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Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein Hilfsrahmen oder ein Achsträger sind in gängiger Praxis mit der Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie über entsprechende Anbindungsstellen verschraubt. Derartige Hilfsrahmen können sowohl im Bereich der Vorderachse als auch im Bereich der Hinterachse Anwendung finden.
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Aus der
DE 10 2006 013 548 B4 ist ein gattungsgemäßer Hilfsrahmen für ein Fahrzeug bekannt, der zwei in der Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Knotenelemente zur Anbindung an den Fahrzeugaufbau aufweist. Die beiden Knotenelemente sind über einen Hilfsrahmen-Querträger miteinander verbunden. Zudem erstreckt sich von jedem der Knotenelemente jeweils ein Vorbau-Längsträger bis zur Fahrzeugfrontseite sind dort an einem Fahrzeug-Frontendmodul angebunden. Die Vorbau-Längsträger stellen bei einer Frontalkollision eine untere Lastebene bereit. Die obere Lastebene wird durch die Karosserielängsträger bereitgestellt, an denen der Hilfsrahmen montiert ist.
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Bei einem aktiven Fahrwerkssystem kann frontseitig am Hilfsrahmen ein Drehaktor für zum Beispiel eine aktive Wankstabilisierung montiert sein, wie es aus der
DE 10 2013 013 325 A1 bekannt ist. Der Drehaktor wirkt über Drehfederstäbe auf die Fahrzeug-Radaufhängung ein. Durch Ansteuerung des Drehaktors kann das Fahrzeugniveau und/oder Nick- und Wankbewegungen des Kraftfahrzeugs ausgeglichen werden. Das dem Drehaktor zugeordnete elektronische Steuergerät ist in gängiger Praxis in größerem Abstand zum Drehaktor im Bereich der Fahrzeug-Karosserie angeordnet. Entsprechend groß ist der Aufwand zum Verlegen elektrischer Verbindungskabel vom Steuergerät bis zum Drehaktor. Zudem ist im Kundendienstfall das Steuergerät nur schwer zugänglich.
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Aus der
EP 23 997 82 A1 ist ein Fahrzeug-Längsträger bekannt, bei dem seitlich ein Traggestell montiert ist, das zum Beispiel Bauraum für ein Steuergerät bereitstellt. Aus der
DE 10 2013 021 344 A1 ist ein weiterer Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bekannt, der über zwei seitliche Vorbau-Längsträger mit ein Frontend verbunden ist. Die Vorbau-Längsträger sind mittels einer Verstelleinrichtung längenverstellbar, dessen Gehäuse am Hilfsrahmen befestigt ist.
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Die
DE 103 30 891 A1 offenbart ein Karosserieteil für ein Fahrzeug, welches zur Aufnahme einer elektronischen Komponente (vorliegend eines Starterkondensators) vorgesehen ist. Eine Einbuchtung, die im eingebauten Zustand des Karosserieteils von einer Fahrzeuginnenseite nach außen ragt, ist zur Aufnahme der elektronischen Komponente vorgesehen.
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Die
DE 40 41 016 C1 zeigt eine Karosserie eines Personenkraftwagens mit einem Elektronikgehäuse, aufweisend einen vorderen Türpfosten, ein Radhaus, eine Kotflügelbank und eine Federbeinaufnahme, wobei die Federbeinaufnahme gegenüber dem A-Pfosten weiter vorne und weiter zur Fahrzeuglängsmitte hin liegt. Die Federbeinaufnahme ist mit einem Hohlprofilträger als Federbeinträger etwa mit der Mitte bzw. in Höhe der Fensterbrüstung mit dem Türpfosten verbunden, wobei sich zwischen dem Federbeinträger, der Kotflügelbank und der Kontur des Radhauses ein von oben her offener, taschenförmiger Raum ergibt. Diese Gehäusetasche dient als Elektronikgehäuse.
