Diese Bauart bezeichnet man fachterminologisch auch als Leiterrahmen.
Der Leiterrahmen 1 weist zwei Längsträger 2, 3 auf die durch Querträger 4–9 verbunden sind. Der Leiterrahmen 1 dient als Plattform zur Montage von verschiedenen Fahrzeugkomponenten, wie der Karroserie, dem Motor und auch der Achsanbindung. In der 1 ist mit 10 die Vorderachsanbindung gekennzeichnet. Die Motorlagerung ist mit dem Bezugszeichen 11 versehen. Die Kabinen- bzw. Ladeflächenanbindung trägt das Bezugszeichen 12 und die Hinterachsanbindung das Bezugszeichen 13.
Ein Längsträger 2, 3 besteht aus einem vorderen Hohlprofil 14, einem mittleren Hohlprofil 15 und einem hinteren Hohlprofil 16. Jeweils ein linkes und ein rechtes Hohlprofil 14, 15, 16 sind über Querträger 4, 5; 6, 7 bzw. 8, 9 verbunden und bilden ein Vordermodul 17, ein Mittelmodul 18 und ein Hintermodul 19, wie diese in den 4, 5 und 6 zu erkennen sind. Die Module 17, 18, 19 werden zusammengesteckt und zum Leiterrahmen 1 komplettiert. Hierzu werden die Hohlprofile 14, 15, 16 jeweils endseitig ineinander gesteckt und gefügt. Dem Vordermodul 17 vorgelagert ist noch ein Frontmodul 28 zur Anbindung des vorderen Stoßfängers.
Die Hohlprofile 14, 15, 16 sind aus Blechplatinen rollgeformt und längsnahtgeschweißt. Jedes Hohlprofil 14, 15, 16 besitzt einen gerundeten Querschnitt bzw. eine im Allgemeinen rechteckförmige Querschnittskonfiguration mit im Querschnitt gekrümmt verlaufenden Wandabschnitten 20– 23 und gerundeten Längskanten 24–27 (siehe hierzu 14).
Durch diese Querschnittskonfiguration ist das Flächenträgheitsmoment gegenüber einer rechteckigen Querschnittskonfiguration mit geraden Wandabschnitten vergrößert. Ein rechteckiger Querschnitt mit geraden Wandabschnitten ist in der 14 mit A gekennzeichnet. Die rechteckförmige gerundete Querschnittskonfiguration ist mit B bezeichnet.
Der Querschnitt der Längsträger 2, 3 variiert in seiner Längserstreckung. Dies wird anhand der 7–13 deutlich, welche den Querschnitt des Längsträgers 2, 3 in verschiedenen Schnittdarstellungen zeigen. Die grundsätzliche Querschnittskonfiguration ist rechteckförmig mit gekrümmt verlaufenden Wandabschnitten 20–23 und gerundeten Längskanten 24–27, wobei die Höhe h des Längsträgers 2, 3 größer ist als die Breite b (siehe 14).
Der Querschnitt des Längsträgers 2, 3 steigt in seiner Längserstreckung von einem vorderen Bereich V ausgehend (siehe 1 und 7) bis zu einem Maximum M hin an (siehe 1 und 8). Das Maximum liegt im Schnitt B-B (8) endseitig des Hohlprofils 14 am Übergang zum Hohlprofil 15. Zu einem hinteren Bereich H hin nimmt der Querschnitt wieder ab (siehe 1 und 12). Im Verlauf der Längserstreckung variiert der Querschnitt des Längsträgers 2, 3, insbesondere in einem Verhältnis von 1:1,5 bis 1:2,5. Die Längsträger 2, 3 weisen so eine auf die zu erwartenden Belastungen im Kraftfahrzeug ausgelegte Querschnittskonfiguration auf. Die unter betrieblicher Belastung auftretenden Spannungen werden auf Grund der Querschnittskonfiguration und des in Längsrichtung variierenden Querschnittsverlaufes abgebaut bzw. abgeleitet. Die Auslegung der Längsträger 2, 3 lässt eine Wandstärkenreduktion und damit eine Material- und Gewichtsersparnis zu.
Der Radius R1–R4, R4a–d der Längskanten 24–27 ist größer oder gleich 20 mm. Insbesondere liegt der Radius R1–R4, R4a–d zwischen 21 mm und 25 mm. Auch der Radius R1–R4, R4a–d entlang einer Längskante 24–27 kann über die Längserstreckung eines Längsträgers 2, 3 variieren. Deutlich wird dies anhand der Radien R4, R4a–d. Auf dem Teilstück zwischen dem Schnitt A-A und dem Schnitt C-C nimmt der Radius von R4 zu R4b hin ab. Auf dem Teilstück zwischen dem Schnitt C-C und dem Schnitt D-D bleibt der Radius R4b bzw. R4c gleich. Auf dem Teilstück zwischen dem Schnitt D-D und dem Schnitt E-E verringert sich der Radius dann wieder auf R4d, wonach er wieder geringfügig abfällt.
Man erkennt ferner, insbesondere anhand der 7, dass die Radien R1 bzw. R2 und R3 sowie R4 an den Längskanten 24–27 voneinander verschieden sind. Die Radien R1 und R2 sind gleich, wohingegen der Radius R3 größer ist als die Radien R1 und R2. Der Radius R4 ist wiederum größer als der Radius R3. Auch dies ist eine Folge der belastungsgerechten Auslegung der Längsträger 2, 3 mit dem Ziel der Optimierung der Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Leiterrahmens.

