DE102013007976B4

DE102013007976B4 - Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013007976B4
Application number: DE102013007976.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Langhoff; Matthias Groen; Andreas Fischer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2033-05-11
Also published as: DE102013007976A1

Abstract

Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, der zwei seitliche, in Fahrzeuglängsrichtung (x) ausgerichtete Längsträger (12) und zumindest einen Querträger (16) aufweist, der die beiden Längsträger (12) miteinander verbindet, von denen jeder sowohl Anbindungsstellen (18) zur Anbindung des Hilfsrahmens am Fahrzeugrohbau als auch Lenkerkonsolen (20, 22) zur Anlenkung von Radaufhängungselementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (16) das Gehäuse eines Kraftstoffbehälters ist, wobei die zur Fahrzeugquerrichtung (y) gewandten Seitenwände (13) des Gehäuses (16) unmittelbar durch die Längsträger (12) geschlossen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 013 550 A1 ist ein Hilfsrahmen bekannt. Dieser bietet neben akustischen Vorteilen auch die Möglichkeit, durch Anlenkung der beidseitigen Radaufhängungselemente eine Vormontageeinheit zu bilden, die dann vereinfacht in das Kraftfahrzeug einbaubar ist. Bei angetriebenen Rädern der Achse des Kraftfahrzeugs können auch die Abtriebselemente, wie zum Beispiel ein Differenzial mit abtreibenden Gelenkwellen, an dem Hilfsrahmen angeordnet sein.
Aus der DE 10 2010 043 901 A1 ist ein weiterer Hilfsrahmen für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bekannt. In dem Hilfsrahmen ist eine Elektromaschine mit Differenzial und Verteilergetriebe oder sind alternativ zwei individuell abtreibende Elektromaschinen, gegebenenfalls mit elektrischen Energiespeichern, integriert. Der Hilfsrahmen ist dabei als ein tragendes Bauteil mit an ein Gehäuse angebundenen Trägern ausgeführt, in das die Funktionsteile eingebaut sind und an das sowohl Radaufhängungselemente anlenkbar als auch gummielastische Aufhängungselemente zum Anschluss des Hilfsrahmens an den Fahrzeugaufbau in einer Vierpunkt-Aufhängung vorgesehen sind. Der Hilfsrahmen ist dazu entsprechend aufwendig ausgebildet.
Eine ähnliche Antriebsanordnung beschreibt die DE 10 2010 032 106 A1 , bei der zwei Elektromaschinen individuell auf die Hinterräder eines Kraftfahrzeugs abtreiben, wobei ein elektrischer Speicher zwischen den Elektromaschinen angeordnet ist. Die Radaufhängungselemente bzw. der die Antriebsanordnung aufnehmende Hilfsrahmen ist hier nicht dargestellt.
Aus der DE 10 2011 054 580 A1 ist ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dieser weist zwei seitliche, in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Längsträger und einen Querträger auf, der die beiden Längsträger miteinander verbindet. Der Querträger ist das Gehäuse eines Elektromotors.
Aus der DE 10 2004 022 242 A1 ist eine gattungsgemäße hintere Einzelradaufhängung und Tragekonstruktion bekannt. Die WO 2013/ 004 209 A1 offenbart einen Achsträger mit integriertem Träger für einen Antrieb. Aus der US 2003/ 0 107 200 A1 ist ein Zahnstangengehäuse für ein Lenkgetriebe bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit dem für größere Fahrzeugstückzahlen eine Modulbauweise mit variablen Einsatzmöglichkeiten ermöglicht ist und der fertigungstechnisch günstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von einem Hilfsrahmen aus, an dessen Längsträgern sowohl die Anbindungsstellen zur Anbindung am Fahrzeugrohbau als auch die Lenkerkonsolen für die Achslenker ausgebildet sind. Der Querträger ist ein Gehäuse für einen Kraftstoffbehälter. Die beiden Längsträger sind dabei in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet durchgängig, das heißt unterbrechungsfrei, ausgebildet. Jeder der beiden Längsträger weist zudem einen Mittelabschnitt auf, der als Seitenwand das Gehäuse des Kraftstoffbehälters schließt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 sind die zur Fahrzeugquerrichtung gewandten Seitenwände des Gehäuses unmittelbar durch die Längsträger geschlossen.
Bevorzugt kann das Gehäuse als ein dreiteiliges Bauteilmodul aufgebaut sein. Das Bauteilmodul kann einen in der Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten, insbesondere zylindrischen Gehäusemantel aufweisen, dessen offene Stirnseiten mit den Längsträgern geschlossen sind. Zudem kann jeder der beiden Längsträger in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet einen Mittelabschnitt aufweist, der als Seitenwand das Gehäuse des Kraftstoffbehälters schließt. Der Mittelabschnitt kann ein materialeinheitlicher und einstückiger Bestandteil des Längsträgers sein.
Wie oben erwähnt, sind die Lenkerkonsolen für die Radaufhängungselemente und die Anbindungsstellen für die gummielastischen Aufhängungselemente an durchgehenden Längsträgern angeordnet und ist zumindest eine Querverbindung unmittelbar durch das Gehäuse des Kraftstoffbehälters gebildet. Die Erfindung zielt speziell darauf ab, ein modulares System vorzuschlagen, bei dem die Längsträger mit deren Aufhängungs- und Anlenkungspunkte unverändert bleiben können, während die zumindest eine Querverbindung des Hilfsrahmens an die jeweiligen Einsatzbedingungen oder Ausstattungsvarianten des Kraftfahrzeugs variabel anpassbar ist. Durch die tragende Gestaltung des Gehäuses des Kraftstoffbehälters kann zudem Gewicht eingespart und eine Bauteilvereinfachung erzielt werden.
