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Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Lenkgetriebes. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine selbsttragende Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Hilfsrahmen. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen selbsttragenden Karosserie.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 047 511 A1 ist ein Achsträger bekannt, der aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet und rahmenartig gestaltet ist. Ein Lenkgetriebegehäuse, das im Wesentlichen zylinderförmig gebildet ist und etwa die Länge eines Querträgers hat, ist parallel zu Querträgern des Achsträgers und zwischen den Querträgern verlaufend angeordnet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hilfsrahmen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Lenkgetriebes, insbesondere im Hinblick auf die Herstellkosten, die Stabilität, die Funktionalität und/oder das Gewicht, zu optimieren.
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Die Aufgabe ist bei einem Hilfsrahmen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Lenkgetriebes, dadurch gelöst, dass der Hilfsrahmen einen zentralen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Elektromotors aufweist. Bei dem aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 047 511 A1 bekannten Achsträger ist das Lenkgetriebegehäuse im Wesentlichen zentral zwischen zwei Querträgern angeordnet. Dadurch wird die zentrale Anbringung eines Elektromotors an dem bekannten Querträger erschwert beziehungsweise unmöglich gemacht. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Lenkgetriebe, bezogen auf den Hilfsrahmen, dezentral angeordnet. Dadurch wird auf einfache Art und Weise die Darstellung eines zentralen Aufnahmebereichs zur Aufnahme des Elektromotors ermöglicht. Bei dem Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um einen Antriebsmotor für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs. Der Hilfsrahmen enthält vorzugsweise mehrere Fasermatten aus Kohlefasern, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen erhabene Anbindungsbereiche zur Anbindung des Hilfsrahmens an eine selbsttragende Karosserie aufweist. Mit den erhabenen Anbindungsbereichen wird der Hilfsrahmen, vorzugsweise von unten, an der selbsttragenden Karosserie befestigt. Die selbsttragende Karosserie ist vorzugsweise als Monocoque ausgeführt. Ein Kraftfahrzeug-Monocoque ist zum Beispiel in der deutschen Patentschrift
DE 103 08 759 B4 und der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 037 963 A1 offenbart.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen eine zentrale Ausnehmung für den Elektromotor aufweist. Dadurch wird die Integration des Elektromotors in die selbsttragende Karosserie erheblich vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass von den erhabenen Anbindungsbereichen Krafteinleitungsbereiche ausgehen, die, vorzugsweise schräg, zu der zentralen Ausnehmung hin abfallen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Befestigung des Hilfsrahmens an der selbsttragenden Karosserie ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen im Bereich der zentralen Ausnehmung Lagerstellen für den Elektromotor aufweist. Die Lagerstellen können vorteilhaft durch Winkelbleche dargestellt werden, die an dem Hilfsrahmen befestigt sind. Die Befestigung der Winkelbleche an dem Hilfsrahmen kann zum Beispiel durch Einlegen beziehungsweise Eingießen in das Kunststoffmaterial erfolgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen an seiner Unterseite im Wesentlichen planar ausgeführt ist. Der Hilfsrahmen umfasst vorteilhaft einen planaren Grundkörper, der im Wesentlichen die Gestalt einer ebenen Platte mit der zentralen Ausnehmung aufweist. Durch die planare Ausführung des Hilfsrahmens an seiner Unterseite wird die Darstellung eines Schubfelds ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen sowohl in einer Längsrichtung als auch in einer Querrichtung in sich asymmetrisch ausgeführt ist. Durch die asymmetrische Ausführung kann der Hilfsrahmen besser an die Gestalt des Lenkgetriebes beziehungsweise des Elektromotors und/oder an den in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Bauraum angepasst werden. Die Längsrichtung des Hilfsrahmens entspricht vorzugsweise einer Fahrzeuglängsrichtung. Analog entspricht die Querrichtung des Hilfsrahmens vorzugsweise einer Fahrzeugquerrichtung. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung bezeichnet. Die Fahrzeugquerrichtung wird auch als y-Richtung bezeichnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen Anlenkungsbereiche zur Anlenkung von unteren Querlenkern an den Hilfsrahmen aufweist. Die unteren Querlenker sind vorteilhaft seitlich an den Hilfsrahmen angelenkt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen im Bereich der Anlenkungsbereiche zur Anlenkung der unteren Querlenker an den Hilfsrahmen doppelwandig ausgeführt ist. Dabei wird eine untere Wandung vorzugsweise von dem planaren Grundkörper des Hilfsrahmens dargestellt. Zwischen der unteren Wandung und einer oberen Wandung ist ein Hohlraum ausgebildet. Die beiden Wandungen sind vorzugsweise beide mit Fasern verstärkt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen an seiner Unterseite Anbindungsbereiche zur Anbindung einer Unterbodenverkleidung an den Hilfsrahmen aufweist. Die Anbindungsbereiche zur Anbindung der Unterbodenverkleidung sind vorzugsweise eben ausgeführt und können mit Durchgangslöchern zum Befestigen der Unterbodenverkleidung mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie Schrauben, versehen sein.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine selbsttragende Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem vorab beschriebenen Hilfsrahmen. Der Hilfsrahmen ist vorzugsweise einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs zugeordnet.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen selbsttragenden Karosserie, die auch als Monocoque bezeichnet wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte, perspektivische Darstellung einer selbsttragenden Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Hilfsrahmen;
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2 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung des Hilfsrahmens aus 1 mit einem Lenkgetriebe, einem Elektromotor und einem unteren Querlenker und
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3 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung des Hilfsrahmens aus 2 allein.
