DE102009004310A1

DE102009004310A1 - Fahrschemel, insbesondere Vorderachsträger

Info

Publication number: DE102009004310A1
Application number: DE102009004310A
Authority: DE
Inventors: Guenter Knauer; Timm Gonschorek
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-01-10
Filing date: 2009-01-10
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-11
Also published as: DE102009004310B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen in Leichtmetall ausgeführten Vorderachsträger eines Kraftfahrzeugs, mit sog. Guss-Eckteilen im Endbereich, die über eine Querstrebe sowie einen gegenüber dieser näher zur Fahrzeugmitte liegenden und annähernd U-förmig ausgebildeten Querträger, dessen Schenkel zum Fahrzeugmittenbereich hin gerichtet sind, miteinander verbunden sind. Es ist der Querträger in schweißbarem Druckguss ausgeführt und jeweils über ein Profilteil mit den Guss-Eckteilen verbunden, wobei jedes Profilteil sowohl mit dem Guss-Eckteil als auch mit dem Querträger verschweißt ist. Vorzugsweise erstrecken sich die Profilteile im Wesentlichen in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs und es sind in dieser Richtung betrachtet die Guss-Eckteile einerseits und der Druckguss-Querträger andererseits im Wesentlichen in verschiedenen zur Fzg.-Grundfläche parallelen Ebenen angeordnet. Am Querträger sind Aufnahmeflächen für Radführungslenker, Lenkgetriebe, Motorlager und/oder Motorträger für eine Anbindung an den Fahrzeug-Aufbau vorgesehen, an welchen zwischen dem Gießprozess und dem Fügeprozess keine Nachbearbeitung erfolgt. Vorzugsweise ist der Werkstoff des Querträgers AlMg5Si2Mn oder AlSi9MgMn.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrschemel, insbesondere einen Vorderachsträger, eines zweispurigen Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit sog. Guss-Eckteilen im Endbereich, die über eine Querstrebe sowie einen gegenüber dieser näher zur Fahrzeugmitte liegenden und annähernd U-förmig ausgebildeten Querträger, dessen Schenkel zum Fahrzeugmittenbereich hin gerichtet sind, miteinander verbunden sind. Zum Stand der Technik wird neben der EP 0 530 594 B1 auf den Artikel mit dem Titel „Aluminium-Fahrwerk der neuen BMW 5er Baureihe" in ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 98 (1996) 3 verwiesen.
Grundsätzlich besteht eine Vielzahl von Anforderungen, denen ein sog. Fahrschemel bspw. eines Personenkraftwagens genügen soll. Neben einer ausreichenden Steifigkeit im Fahrbetrieb ist auch eine gewisse Elastizität und Verformbarkeit insbesondere bei einem Fahrzeug-Crash gefragt und weiterhin soll eine wirtschaftliche Serienfertigung möglich sein.
Einen Fahrschemel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, der diesen Anforderungen genügt, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger in schweißbarem Druckguss ausgeführt ist und jeweils über ein Profilteil mit den Guss-Eckteilen verbunden ist, wobei jedes Profilteil sowohl mit dem Guss-Eckteil als auch mit dem Querträger verschweißt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Ein im wesentlichen U-förmig gestalteter Querträger kann bei Ausführung als Druckguss-Bauteil im wesentlichen selbsttragend und verwindungssteif gestaltet werden. Insbesondere da ein solches Druckguss-Bauteil nach dem Gießprozess nicht wärmebehandelt werden muss und somit kein Wärmeverzug entsteht, zeichnet es sich durch eine hohe Maßhaltigkeit und Wiederholgenauigkeit aus und kann somit auf besonders wirtschaftliche Weise ohne aufwändige Nachbearbeitung in einen Achsträger bzw. in einen Fahrschemel integriert werden, welcher dann aufgrund der quasi hufeisenförmigen Gestalt dieses Querträgers eine ausreichende Elastizität bei gleichzeitiger dynamischer Steifigkeit zwischen der linken Seite und der rechten Seite des Fahrschemels aufweist.