Besonders bevorzugt können dabei die Längsträger in vertikaler Erstreckung derart großflächig ausgebildet sein, dass sowohl Lenkerkonsolen für obere als auch für untere Radaufhängungselemente von Mehrlenker-Radaufhängungen positionierbar sind. In an sich bekannter Weise können dabei jeweils an den Enden der Längsträger die Anbindungsstellen für die gummielastischen Aufhängungselemente einer Vierpunkt-Aufhängung des Hilfsrahmens angeordnet sein. Ferner können die gummielastischen Aufhängungselemente aktiv schaltbare Lagerelemente sein, die dementsprechend an Beladungszustände und variable Einsatzbedingungen (zum Beispiel sportlich oder komfortbetont) anpassbar sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Längsträger des Hilfsrahmens aus einem Faserverbundkunststoff hergestellt und somit insbesondere gewichtsoptimiert ausgelegt sein.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der durch das Gehäuse des Kraftstoffbehälters gebildete Querträger die einzige Querverbindung darstellt. In Ausnahmefällen könnte jedoch für spezifische Anwendungsfälle eine weitere Querverbindung in Form zum Beispiel eines einfachen Querträgers vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Gehäuse der Querverbindung einen Energiespeicher aufnehmen. Dies kann insbesondere ein elektrischer Speicher (zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie), ein Gasspeicher (zum Beispiel für Druckluft) oder ein Flüssigkeitsspeicher (zum Beispiel bei Flüssiggasbetrieb des Kraftfahrzeugs) sein.
Das Gehäuse des Kraftstoffbehälters kann bevorzugt ebenfalls aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt sein, um den Hilfsrahmen in seiner Konstruktion möglichst gewichtsgünstig auszubilden.
Schließlich kann das Gehäuse des Kraftstoffbehälters zur Sicherstellung einer robusten, belastungsfähigen Konstruktion des Hilfsrahmens über eine großflächige Verbindungsbasis (Flansche) mit den Längsträgern fest verschraubt sein.
Eine nicht von der Erfindung umfasste Vergleichsform ist im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in raumbildlicher Darstellung einen Hilfsrahmen für eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, der sich aus beidseitigen Längslenkern und einer durch das Gehäuse einer Elektromaschine gebildeten Querverbindung zusammensetzt.
Der in der Zeichnung dargestellte Hilfsrahmen 10 für die angetriebene Hinterachse eines Personenkraftfahrzeugs setzt sich im Wesentlichen aus zwei biegesteifen Längsträgern 12 und einer biegesteifen Querverbindung 16 zusammen. Der Querträger 16 ist dabei unmittelbar durch ein Fahrzeugfunktionsteil (das heißt eine Antriebskomponente) gebildet. Die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ist mit dem Pfeil F angegeben.
Zur Erzielung einer Vierpunkt-Aufhängung des Hilfsrahmens 10 an dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau sind an den Enden der Längsträger 12 jeweils Anbindungsstellen, das heißt büchsenförmige Lageraugen (einheitlich mit 18 bezeichnet), vorgesehen, in die gummielastische Aufhängungselemente einsetzbar sind. Die nicht dargestellten Aufhängungselemente können üblicher Bauart sein, bevorzugt können dabei aktiv in ihrer Feder- und Dämpfungsrate veränderliche Aufhängungselemente verwendet sein.
An den in vertikaler Erstreckung relativ großflächigen und im Querschnitt ungefähr rechteckigen Längsträgern 12 sind obere Lenkerkonsolen 20 und untere Lenkerkonsolen 22 vorgesehen, an die Radführungslenker (nicht dargestellt) einer Mehrlenker-Hinterachse des Kraftfahrzeugs über entsprechende Gummi-Metall-Hülsenlager angeschlossen sind.
Der Querträger 16 ist durch das im Wesentlichen rotationssymmetrische Gehäuse einer Elektromaschine mit integriertem Differenzial und gegebenenfalls einem Verteilergetriebe gebildet, welches Gehäuse über großflächige Randflansche 16b und umfangsverteilte Schraubverbindungen 16c (nur angedeutet) mit den Längsträgern 12 fest verschraubt ist.
Die von dem integrierten Differenzial abtreibenden Gelenkwellen sind durch Ausnehmungen 24 in den Längsträgern 12 hindurch zu den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs nach außen geführt.
Die mit entsprechenden Versteifungsrippen (ohne Bezugszeichen) und mit den Anbindungsstellen 18 sowie Lenkerkonsolen 20, 22, sowie den Ausnehmungen 24 ausgeführten Längsträger 12 sind aus Faserverbundkunststoff (zum Beispiel mit Glasfasern und Epoxydharz als Matrixmaterial) hergestellt. Alternativ könnten jedoch auch aus Blechpressteilen hergestellte und verschweißte Profilteile verwendet sein.
Das Gehäuse 16 der Elektromaschine kann aus Stahl oder ebenfalls als Faserverbundkunststoffteil zum Beispiel in Wickeltechnik hergestellt sein.
Das Gehäuse 16 - das im Querschnitt betrachtet gegebenenfalls auch oval, quadratisch oder rechteckförmig ausgeführt sein kann - könnte auch zwei individuell auf die Räder des Kraftfahrzeugs abtreibende Elektromaschinen aufnehmen, wobei dann zumindest das Differenzial entfallen könnte.
Alternativ dazu kann bei einer nicht angetriebenen Hinterachse des Kraftfahrzeugs das Gehäuse 16 durch einen elektrischen Speicher (zum Beispiel durch eine Hochvoltbatterie), durch einen Flüssigkeitsspeicher (zum Beispiel für Flüssiggas) oder einen Gasspeicher (zum Beispiel für Druckluft) gebildet sein, wobei der zylindrische Gehäusemantel 16a jeweils entsprechend biegesteif und an die geforderten Volumina anzupassen ist.
Bevorzugt sind dabei die Anschlussflansche 16b des Querträgers 16 unabhängig vom Verwendungszweck bzw. von unterschiedlichen Fahrzeugfunktionsteilen (Elektromaschine oder Speicherbauteil) baugleich ausgeführt, so dass die Längsträger 12 ohne wesentliche Änderungen stets verwendbar sind.
Der Fertigungsaufwand für den Hilfsrahmens 10 kann dadurch vermindert und dessen Einsatzmöglichkeiten wesentlich erweitert werden, was insbesondere für eine Serienfertigung der Bauteile die Herstellungskosten senkt. Des Weiteren kann eine Gewichtseinsparung am Hilfsrahmen 10 verwirklicht werden, insbesondere dadurch, dass das Gehäuse 16 des Fahrzeugfunktionsteiles tragend ausgebildet ist und unmittelbar den Querträger bildet.