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Die
DE 10 2011 100 323 A1 beschreibt eine Fahrzeugkarosserie mit einer Tragstruktur, welche mindestens eine Längsträgeranordnung mit in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Längsträgern aufweist, wobei in jeder Ebene zumindest zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Längsträger vorgesehen sind, welche sich jeweils in Richtung einer Fahrzeuglängsachse entlang einer Fahrzeugaußenseite erstrecken. Die Tragstruktur nimmt einen Laderaum auf, welcher einen im Wesentlichen innerhalb der Längsträgeranordnung angeordneten ersten Ladebereich und einen im Wesentlichen oberhalb der Längsträgeranordnung angeordneten zweiten Ladebereich umfasst.
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Die
DE 199 54 540 A1 offenbart eine Kraftfahrzeugkarosserie mit Längsschwellern und mit diese nach vorne verlängernden und in den Bereich vor der A-Säule ragenden Abstützstummeln für die bei einem Crash nach hinten gedrückten Vorderräder, wobei mindestens einer der Abstützstummel als Hohlträger und als Aufnahmeraum für Fahrzeugaggregate, beispielsweise einer Hydraulikeinheit, ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise bauraumgünstig ein Bauraum bereitstellbar ist, in dem ein Funktionsteil, insbesondere das obere elektronische Steuergerät, positionierbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist dem Hilfsrahmen zumindest ein sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstreckender Längsträger zugeordnet, der entlang der Fahrzeuglängsrichtung einen Aufnahmebereich aufweist, in dem ein crashsensibles elektronisches Funktionsteil positionierbar ist. Auf diese Weise ergibt sich eine crashsichere Anordnung des elektronischen Funktionsteils sowie eine im Vergleich zum Stand der Technik einfachere Zugänglichkeit im Kundendienstfall, und zwar bevorzugt von der Fahrzeugunterseite her.
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Das elektronische Funktionsteil kann bevorzugt ein elektronisches Steuergerät für einen Drehaktor sein, mit dem auf die Fahrzeugradaufhängung wirkende Drehfederstäbe mit einer Torsion beaufschlagbar sind. Bei einer Realisierung des Funktionsteils als ein elektronisches Steuergerät für den oben erwähnten Drehaktor können zudem elektrische Kabel aufgrund der ortsnahen Positionierung eingespart werden.
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Der dem Hilfsrahmen zugeordnete Längsträger weist ein in der Fahrzeuglängsrichtung vorderes crashzugewandtes Ende und ein hinteres crashabgewandtes Ende auf. Im Hinblick eine crashsichere Anordnung ist es bevorzugt, wenn der Aufnahmebereich am crashabgewandten Ende des Längsträgers angeordnet ist.
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Der Längsträger ist bevorzugt aus einem im Kollisionsfall verformbaren Längsträger-Grundkörper und den im Kollisionsfall bauteilsteif ausgelegten Aufnahmebereich aufgebaut. Der Längsträger-Grundkörper und der Aufnahmebereich können exemplarisch materialeinheitlich und/oder einstückig miteinander verbunden sein. Alternativ dazu können der Längsträger-Grundkörper und der Aufnahmebereich zweiteilig als zwei voneinander separate Bauteile ausgeführt sein, die über insbesondere eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind.
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In einer technischen Umsetzung kann der Längsträger ein Vorbau-Längsträger sein, der einen Hilfsrahmen-Deformationsabschnitt bildet, der im Kollisionsfall Kollisionsenergie abbaut. Demgegenüber kann der Tragabschnitt des Hilfsrahmens zwei in der Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Knotenelemente zur Anbindung an einen Fahrzeugaufbau aufweisen. Die Knotenelemente sind mittels eines Hilfsrahmen-Querträgers miteinander verbunden. Der Hilfsrahmen-Deformationsabschnitt kann mittels zweier Vorbau-Längsträger gebildet sein, die sich vom jeweiligen Knotenelement bis zur Fahrzeugfrontseite erstrecken.