Wenn sowohl das Material der Guss-Eckteile als auch des Druckguss-Querträgers eine Schweißverbindung ermöglicht, d. h. verschweißbar ist, so kann eine ausreichend steife Verbindung zwischen den Guss-Eckteilen und dem Druckguss-Querträger besonders effizient und maßgenau über die (beiden) weiterhin vorgeschlagenen Profilteile hergestellt werden, die zwischen jedem Guss-Eckteil und dem Druckguss-Querträger vorgesehen und jeweils sowohl mit dem jeweiligen Guss-Eckteil als auch mit dem Druckguss-Querträger verschweißt sind. Diese Profilteile, die sich vorzugsweise im wesentlichen in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs und somit annähernd oder im wesentlich senkrecht zur Fahrbahn oder Grundfläche des Fahrzeugs erstrecken, gewährleisten eine ausreichende Verformbarkeit des Fahrschemels im Falle eines intensiven Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis, d. h. im Falle eines Fahrzeug-Crashs.
Vorzugsweise sind diese Profilteile rohrartig geformt und durch ein Strangpressverfahren hergestellt, wobei die Wandstärke(n) dieser im wesentlichen rohrförmigen Profilteile inclusive eines gegebenenfalls innerhalb dieser vorgesehenen Querstegs je nach Anforderung auch im Hinblick auf die Crash-Sicherheit dicker oder dünner gestaltet sein kann/können, so dass diese Profilteile im Falle eines Crashs mehr oder weniger leicht verformbar sind.
Vorzugsweise können zur Steigerung der Verformbarkeit des Fahrschemels im Falle eines Fahrzeug-Crashs in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs betrachtet die Guss-Eckteile einerseits und der Druckguss-Querträger andererseits bzw. zumindest deren jeweilige Anbindungsflächen (= Anlageflächen) für das jeweilige dazwischen liegende Profilteil im wesentlichen in verschiedenen zur Fahrbahn bzw. Fzg.-Grundfläche parallelen Ebenen angeordnet sein.
Im Hinblick auf eine wünschenswerte Reduzierung des Gewichts eines erfindungsgemäßen Fahrschemels können die Guss-Eckteile und der Druckguss-Querträger und die Profilteile und fakultativ auch die Querstrebe in Leichtmetall ausgeführt sein. Vorzugsweise kommt als Werkstoff für den Druckguss-Querträger eine geeignete Druckguss-Aluminiumlegierung zum Einsatz, wobei im Hinblick auf die weiteren Anforderungen, nämlich die Schweißbarkeit und die Festigkeit die Legierungen AlMg5Si2Mn (sog. „Magsimal59” der Aluminium Rheinfelden GmbH) oder AlSi9MgMn (sog. „Silafont36” der Aluminium Rheinfelden GmbH) beste Resultate lieferten.
Vorteilhafterweise kann am erfindungsgemäß vorgesehenen Druckguss-Querträger aufgrund der beim Druckgießvorgang benötigten geringen Formschrägen von maximal 0,5° nahezu jegliche mechanische Bearbeitung an Anlageflächen für weitere Bauteile entfallen, d. h. es ist zwischen dem Gießprozess und einem späteren Fügeprozess mit weiteren Bauelementen keine Nachbearbeitung am Druckguss-Querträger erforderlich. Im übrigen ist an der Oberfläche des in Druckguss hergestellten Querträgers, d. h. in dessen sog. Oberflächenhaut, bedingt durch das Herstellungsverfahren, nämlich durch die Einwirkung von hohem Druck beim Gießvorgang, das Gefüge besonders stark verfestigt. Ebenso wie an den bereits genannten Anlageflächen für weitere Bauteile oder Bauelemente ist auch an den Anschweißstellen, an denen die genannten Profilteile sowie gegebenenfalls weitere Profile mit dem Druckguss-Querträger verschweißt sind, keine mechanische Bearbeitung bzw. Nacharbeit erforderlich, so dass die soeben genannte feste Oberflächenhaut auch an diesen Anschweißstellen, die auch als Anlageflächen bezeichnet werden können, erhalten bleibt und damit die hohe Festigkeit an der Materialoberfläche für die bzw. in der besagten Schweißverbindung genutzt werden kann. Gleiches gilt selbstverständlich für die Anlageflächen für weitere Bauelemente oder Bauteile, bei welchen es sich um Radführungslenker und/oder ein Lenkgetriebe und/oder Motorträger oder Motorlager handeln kann, wobei auch die direkte oder indirekte Anbindung an den Fahrzeug-Aufbau über solche genannte Anlageflächen erfolgen kann.
