DE102012020612A1

DE102012020612A1 - Achsträger für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012020612A1
Application number: DE102012020612.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Leibl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US9027945B2; US20140110916A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Achsträger für die Vorderachse oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Längsträgern (1, 3) und zumindest einem Querträger (7) mit zumindest einer Anbindungsstelle (21), an der eine Antriebskomponente (19), etwa ein Hinterachsdifferential (19) oder ein Elektromotor, angebunden ist. Im Fahrbetrieb sind von der Antriebskomponente (19) Betriebskräfte über die Anbindungsstelle (21) in den Querträger (7) einleitbar. Erfindungsgemäß weist der Querträger (7) zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit Lagerstellen (31) auf, an die zumindest ein Versteifungselement (33), insbesondere eine Querstrebe, montierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Montage eines Achsträgers nach dem Patentanspruch 10.
Achsträger werden regelmäßig über entsprechende Anbindungsstellen mit der Fahrzeugkarosserie verschraubt. Die Achsträger können sowohl im Bereich der Vorderachsen als auch im Bereich der Hinterachsen Verwendung finden. An der Hinterachse kann zwischen den Längs- und Querträgern des Achsträgers ein Getriebeaggregat und/oder ein Elektromotor gelagert werden, wobei an den Längsträgern des Achsträgers zusätzlich Konsolen für Radführungselemente vorgesehen sind.
Aus der DE 10 2008 010 551 A1 ist ein gattungsgemäßer Achsträger für die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Achsträger weist zwei Längsträger sowie einen vorderen und einen hinteren Querträger auf. Am vorderen Querträger ist eine Anbindungsstelle vorgesehen, an der das Hinterachsdifferenzial befestigt ist. Im Fahrbetrieb werden von dem Hinterachsdifferenzial Betriebskräfte über die Anbindungsstelle in den Querträger des Achsträgers eingeleitet.
In der Großserienproduktion werden üblicherweise für eine Fahrzeug-Baureihe unabhängig von der tatsächlichen Motorisierung jeweils Achsträger identischer Bauart verwendet. Die Achsträger sind daher auf Betriebskräfte auszulegen, die sich bei einem maximalen Antriebsmoment bei einer höchstmöglichen Motorisierung ergeben. Der Querträger, an dem das Hinterachsdifferenzial angebunden ist, weist somit hohe Materialstärken auf.
Speziell bei Fahrzeugen niedrigerer Motorisierung ist der Achsträger überdimensioniert. Vor diesem Hintergrund ist bekannt, für Fahrzeuge unterschiedlicher Motorisierung jeweils speziell ausgelegte Achsträger bereitzustellen. Dies führt jedoch dazu, dass in logistisch aufwändiger Weise unterschiedlich dimensionierte Achsträger vorgehalten werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Montage eines Achsträgers bereitzustellen, bei dem eine Fahrzeugmontage vereinfach ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass der Achsträger in seiner Grundstruktur unabhängig von der Motorisierung des Kraftfahrzeuges anwendbar ist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist der Querträger, an dem die Antriebskomponente, etwa ein Hinterachsdifferenzial oder ein Elektromotor, angebunden ist, zusätzliche Lagerstellen auf, an die zumindest ein Versteifungselement, insbesondere ein Querstrebe, montierbar sind. Entsprechend kann der Grund-Achsträger nach dem Baukastenprinzip zusammen mit dem Versteifungselement montiert werden. Alternativ kann derselbe Achsträger auch ohne Versteifungselement für ein Fahrzeug niedriger Motorisierung verwendet werden.
Bevorzugt im Hinblick auf einen Leichtbau ist es, den Querträger als ein Hohlprofilteil auszubilden, in dessen Hohlraum zumindest teilweise das Versteifungselement angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Versteifungselement bauraumgünstig innerhalb des Hohlprofil-Querträgers angeordnet sein, ohne dass es zu Package-Problemen außerhalb des Hohlprofil-Querträgers kommt.
Der hohlprofilartige Querträger kann ein nach unten offenes U-Profilteil mit einer oberen Deckwand und zwei nach unten abragenden Querwänden sein. Bauraumgünstig besonders bevorzugt ist es, wenn das Versteifungselement durchgängig im Hohlraum des Querträgers verläuft.
Im normalen Fahrbetrieb stellt der Querträger, an dem die Antriebskomponente montiert ist, einen Lastpfad bereit, über den die Betriebskräfte von der Antriebskomponente in die Längsträger eingeleitet werden. Mit Hilfe des Versteifungselementes kann ein zusätzlicher Lastpfad bereitgestellt werden, über den die Betriebskräfte in die Längsträger eingeleitet werden. Auf diese Weise kann der Querträger kräftemäßig entlastet werden.