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Im Hinblick auf eine vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützte Positionierung des Funktionsteils kann der Aufnahmebereich für das Funktionsteil von einem, insbesondere im Knotenelement und/oder im Vorbau-Längsträger integrierten taschenförmigen Gehäuse begrenzt sein.
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Das Funktionsteil-Gehäuse kann in einer technischen Realisierung in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet eine Vorder- und eine Rückwand aufweisen. Zudem kann der vom Gehäuse bereitgestellte Bauraum in der Fahrzeughochrichtung betrachtet mittels einer Deckwand und einer Bodenwand begrenzt sein. Im Hinblick auf eine einfache Positionierung sowie eine einfache Leitungsverbindung kann das Gehäuse in der Fahrzeugquerrichtung beidseitig offen gestaltet sein.
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Das Funktionsteil-Gehäuse kann bevorzugt ein separates Bauteil sein, das sowohl am Längsträger-Grundkörper als auch am Hilfsrahmen-Knotenelement über zum Beispiel eine lösbare Schraubverbindung angebunden ist. Das Gehäuse kann in diesem Fall über, in der Fahrzeuglängsrichtung vordere und hintere Anbindungspunkte zwischen dem Längsträger-Grundkörper und dem Knotenelement zwischengeordnet sein.
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Für eine lagesichere Halterung kann das Funktionsteil zum Beispiel über eine lösbare Schraubverbindung an der Gehäuse-Bodenwand befestigt sein. Damit die Gehäuse-Bodenwand eine ausreichend große Abstützbasis bereitstellt, kann die Gehäuse-Bodenwand um einen Querversatz in der Fahrzeugquerrichtung nach außen mit einer Befestigungslasche verlängert sein, auf der das Funktionsteil abstützbar sowie verschraubbar ist.
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In einer weiteren Ausführung kann das Gehäuse zweischalig aufgebaut sein, und zwar mit einer, die Bodenwand bildenden Unterschale sowie einer die Deckwand bildenden Oberschale. Für eine einfache Montage/Demontage kann die Unterschale lösbar am Gehäuse gehaltert sein. Die lösbare Halterung kann mittels einer Schraubverbindung zwischen der Unterschale und der Oberschale realisiert sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Unterschale über eine Gelenkverbindung mit der Oberschale gekoppelt sein.
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Bei Realisierung eines aktiven Fahrwerksystems kann der Drehaktor in der Fahrzeugquerrichtung in etwa in Flucht zwischen den beiden Knotenelementen sich erstrecken. An jedem der Knotenelemente kann der Vorbaulängsträger sowie der Hilfsrahmen-Querträger mit einem weiteren Hilfsrahmen-Längsträger zusammenlaufen, an dem beispielhaft Lenkerkonsolen für die Radlenker der Fahrzeug-Radaufhängung ausgebildet sind.
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Bei einer Frontalkollision bildet der jeweilige Vorbau-Längsträger sowie das daran anschließende Knotenelement und gegebenenfalls der damit verbundene Hilfsrahmen-Längsträger einen Lastpfad für die Aufprallkräfte. Der Lastpfad kann sich unter kräftemäßiger Überbrückung des im Gehäuse positionierten Funktionsteils aufgabeln, und zwar in einen Haupt-Lastpfad, der durch die Gehäuse-Oberschale führt, und in einen Neben-Lastpfad, der durch die Gehäuse-Unterschale führt. Zur Stabilisierung des Haupt-Lastpfads kann in der Oberschale unter Bildung eines U-Profils nicht nur die Deckwand, sondern auch die Vorderwand und die Rückwand des Gehäuses materialeinheitlich und/oder einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Gehäuse-Unterschale alleine die Bodenwand bereitstellen, die zum Beispiel über Schraubverbindungen demontierbar an der Gehäuserück- und -vorderwand gehaltert ist.