An die freien Enden der Schenkel des annähernd U-förmigen Querträgers können sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckende Profile, vorzugsweise ebenfalls aus Leichtmetall bzw. Aluminium bestehend und/oder rohrförmig gestaltet, angeschweißt sein, an deren Endabschnitten der Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist. Solche Profile können abermals eine ausreichende Verformbarkeit des Fahrschemels im Falle eines Fzg.-Crashs gewährleisten. Andererseits kann zur Erhöhung der Steifigkeit eines erfindungsgemäßen Fahrschemels ein Lenkgetriebe und/oder ein sog. Schubfeld an den beiden Guss-Eckteilen und/oder am Querträger abgestützt bzw. mit diesem verschraubt sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles in Form eines erfindungsgemäßen Vorderachsträgers eines PKW's weiter erläutert. Dabei zeigt in räumlicher Darstellung 1 eine Ansicht von schräg links vorne und 2 eine Ansicht von schräg rechts hinten, während in 3 in der gleichen Ansicht wie 2 dieser Vorderachsträger mit einem sog. Schubfeld versehen dargestellt ist. 4 zeigt die Einzelheit E aus 1.
Mit der Bezugsziffer 1a ist ein linkes sog. Guss-Eckteil und mit der Bezugsziffer 1b ein rechtes sog. Guss-Eckteil bezeichnet, welche beide Bestandteil eines Fahrzeug-Vorderachsträgers (= Fahrschemels) sind. In ihrem vorderen Endbereich sind diese beiden Guss-Eckteile 1a, 1b über eine Querstrebe 2 miteinander verbunden bzw. gegeneinander abgestützt, bei welchem es sich um ein Aluminium-Rohr handelt, welches mit den aus Aluminium-Kokillenguss geformten Guss-Eckteilen 1a, 1b verschweißt ist. Näher zur Mitte des Fahr zeugs hin, d. h. in Fahrzeug-Fahrtrichtung F betrachtet hinter der Querstrebe 2 sind die beiden Guss-Eckteile 1a, 1b ferner unter Zwischenschaltung jeweils eines sog. Profilteils 4a bzw. 4b über einen im wesentlichen U-förmig gestalteten Querträger 3, welcher in einem Druckgussverfahren aus einer schweißbaren Leichtmetall-Legierung hergestellt ist, miteinander verbunden bzw. gegeneinander abgestützt.
Die beiden Schenkel des im wesentlichen U-förmigen Druckguss-Querträgers 3, dessen „Basis” sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt, sind entgegen der Fzg.-Fahrtrichtung F zum Fahrzeugmittenbereich bzw. zur Mittenebene des Fahrzeugs hin gerichtet. Die Verbindung zwischen jedem Guss-Eckteil 1a, 1b und dem Druckguss-Querträger 3 erfolgt unter Zwischenschaltung eines Aluminium-Profilteils 4a bzw. 4b. Jedes im wesentlichen quaderförmige und dabei rohrförmig gestaltete Profilteil 4a, 4b erstreckt sich mit seiner längsten Achse im wesentlichen in Richtung der Hochachse H des Fahrzeugs und ist mit einer Seite an einer Anlagefläche A1 des jeweiligen Guss-Eckteils 1a bzw. 1b anliegend über eine Schweißnaht S mit diesem verschweißt, während es mit einer anderen, vorzugsweise der erstgenannten Seite gegenüber liegenden Seite an einer geeigneten Anbindungsfläche oder Anlagefläche A3 des Druckguss-Querträgers 3 anliegt und mit letztgenanntem ebenfalls über eines Schweißnaht S verschweißt ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen und es sind die genannten Bauteile so gestalt, dass jedenfalls die Anlageflächen A1 und A3, im wesentlichen jedoch auch die Guss-Eckteile 1a, 1b einerseits und der Druckguss-Querträger 3 andererseits in Richtung der Hochachse H des Fahrzeugs betrachtet im wesentlichen in verschiedenen zur Fzg.-Grundfläche parallelen Ebenen liegen. Damit ist eine ausreichende Verformbarkeit des Vorderachsträgers im Falle eines intensiven Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis, d. h. im Falle eines Fahrzeug-Crashs gewährleistet.
An die freien Enden der Schenkel des annähernd U-förmigen Druckguss-Querträgers 3 bzw. an an diesen vorgesehen Anlageflächen sind sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckende und im wesentlichen rohrförmige Profile 5a bzw. 5b mit Schweißnähten S angeschweißt. Im Endbereich dieser ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung geformten Profile 5a, 5b ist der figürlich nicht dargestellte Fahrzeug-Aufbau abgestützt, wobei auch diese Stahlprofile 5a, 5b eine ausreichende Verformbarkeit des Fahrschemels bzw. Vorderachsträgers im Falle eines Fzg.-Crashs herstellen können.