Claims

Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, der zwei seitliche, in Fahrzeuglängsrichtung (x) ausgerichtete Längsträger (12) und zumindest einen Querträger (16) aufweist, der die beiden Längsträger (12) miteinander verbindet, von denen jeder sowohl Anbindungsstellen (18) zur Anbindung des Hilfsrahmens am Fahrzeugrohbau als auch Lenkerkonsolen (20, 22) zur Anlenkung von Radaufhängungselementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (16) das Gehäuse eines Kraftstoffbehälters ist, wobei die zur Fahrzeugquerrichtung (y) gewandten Seitenwände (13) des Gehäuses (16) unmittelbar durch die Längsträger (12) geschlossen sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) ein dreiteiliges Bauteilmodul ist, das einen in der Fahrzeugquerrichtung (y) ausgerichteten Gehäusemantel (16a) aufweist, dessen seitlich offene Stirnseiten mit den Längsträgern (12) geschlossen sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Längsträger (12) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) betrachtet einen Mittelabschnitt (13) aufweist, der als Seitenwand das Gehäuse (16) des Kraftstoffbehälters schließt, und/oder der Mittelabschnitt (13) ein materialeinheitlicher und einstückiger Bestandteil des Längsträgers (12) ist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen in einer Draufsicht betrachtet H-förmig gestaltet ist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsträger (12) in der Fahrzeugquerrichtung (y) betrachtet auf ihren einander zugewandten Innenseiten (17) jeweils Gehäuse-Anbindungsstellen (16c) aufweisen.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Längsträger (12) einen Mittelabschnitt (13) sowie mit Bezug auf das Gehäuse (16) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach vorne und nach hinten mit einem Überstand (Δx) abragende Ausleger (15) aufweist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Längsträger (12) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) durchgängig erstrecken.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (12) in einer Fahrzeughochrichtung (z) derart großflächig ausgebildet sind, dass sowohl Lenkerkonsolen (20) für obere als auch Lenkerkonsolen (22) für untere Radaufhängungselemente von Mehrlenker-Radaufhängungen vorsehbar sind.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an den Enden der Längsträger (12) die Anbindungsstellen (18) für die gummielastischen Aufhängungselemente einer Vierpunkt-Aufhängung angeordnet sind.
Hilfsrahmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastischen Aufhängungselemente aktiv schaltbare Lagerelemente sind.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (12) aus einem Faserverbundkunststoff hergestellt sind, und/oder dass das Gehäuse (16) aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt ist.
Hilfsrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Gehäuse (16) des Kraftstoffbehälters gebildete Querträger die einzige Querverbindung darstellt.