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Der Hilfsrahmen weist in gängiger Praxis zudem Anbindungspunkte auf, an die eine Lagerhalterung (zum Beispiel eine Blech-Halbschale) für ein Motorlager montierbar ist. Von diesen Anbindungspunkten kann zumindest ein Anbindungspunkt bevorzugt nicht am Knotenelement, sondern vielmehr am Funktionsteil-Gehäuse ausgebildet sein. Zur Bereitstellung eines bauteilsteifen Anbindungspunktes kann die Gehäuse-Deckwand ein Querprofil aufweisen, das mit einem Tragsegment in der Fahrzeugquerrichtung um einen Querversatz das Funktionsteil-Gehäuse nach fahrzeuginnen überragt. An dem, nach fahrzeuginnen abragenden Tragsegment des Querprofils kann die Lagerhalterung (zum Beispiel eine Blech-Halbschale) angebunden werden.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen 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 zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht einen Vorderwagenbereich einer Fahrzeugkarosserie mit daran montierten Hilfsrahmen;
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2 in einer perspektivischen Teildarstellung von oben den Hilfsrahmen;
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3 und 4 jeweils perspektivische Ansichten einer Baueinheit, die aus einem Vorbau-Längsträger, einem Steuergerät-Gehäuse sowie einem Knotenelement des Hilfsrahmens aufgebaut ist; sowie
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5 und 6 jeweils unterschiedliche Ansichten eines Vorbau-Längsträgers mit daran verschraubten Steuergeräte-Gehäuse (5) und mit entferntem Steuergeräte-Gehäuse (6).
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In der 1 ist eine Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie für ein zweispuriges Kraftfahrzeug im Vorderwagenbereich mit strichpunktierten Linien angedeutet. Die Tragstruktur weist eine obere Kotflügelbank 1 sowie einen in der Fahrzeuglängsrichtung x erstreckenden Karosserie-Längsträger 3 auf. Die Kotflügelbank 1 ist im Bereich oberhalb nicht dargestellter Radkästen an die A-Säule 5 angebunden, während der Karosserielängsträger 3 bodenseitig in einem Knotenpunkt 7 mit der A-Säule 5 zusammengeführt ist. Im Bereich des Knotenpunktes 7 schließen sich die jeweiligen seitlichen Schweller einer nicht gezeigten Fahrgastzelle an.
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Wie weiter aus der 1 hervorgeht, ist im Vorderwagenbereich ein Hilfsrahmen 9 integriert, der in der Fahrzeuglängsrichtung x zwei seitliche vordere Knotenelemente 11 aufweist, die beispielhaft als kastenförmige Aluminium-Gussknoten gebildet sind. Die beiden Knotenelemente oder Gußknoten 11 sind in der Fahrzeugquerrichtung y mittels eines Hilfsrahmen-Querträgers 13 miteinander verbunden. In der 2 ist lediglich einer der beiden Knotenelemente 1 dargestellt, während das in der Fahrzeugquerrichtung y gegenüberliegende Knotenelement 11 weggelassen ist. Die beiden vorderen Knotenelemente 11 des Hilfsrahmens 9 sind an Schraubstellen 15 an die beiden Karosserie-Längsträger 3 angebunden.
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In der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten schließt sich an jedem der beiden vorderen Knotenelemente 11 ein Hilfsrahmen-Längsträger 16 an, der zusammen mit dem Hilfsrahmen-Querträger 13 ein flächiges plattenförmiges Verstärkungselement 17 umschließt. Das flächige Verstärkungselement 17 ist in etwa fachwerkartig mit Längsstreben, Querstreben sowie diagonal verlaufenden Streben ausgeführt. Am hinteren Ende des Verstärkungselementes 17 sind weitere Knotenelemente 19 angeformt, über die der Hilfsrahmen 9 am Fahrzeugaufbau montiert ist. Unterhalb der Schraubstellen 15 weist das in der 1 gezeigte Knotenelement 11 eine Lenkungsgasse 21 für ein nicht gezeigtes Lenkgetriebe sowie eine Lenkerkonsole 23 auf. In der 2 ist an der Lenkerkonsole 23 ein angedeuteter Lenker 25 angelenkt, der Bestandteil einer nicht näher gezeigten Radaufhängung ist. Durch die Lenkungsgasse 21 werden nicht gezeigte Lenkstangen des Lenkgetriebes geführt.