Ein Achsträger für eine Hinterachse eines Kraftfahrzeuges kann beispielhaft einen vorderen Querträger und einen hinteren Querträger aufweisen, die jeweils mit den beiden Längsträgern verbunden sind. Auf diese Weise ergibt sich ein geschlossener Rahmen, in dem zum Beispiel das Hinterachs-Differenzial und/oder ein Elektromotor gelagert ist. Die Längs- und Querträger können jeweils über Eckknotenteile miteinander kraftübertragend verbunden sein. An den Längsträgern können zusätzlich Lagerkonsolen für Radführungselemente vorgesehen sein sowie Anbindungsstellen an die Fahrzeugkarosserie.
Das Versteifungselement kann bevorzugt zumindest an einer Knotenstelle am Querträger angebunden sein, an der ein Ende des Versteifungselementes mit dem Querträger zusammenläuft. Die Knotenstellen können bevorzugt in der Fahrzeugquerrichtung vom Eckknotenteil um einen Querversatz nach innen versetzt sein. Die Knotenstellen sind somit nicht lageidentisch den äußeren Eckknotenteilen, sondern vielmehr im Mittelbereich des Querträgers angeordnet, wo im Fahrbetrieb die Betriebskräfte in den Querträger eingeleitet werden. Je nach Auslegung kann die Querstrebe an zwei in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Knotenstellen am Querträger angebunden sein. Zur weiteren Bauteilversteifung kann zumindest noch eine dritte Knotenstelle bereitgestellt werden, an der die Querstrebe am Querträger anbindbar ist. Die dritte Knotenstelle ist in der Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden äußeren Knotenstellen angeordnet. Durch die Lage und/oder Anzahl der Knotenstellen kann zusätzlich auch die Eigenfrequenz des Achsträgers beeinflusst werden.
Bevorzugt ist es, wenn die Anbindungsstelle für die Antriebskomponente zwischen zwei voneinander beabstandeten Knotenstellen positioniert ist, an den die Enden des Versteifungselementes am Querträger befestigbar sind.
Für eine einfache Befestigung kann das Versteifungselement in Schraubverbindung mit dem Querträger bringbar sein. Vor diesem Hintergrund ist es besonders bevorzugt, wenn die am Querträger vorgesehenen Lagerstellen keine bauraumaufwändigen Befestigungskonsolen oder dergleichen sind, sondern vielmehr Schraublöcher. Für diesen Fall kann bei einem Fahrzeug mit niedriger Motorisierung dessen Gewicht nicht mit überflüssigen Konsolen belastet werden, die am Querträger angeformt sind.
Die Schraublöcher der Lagerstellen für das Versteifungselement können an den, einander gegenüberliegenden Querwänden des U-profilförmigen Querträgers angeordnet sein. Zur Montage am Querträger kann das Versteifungselement an seinen beiden Enden jeweils eine Befestigungskonsole aufweisen, die in den Hohlraum des Querträgers einsteckbar ist und darin an den Schraublöchern des Querträgers verschraubbar ist. Die Befestigungskonsolen des Versteifungselementes können beispielhaft rohrförmige Pfeifen sein, die in der Zusammenbaulage zwischen den beiden Querwänden des Querträgers angeordnet sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage des Achsträgers kann in einem ersten Montageschritt zunächst der vorbeschriebene Grund-Achsträger mit den zusätzlichen Lagerstellen für das Versteifungselement bereitgestellt werden. Dieser Grund-Achsträger ist unabhängig von der jeweiligen Motorisierung des Fahrzeuges einsetzbar. Eine Individualisierung des Grund-Achsträgers erfolgt anschließend in einem zweiten Montageschritt: So wird der Grund-Achsträger bei Verwendung in einem Fahrzeug hoher Motorisierung mit dem Versteifungselement erweitert. Alternativ dazu kann bei Verwendung des Grund-Achsträgers in einem Fahrzeug niedriger Motorisierung das Versteifungselement weggelassen werden.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Darstellung einen Achsträger für eine Hinterachse eines Fahrzeuges;
2 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittebene I-I aus der 1;
3 und 4 jeweils Ansichten entsprechend der 2; sowie
5 eine Schnittansicht entlang der Schnittebene II-II.