1: Leiterrahmen
2: Längsträger
3: Längsträger
4: Querträger
5: Querträger
6: Querträger
7: Querträger
8: Querträger
9: Querträger
10: Vorderachsanbindung
11: Motorlagerung
12: Kabinen- bzw. Ladeflächenanbindung
13: Hinterachsanbindung
14: vorderes Hohlprofil
15: mittleres Hohlprofil
16: hinteres Hohlprofil
17: Vordermodul
18: Mittelmodul
19: Hintermodul
20: Wandabschnitt v. 2 bzw. 3
21: Wandabschnitt v. 2 bzw. 3
22: Wandabschnitt v. 2 bzw. 3
23: Wandabschnitt v. 2 bzw. 3
24: Längskante v. 2 bzw. 3
25: Längskante v. 2 bzw. 3
26: Längskante v. 2 bzw. 3
27: Längskante v. 2 bzw. 3
28: Frontmodul
V: vorderer Bereich v. 2 bzw. 3
M: Maximum
H: hinterer Bereich v. 2 bzw. 3
A: herkömmlicher Querschnitt (rechteckig)
B: neuer Querschnitt (rechteckförmig gerundet)
h: Höhe v. 2 bzw. 3
b: Breite v. 2 bzw. 3
R1: Radius
R2: Radius
R3: Radius
R4: Radius
R4a: Radius
R4b: Radius
R4c: Radius
R4d: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10042618 A1 [0005]
- EP 0783425 B1 [0006]
- WO 02/094638 A1 [0007]
- US 6769178 B1 [0007]

Claims

Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug, ausgeführt als Leiterrahmen (1) mit zwei Längsträgern (2, 3), die durch Querträger (4–9) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsträger (2, 3) zumindest in einem zwischen einem vorderen Querträger (4) und einem hinteren Querträger (9) liegenden Längenabschnitt aus einem längsnahtgeschweißten Hohlprofil (14, 15, 16) besteht, welches einen runden Querschnitt besitzt.
Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug, ausgeführt als Leiterrahmen (1) mit zwei Längsträgern (2, 3), die durch Querträger (4–9) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsträger (2, 3) aus mindestens einem längsnahtgeschweißten Hohlprofil (14, 15, 16) besteht, wobei das Hohlprofil (14, 15, 16) eine rechteckigförmige Querschnittskonfiguration mit im Querschnitt gekrümmt verlaufenden Wandabschnitten (20–23) und gerundeten Längskanten (24–27) besitzt.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (14, 15, 16) rollgeformt ist.
Fahrzeugrahmen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Längsträgers (2, 3) in seiner Längserstreckung variiert.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Längsträgers (2, 3) in seiner Längserstreckung in einem Verhältnis von 1:1,5 bis 1:2,5 variiert.
Fahrzeugrahmen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Längsträgers (2, 3) in seiner Längserstreckung von einem vorderen Bereich (V) ausgehend bis zu einem Maximum (M) ansteigt und zu einem hinteren Bereich (H) hin abnimmt.
Fahrzeugrahmen nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (24–27) mit einem Radius (R1–R4, R4a–d) größer oder gleich 20 mm gekrümmt sind.
Fahrzeugrahmen nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Längskanten (24–27) voneinander verschiedene Radien (R1–R4) besitzen.