Weitere Anlageflächen für weitere Bauelemente sind am Druckguss-Querträger 3 in Form von sog. Laschen 9 vorgesehen, die einen sog. Lagerbock bilden an bzw. zwischen denen in an sich üblicher Weise figürlich nicht dargestellte radführende Lenker angebunden sind bzw. angebunden werden können. Auch an diesen Laschen 9 ist vorteilhafterweise nach dem Gießprozess des Querträgers 3 keine mechanische Nacharbeit erforderlich, vielmehr kann der Fügeprozess, d. h. das Einfügen und Anschrauben eines Lenkers ohne weitere vorbereitende Arbeiten einfach durchgeführt werden. Gleiches gilt für sog. Dome 6, 6a, die am besten in 4 sichtbar sind und die für die Befestigung eines Motorlagers (Dome 6) bzw. für die Abstützung des Fahrzeug-Aufbaus (Dom 6a) vorgesehen sind.
Als ein weiteres Bauelement ist ein sich wie üblich in Fzg.-Querrichtung erstreckendes Lenkgetriebe mit seinem Gehäuse 7 sowohl an den beiden Guss-Eckteilen 1a, 1b als am Querträger 3 lösbar befestigt und somit abgestützt. Vorteilhafterweise kann dieses Lenkgetriebe-Gehäuse 7 zur Erhöhung der Steifigkeit des Vorderachsträgers beitragen. Wie 3 zeigt, kann zur Steifigkeitserhöhung des Vorderachsträgers zusätzlich ein sog. Schubfeld 8 in Form eines flächigen Blechteiles abermals aus Aluminium bestehend am Druckguss-Querträger 3 sowie an den beiden (hinteren) Profilen 5a, 5b abgestützt bzw. befestigt sein, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Insbesondere kann ein entsprechend gestalteter Fahrschemel als auch Hinterachsträger eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0530594 B1 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Aluminium-Fahrwerk der neuen BMW 5er Baureihe” in ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 98 (1996) 3 [0001]

Claims

Fahrschemel, insbesondere Vorderachsträger, eines zweispurigen Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, mit sog. Guss-Eckteilen (1a, 1b) im Endbereich, die über eine Querstrebe (2) sowie einen gegenüber dieser näher zur Fahrzeugmitte liegenden und annähernd U-förmig ausgebildeten Querträger (3), dessen Schenkel zum Fahrzeugmittenbereich hin gerichtet sind, miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (3) in schweißbarem Druckguss ausgeführt ist und jeweils über ein Profilteil (4a, 4b) mit den Guss-Eckteilen (1a, 1b) verbunden ist, wobei jedes Profilteil (4a, 4b) sowohl mit dem Guss-Eckteil (1a, 1b) als auch mit dem Querträger (3) verschweißt ist.
Fahrschemel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Profilteile (4a, 4b) im wesentlichen in Richtung der Hochachse (H) des Fahrzeugs und somit annähernd oder im wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn oder Grundfläche des Fahrzeugs erstrecken.
Fahrschemel nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Profilteile (4a, 4b) rohrartig gestaltet und durch ein Strangpressverfahren hergestellt sind.
Fahrschemel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hochachse (H) des Fahrzeugs betrachtet die Guss-Eckteile (1a, 1b) einerseits und der Druckguss-Querträger (3) andererseits im wesentlichen in verschiedenen zur Fahrbahn oder Fzg.-Grundfläche parallelen Ebenen angeordnet sind.
Fahrschemel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Guss-Eckteile (1a, 1b) und der Druckguss-Querträger (3) und die Profilteile (4a, 4b) und fakultativ auch die Querstrebe (2) in Leichtmetall ausgeführt sind.
Fahrschemel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Querträger (3) Anlageflächen für Radführungslenker und/oder Motorträger oder Motorlager und/oder für eine direkte oder indirekte Anbindung an den Fahrzeug-Aufbau vorgesehen sind, an welchen zwischen dem Gießprozess und dem jeweiligen Fügeprozess keine Nachbearbeitung erfolgt.
Fahrschemel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Druckguss-Querträgers (3) AlMg5Si2Mn oder Al9MgMn ist.
Fahrschemel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkgetriebe mit seinem Gehäuse (7) an den beiden Guss-Eckteilen (1a, 1b) und/oder am Querträger (3) abgestützt ist.
Fahrschemel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die freien Enden der Schenkel des annähernd U-förmigen Druckguss-Querträgers (3) sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckende und vorzugsweise in Leichtmetall ausgeführte Profile (5a, 5b) angeschweißt sind.