In der 1 ist ein Achsträger für die Hinterachse eines Fahrzeuges gezeigt. Der Achsträger trägt ein nur gestrichelt angedeutetes Hinterachsdifferenzial 19, das über eine nicht gezeigte Kardanwelle mit dem Vorderachs-Antrieb des Fahrzeugs in Verbindung ist. Der Achsträger weist in der, durch den Pfeil FR gekennzeichneten Fahrtrichtung in der Fahrzeuglängsrichtung x gesehen zwei einander seitlich gegenüberliegende Längsträger 1, 3 auf. Diese sind jeweils frontseitig mit Eckknotenteilen 5 verbunden, die beispielhaft kastenförmige Gussknoten sein können. Die Eckknotenteile 5 verbinden die beiden Längsträger 1, 3 mit einem vorderen Querträger 7. Zur Bildung eines umfangsseitig geschlossenen Rahmens ist zusätzlich ein hinterer Querträger 9 vorgesehen, der an weiteren Knotenstellen 11 an den beiden Längsträgern 1, 3 angebunden ist.
Gemäß der 1 sind die beiden Längsträger 1, 3 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten über den hinteren Querträger 9 hinaus verlängert und an ihrem Ende jeweils mit einem karosserieseitigen Anbindungspunkt 13 zur Anbindung an einem nicht dargestellten Karosserielängsträger versehen. Im weiteren Verlauf in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne sind an den beiden Längsträgern 1, 3 Lenkerkonsolen 15 sowie vordere karosserieseitige Anbindungspunkte 17 zur Anbindung am Karosserie-Längsträger ausgebildet. Innerhalb des rahmenförmigen Achsträgers ist das in der 1 lediglich gestrichelt angedeutete Hinterachsdifferenzial 19 gelagert. Das Hinterachsdifferenzial 19 ist über eine vordere Anbindungsstelle 21 (2 bis 4) am vorderen Querträger 7 montiert.
Der vordere Querträger 7 ist im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung als ein U-förmiges Hohlprofil mit einer oberen, geschlossenen Deckwand 23 sowie daran anschließende, nach unten abragende Querwände 25, 27 ausgebildet. Gemäß der 2 ist das Hinterachsdifferenzial 19 an der Anbindungsstelle 21 mit der hinteren Querwand 25 und der vorderen Querwand 27 des Querträgers 7 verschraubt. Sowohl in der hinteren Querwand 25 als auch in der vorderen Querwand 27 sind zueinander fluchtend angeordnete Schraublöcher 31 vorgesehen, die Lagerstellen für eine später beschriebene Querstrebe 33 (3 oder 4) sind, die als zusätzliches Versteifungselement am vorderen Querträger 7 verschraubbar ist.
Im Fahrbetrieb werden von dem Hinterachsdifferenzial 19 Betriebskräfte über die Anbindungsstelle 21 in den Querträger 7 eingeleitet. Der Querträger 7 stellt hierbei einen Lastpfad F (2) bereit, über den die Betriebskräfte weiter bis in die Längsträger 1, 3 geleitet werden. In der 1 oder 2 ist der Achsträger in seiner Grundausführung gezeigt, wie er bei Fahrzeugen mit niedriger Motorisierung verbaut wird. Entsprechend ist der vordere Querträger 7 auf Betriebskräfte ausgelegt, die sich bei niedriger Motorisierung höchstenfalls ergeben können.
Bei einer Fahrzeug-Ausführung mit erhöhter Motorisierung ist der vom Querträger 7 bereitgestellte Lastpfad F nicht mehr ausreichend, um eine betriebssichere Überleitung der Betriebskräfte auf die Längsträger 1, 3 zu gewährleisten. Entsprechend kann zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit die Querstrebe 33 am Querträger 7 montiert werden, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist. Demzufolge ist die Querstrebe 33 in der 3 unter Bildung von Knotenstellen I, II mit den Schraublöchern 31 des Querträgers 7 verschraubt. An den Knotenstellen I, II laufen die beiden Enden der Querstrebe 33 mit dem Querträger 7 zusammen. Wie aus der 3 weiter hervorgeht, sind die beiden Knotenstellen I, II jeweils um einen Querversatz Δy von den äußeren Eckknotenteilen 5 nach innen versetzt. Zudem ist die Anbindungsstelle 21 für das Hinterachsdifferenzial 19 zwischen den beiden Knotenstellen I, II positioniert. Mit Hilfe der so montierten Querstrebe 33 wird ein zweiter Lastpfad F2 (3) bereitgestellt, über den unter Reduzierung der Belastung des Querträgers 7 die Betriebskräfte in die Längsträger 1, 3 eingeleitet werden können.
In den 3 und 4 ist die Querstrebe 33 zusätzlich an einer dritten Knotenstelle III am Querträger 7 angebunden. Die dritte Knotenstelle III ist in der Fahrzeugquerrichtung y zwischen den beiden äußeren Knotenstellen I, II angeordnet. Durch die Lage und/oder Anzahl der Knotenstellen I, II, III wird zusätzlich auch die Eigenfrequenz des Achsträgers beeinflusst.