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In
1 ist eine selbsttragende Karosserie
1 vereinfacht dargestellt. Bei der selbsttragenden Karosserie
1 handelt es sich um ein so genanntes Monocoque, wie es zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 037 963 A1 und der deutschen Patentschrift
DE 103 08 795 B4 beschrieben ist.
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Als Monocoque ausgegebildete, tragende Karosseriestrukturbauteile von Kraftfahrzeugen sind aus dem Rennsport, insbesondere aus der Formel-1 bekannt. Da in 1 dargestellte Monocoque gehört zu einem Sportwagen.
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Die in 1 dargestellte selbsttragende Karosserie 1 umfasst an ihrem vorderen Ende 4 einen Hilfsrahmen 5. Der Hilfsrahmen 5 ist als Vorderachshilfsrahmen ausgeführt und aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff gebildet.
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Der Hilfsrahmen ist mit Hilfe von (nicht dargestellten) Schrauben so mit der selbsttragenden Karosserie 1 verbunden, dass er einen Teil der selbsttragenden Karosserie 1 darstellt. Der Hilfsrahmen 5 kann alternativ oder zusätzlich stoffschlüssig, zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen, fest mit dem Rest der selbsttragenden Karosserie 1 verbunden sein.
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In 2 sieht man, dass an dem Hilfsrahmen 5 ein Elektromotor 8 und ein Lenkgetriebe 10 befestigt sind. Der Elektromotor 8 dient zum Beispiel zum Antrieb einer Vorderachse eines mit der selbsttragenden Karosserie 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs. An den Hilfsrahmen 5 ist des Weiteren ein unterer Querlenker 11 angelenkt.
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In 3 ist der Hilfsrahmen 5 allein perspektivisch dargestellt. Der Hilfsrahmen 5 umfasst einen planaren Grundkörper 15 mit einer zentralen Ausnehmung 18. Die zentrale Ausnehmung 18 dient zur Aufnahme des Elektromotors 8, der im eingebauten Zustand innerhalb der zentralen Ausnehmung 18 angeordnet ist, wie man in 2 sieht.
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Zur Aufnahme des Lenkgetriebes 10 dient ein länglicher Aufnahmebereich 20, der mit zwei Vertiefungen 21 und 22 versehen ist. Die Vertiefungen 21 und 22 dienen dazu, das Lenkgetriebe 10 bei der Montage zu positionieren. Der längliche Aufnahmebereich 20 umfasst des Weiteren zwei Durchgangslöcher 23, 24, die zur Aufnahme beziehungsweise zum Einschrauben von Befestigungsmitteln, wie Schrauben, dienen, mit deren Hilfe das Lenkgetriebe 10 an dem Hilfsrahmen 5 befestigt wird.
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Der längliche Aufnahmebereich 20 für das Lenkgetriebe 10 ist an einem vorderen, in Querrichtung verlaufenden Rahmenteil des Hilfsrahmens 5 ausgebildet. Dabei ist der Hilfsrahmen 5 im Bereich des länglichen Aufnahmebereichs 20 doppelwandig ausgeführt. Durch die doppelwandige Ausführung ergibt sich ein Hohlraum zwischen dem länglichen Aufnahmebereich 20 und dem planaren Grundkörper 15 des Hilfsrahmens 5.