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In der 1 ist der Hilfsrahmen 9 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne mit zwei Vorbau-Längsträger 36 verlängert, die frontseitig an einem nicht gezeigten Frontendmodul des Fahrzeugs angebunden sind. Bei einer Frontalkollision bilden die Vorbau-Längsträger 36 zusammen mit dem Hilfsrahmen 9 eine untere Lastebene. Demgegenüber bilden die Karosserielängsträger 3 eine obere Lastebene aus.
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Die an den Knotenelementen 11 zusammenlaufenden Hilfsrahmen-Querträger 13 und Hilfsrahmen-Längsträger 16 bilden mit dem flächigen Versteifungselement 17 einen Tragabschnitt T (1), auf dem eine nicht dargestellte Antriebskomponente oder Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs abgestützt ist. Die beiden nach vorne abragenden Vorbau-Längsträger 36 bilden dagegen einen Deformationsabschnitt D (1), der im Kollisionsfall unter plastischer Verformung Kollisionsenergie abbaut.
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In der 2 ist ein elektromechanisch betätigbarer Drehaktor 28 frontseitig vor dem Hilfsrahmen-Querträger 13 angeordnet. Der Drehaktor 28 wirkt auf zwei in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen abragende Drehfederstäbe 32, die jeweils seitlich außen nach hinten abgewinkelte Antriebshebel 33 aufweisen. Die Antriebshebel 33 sind über angedeutete Koppelstangen 35 auf dem Lenker 25 der Radaufhängung abgestützt. Die beiden Drehfederstäbe 32 sind in nicht gezeigte Lageraufnahmen an den Knotenelementen 11 drehbar gelagert.
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Dem Drehaktor 28 ist ein elektronisches Steuergerät 37 zugeordnet, das Bestandteil eines aktiven Fahrwerksystems ist. Wie aus den Figuren hervorgeht, weist der Vorbau-Längsträger 36 einen Aufnahmebereich 39 auf, in dem das Steuergerät 37 positioniert ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aufnahmebereich 39 als ein taschenförmiges Steuergeräte-Gehäuse realisiert, das sich in einem Verbindungsbereich zwischen dem Knotenelement 11 und dem Vorbau-Längsträger 36 befindet.
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Nachfolgend ist der Aufbau sowie die Geometrie des Steuergeräte-Gehäuses 39 anhand der Figuren beschrieben: So weist das Steuergeräte-Gehäuse 39 eine Vorderwand 41, eine Rückwand 43 sowie eine Deckwand 45 und eine Bodenwand 47 auf. In der Fahrzeugquerrichtung y ist das Steuergeräte-Gehäuse 39 beidseitig offen gestaltet.
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In der dargestellten Ausführungsvariante ist das Steuergeräte-Gehäuse 39 ein vom Vorbau-Längsträger 36 und vom Knotenelement 11 separates Bauteil, das über vordere und hintere Anbindungspunkte 49, 51 jeweils am Vorbau-Längsträger 36 und am Knotenelement 11 angebunden ist. In der 6 ist der Vorbau-Längsträger 36 in Alleinstellung gezeigt. Demzufolge ist der Vorbau-Längsträger 36 zweiteilig ausgeführt, und zwar mit einem, im Kollisionsfall verformbaren Längsträger-Grundkörper 35 sowie dem im Kollisionsfall bauteilsteif ausgelegten Steuergeräte-Gehäuse 39. Der Längsträger-Grundkörper 35 und das Steuergeräte-Gehäuse 39 sind zweiteilig als zwei voneinander separate Bauteile ausgeführt, die über die Schraubverbindung 49 miteinander verbunden sind.