In der 3 ist die Querstrebe 25 in etwa konturangepasst zum vorderen Querträger 7. Die Querstrebe 25 verläuft zudem durchgängig innerhalb des vom Querträger 7 begrenzten Hohlraumes 35. Die beiden Enden der Querstrebe 25 weisen jeweils Befestigungskonsolen 37 auf. Jede der Befestigungskonsole 37 ist ein Randsteg, der zwei rohrförmige Pfeifen 39 trägt. In der Zusammenbaulage erstrecken sich die rohrförmigen Pfeifen 39 zwischen den beiden Querwänden 25, 27 des Querträgers 7, wie es in der 5 dargestellt ist. Die Pfeifen 39 sind dabei in Flucht zu den einander gegenüberliegenden Schraublöchern 31 des Querträgers 7 angeordnet und über einen Schraubbolzen und einer Befestigungsmutter miteinander verschraubt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008010551 A1 [0003]

Claims

Achsträger für die Vorderachse oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Längsträgern (1, 3) und zumindest einem Querträger (7) mit zumindest einer Anbindungsstelle (21), an der eine Antriebskomponente (19), etwa ein Hinterachsdifferenzial oder ein Elektromotor, angebunden ist, wobei im Fahrbetrieb von der Antriebskomponente (19) Betriebskräfte über die Anbindungsstelle (21) in den Querträger (7) einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit der Querträger (7) Lagerstellen (31) aufweist, an die zumindest ein Versteifungselement (33), insbesondere eine Querstrebe, montierbar ist.
Achsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (7) ein Hohlprofilteil ist, in dessen Hohlraum (35) zumindest teilweise das Versteifungselement (33) angeordnet ist.
Achsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (7) ein nach unten offenes U-Profilteil mit einer oberen Deckwand (23) und zwei nach unten abragenden Querwänden (25, 27) ist, und dass insbesondere das Versteifungselement (33) durchgängig im Hohlraum (35) des Querträgers (7) verläuft.
Achsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (7) einen Lastpfad (F1) bereitstellt, über den die Betriebskräfte in die Längsträger (1, 3) einleitbar sind, und dass das Versteifungselement (33) einen weiteren Lastpfad (F2) bereitstellt, über den die Betriebskräfte in die Längsträger (1, 3) einleitbar sind.
Achsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (7) über Eckknotenteile (5) mit den beiden Längsträgern (1, 3) verbunden ist, und dass insbesondere zur Bildung eines rahmenförmig geschlossenen Achsträgers ein weiterer Querträger (9) vorgesehen ist, der mit den freien Enden der Längsträger (1, 3) verbunden ist.
Achsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (33) an zumindest einer Knotenstelle (I, II, III) am Querträger (7) angebunden sind, an der ein Ende des Versteifungselements (33) mit dem Querträger (7) zusammenläuft, und dass insbesondere die Knotenstellen (I, II) in der Fahrzeugquerrichtung (y) vom Eckknotenteil (5) um einen Querversatz (Δy) nach innen versetzt sind, und/oder dass insgesamt zwei in der Fahrzeugquerrichtung (y) äußere Knotenstellen (I, II) sowie eine zwischen den äußeren Knotenstellen (I, II) angeordnete, dritte Knotenstelle (III) angeordnet sind.
Achsträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsstelle (21) für die Antriebskomponente (19) in der Fahrzeugquerrichtung (y) zwischen den Knotenstellen (I, II) für das Versteifungselement (33) am Querträger (7) positioniert ist.
Achsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (33) in Schraubverbindung mit dem Querträger (7) bringbar ist, und dass insbesondere die Querträger (7) vorgesehenen Lagerstellen (31) für das Versteifungselement (33) Schraublöcher sind.
Achsträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraublöcher (31) der Lagerstelle an den einander gegenüberliegenden Querwänden (25, 27) des U-profilförmigen Querträgers (7) angeordnet sind, und dass insbesondere das Versteifungselement (33) zumindest eine Befestigungskonsole (37) mit zumindest einer rohrförmigen Pfeife (39) aufweist, die mit dem Querträger (7) verschraubbar ist.
Verfahren zur Montage eines Achsträgers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einer Fahrzeug-Grundausführung, etwa bei niedrigerer Motorisierung, unter Weglassung des Versteifungselements (33) im Fahrzeug verbaut wird, und in einer erweiterten Fahrzeug-Ausführung, etwa bei erhöhter Motorisierung, zusammen mit dem Versteifungselement (33) im Fahrzeug verbaut wird.