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An den seitlichen Enden des länglichen Aufnahmebereichs 20 sind an dem Hilfsrahmen 5 zwei Dome 26, 27 ausgebildet. Die Dome 26, 27 dienen zur Darstellung von Anlenkungsbereichen 31, 32. Die Anlenkungsbereiche 31, 32 dienen zusammen mit zwei weiteren Anlenkungsbereichen 33, 34 zum Anlenken von zwei unteren Querlenkern an den Hilfsrahmen 5.
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Zur Anbindung des Hilfsrahmens 5 an die selbsttragende Karosserie, die in 1 mit 1 bezeichnet ist, dienen vier erhabene Bereiche 41, 42, 43, 44 an dem Hilfsrahmen 5. Die erhabenen Bereiche 41 bis 44 sind an oberen Wandungen 45, 46 vorgesehen, die von dem planaren Grundkörper 15 beabstandet sind. Der planare Grundkörper 15 hat im Wesentlichen die Gestalt einer Platte mit der zentralen Ausnehmung 18.
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Die oberen Wandungen 45, 46 weisen keinen konstanten Abstand zu dem planaren Grundkörper 15 auf. Die oberen Wandungen 45, 46 sind mit den erhabenen Bereichen 41, 42 weiter von dem planaren Grundkörper 15 beabstandet als die erhabenen Bereiche 43, 44.
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Von den erhabenen Bereichen 41, 42 fallen schräg verlaufende Krafteinleitungsbereiche 47, 48 zu der zentralen Ausnehmung 18 hin ab. Von den erhabenen Bereichen 43, 44 erstrecken sich Krafteinleitungsbereiche 49, 50 im Wesentlichen senkrecht zu dem planaren Grundkörper 15.
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Der Hilfsrahmen 5 umfasst des Weiteren Anbindungsbereiche 51 bis 55 für eine (nicht dargestellte) Unterbodenverkleidung. Die Anbindungsbereiche 51 bis 55 sind eben ausgeführt und mit jeweils mindestens einem Durchgangsloch versehen.
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Durch die zentrale Ausnehmung 18 in dem Hilfsrahmen 5 wird auf einfache Art und Weise ein zusätzlicher Aufnahmeraum 60 für den in 2 mit 8 bezeichneten Elektromotor geschaffen. Zur Befestigung des Elektromotors 8 an dem Hilfsrahmen 5 dienen zwei Lagerstellen 61, 62.
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Die Lagerstellen 61, 62 werden vorteilhaft von Winkelblechen dargestellt, die zum Beispiel aus Aluminiumblech gebildet sind. Das die Lagerstelle 61 darstellende Winkelblech erstreckt sich von dem planaren Grundkörper 15 in Querrichtung nach oben. Das die Lagerstelle 62 darstellende Winkelblech erstreckt sich von dem Hilfsrahmen 5 in Längsrichtung in die zentrale Ausnehmung 18 hinein.
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Der Hilfsrahmen 5 ist in sich asymmetrisch ausgeführt. Lediglich die Anlenkungsbereiche 31 bis 34 für die unteren Querlenker sind links/rechts symmetrisch angeordnet.
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Der Hilfsrahmen 5 wird vorteilhaft durch Resin Transfer Moulding hergestellt, das auch als RTM-Verfahren bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine Art Spritzpressen zur Herstellung von Formteilen aus Duroplasten mit eingelegten Fasermatten aus Kohlefasern.
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Ein entsprechendes Werkzeug umfasst zwei Werkzeughälften, die ein Formnest begrenzen. In das Formnest werden trockene Fasermatten eingelegt. Danach wird das Werkzeug geschlossen, woraufhin ein Unterdruck angelegt wird.
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Durch den Unterdruck wird ein duroplastisches Kunststoffmaterial, insbesondere ein Harz, in das Formnest angesaugt beziehungsweise injiziert. Nach dem Aushärten kann das fertige Formteil entnommen und gegebenenfalls nachbearbeitet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006047511 A1 [0002, 0004]
- DE 10308759 B4 [0005]
- DE 102010037963 A1 [0005, 0020]
- DE 10308795 B4 [0020]