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Das Steuergerät 37 ist von fahrzeugaußen in Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeuginnen einsteckbar und über Schraubpunkte 53 an der Gehäuse-Bodenwand 47 montiert. Um eine ausreichend große Abstützbasis bereitzustellen, ist die Gehäuse-Bodenwand 47 in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen mit einer in etwa dreieckförmigen Befestigungslasche 55 (6) verlängert, an der einer der Schraubpunkte 53 vorgesehen ist.
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Um eine einfache Montage/Demontage des Steuergerätes 37 zu ermöglichen, ist das Steuergeräte-Gehäuse 39 zweischalig mit einer Unterschale 57 und einer Oberschale 59 aufgebaut. In der Gehäuse-Oberschale 59 sind unter Bildung eines U-Profils die Vorderwand 41, die Rückwand 43 sowie die Deckwand 45 materialeinheitlich und einstückig ausgebildet. Demgegenüber bildet die Gehäuse-Unterschale 57 alleine die Bodenwand 47 aus. Diese ist in der 6 mittels einer weiteren Schraubverbindung 61 lösbar an der Gehäuse-Oberschale 59 gehaltert.
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Wie aus der 4 hervorgeht, sind am Knotenelement 11 eine Vielzahl von Schraubpunkten 63 vorgesehen, an denen in gängiger Praxis eine Lageraufnahme montierbar ist, in die ein Motorlager einsetzbar ist. Üblicherweise können drei der Schraubpunkte 63 zur Montage der Lageraufnahme erforderlich sein. Je nach Motorisierungsgrad des vom Hilfsrahmen 9 getragenen Antriebsaggregates ist die Lageraufnahme unterschiedlich dimensioniert und/oder an unterschiedlichen Schraubpunkten 63 am Kontenelement 11 befestigt. Aufgrund der Vielzahl von bereitgestellten Schraubpunkten 63 kann das Knotenelement 11 bei Fahrzeugen mit unterschiedlichem Motorisierungsgrad eingesetzt werden.
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Zur weiteren Steigerung der Funktionalität des Hilfsrahmens 9 ist zumindest einer der Lageraufnahme-Schraubpunkte 63 nicht am Knotenelement 11, sondern vielmehr am Steuergeräte-Gehäuse 39 ausgebildet. Hierzu weist die Gehäuse-Deckwand 45 ein Querprofil 65 auf, das mit ein Tragsegment 67 um einen Querversatz Δy (2 oder 5) das Steuergeräte-Gehäuse 39 nach fahrzeuginnen überragt. Am Tragsegment 67 des Querprofils 65 ist der zusätzliche Schraubpunkt 63 ausgebildet. Am Schraubpunkt 63 des Steuergeräte-Gehäuses 39 ist speziell eine bei hohem Motorisierungsgrad einsetzbar Lageraufnahme verschraubbar.
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Wie bereits oben erwähnt, bildet der Vorbau-Längsträger 36 zusammen mit dem Hilfsrahmen 9 bei einer Frontalkollision eine untere Lastebene, das heißt einen unteren Lastpfad für die eingeleiteten Aufprallkräfte. Der untere Lastpfad wird am Übergang zwischen dem Vorbau-Längsträger 36 und dem Steuergeräte-Gehäuse 37 aufgegabelt, und zwar in einem Haupt-Lastpfad, der durch die Gehäuse-Oberschale 59 führt, und in einen Neben-Lastpfad, der durch die Gehäuse-Unterschale 57 führt. Die beiden Haupt- und Neben-Lastpfade werden am hinteren Anbindungspunkt 51 zusammengeführt und in den Gussknoten 11 eingeleitet.
