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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Allgemein verwiesen sei im diesem Zusammenhang auf
DE 10 2016 206 649 A1 , auf
WO 2013/057017 A1 sowie auf
US 2013/0240273 A1 , die sich jeweils mit Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge befassen.
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Aus der
DE 10 2013 007 976 A1 ist ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bekannt, welcher zwei seitliche, in Fahrzeuglängsrichtung, ausgerichtete Längsträger und zumindest einen Querträger aufweist. Der Querträger verbindet die beiden Längsträger miteinander und ist als Gehäuse einer Antriebskomponente ausgebildet.
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Aus der
DE 10 2015 212 811 A1 ist ein Hilfsrahmen für ein Fahrzeug bekannt, der Merkmale gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Dabei ist der als Antriebsgehäuse ausgebildete Querträger in eine tragende Querstruktur integriert, welche mit einem zusätzlichen Querträger ausgestattet ist und die beiden Querträger miteinander verbindet. Ein ähnlicher Hilfsrahmen ist aus
DE 10 2015 204 261 A1 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hilfsrahmen anzugeben, der gegenüber vorbekannten Hilfsrahmen konstruktiv einfacher, somit kostengünstiger herstellbar ist. Zudem soll eine bessere Festigkeit und Steifigkeit des Hilfsrahmens erzielt werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
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Es wird ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei der Hilfsrahmen zwei Längsträger und zumindest einen sich zwischen diesen beiden erstreckenden Querträger aufweist. Der Hilfsrahmen ist vorzugsweise zur Anbindung an einen Fahrzeugrohbau vorgesehen. Die beiden Längsträger erstrecken sich im Einbauzustand in Fahrzeuglängsrichtung. Infolgedessen erstreckt sich der Querträger im eingebauten Zustand in Fahrzeugquerrichtung. Der Querträger bildet ein Antriebsgehäuse aus. Er dient demnach zur Aufnahme einer Antriebskomponente, insbesondere eines Elektromotors, einer Batterie, einer Brennstoffzelle und/oder eines Wasserstofftanks. Neben einer tragenden Funktion übernimmt der Querträger somit auch die Funktion des sicheren Aufnehmens eines Antriebsbestandteils. Der Hilfsrahmen weist zwei miteinander lösbar verbundene Gehäuseteile auf, wobei zumindest eines der beiden Gehäuseteile wenigstens einen der beiden Längsträger und zumindest teilweise den Querträger ausbildet. Hierdurch kann eine Verbindungsstelle zwischen Längsträger und Querträger eingespart werden, wodurch der Hilfsrahmen konstruktiv einfacher und somit kostengünstiger hergestellt werden kann. Des Weiteren wird hierdurch die Festigkeit und Steifigkeit des Hilfsrahmens verbessert.
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Der Hilfsrahmen weist vorzugsweise neben den beiden Gehäuseteilen kein zusätzliches rahmenbildendes Bauteil auf. Stattdessen ist der Querträger von wenigstens einem der beiden Gehäuseteile ausgebildet, die zudem jeweils einen der Längsträger ausbilden. Folglich ist zumindest einer der beiden Längsträger einteilig mit zumindest einem Teil des Querträgers ausgebildet. Zusätzlich zur Funktion als Achsträger, erfüllt der Hilfsrahmen hierdurch die Aufgabe des Antriebsgehäuses. Durch die Verschmelzung unterschiedlicher Funktionalitäten, nämlich insbesondere des Achsträgers und des Antriebsgehäuses, kann der Hilfsrahmen kostengünstig hergestellt werden. Des Weiteren weist der Hilfsrahmen somit eine geringere Anzahl an Bauteilen auf. Ferner wird dieser somit leichter und nimmt weniger Bauraum ein.
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Der Hilfsrahmen ist vorteilhafterweise, insbesondere zweiteilig, durch die beiden Gehäuseteile ausgebildet. Der Hilfsrahmen weist somit ausschließlich zwei hilfsrahmenbildende Bauteile auf, nämlich das erste und zweite Gehäuseteil. Der Hilfsrahmen besteht somit vorzugsweise aus zwei hilfsrahmenbildenden Gehäuseteilen. Der Hilfsrahmen weist unter Umständen neben den beiden Gehäuseteilen weitere Bauteile, wie Deckel, Schrauben, Nieten, etc. auf. Diese sind jedoch nicht maßgeblich für die Anzahl der Teile des Hilfsrahmens. Ausschlaggebend ist hierbei die Anzahl derjenigen Bauteile, welche eine Achsträger- und/oder Gehäusefunktion übernehmen, also die beiden die Längsträger und den Querträger ausbildenden Gehäuseteile. Neben dem Bauraum können hierdurch zudem Kosten eingespart werden.
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Um zusätzliche Verbindungsmittel einzusparen, stellt es einen weiteren Vorteil dar, wenn die beiden Gehäuseteile jeweils materialeinheitlich und/oder einteilig ausgebildet sind. Der den Längsträger ausbildende Bereich des jeweiligen Gehäuseteils ist vorzugsweise mit dem den Querträger ausbildenden Bereich verschweißt oder verklebt. Alternativ ist es denkbar, dass der Gehäuseteil mit dem Längsträger und zumindest einem Abschnitt des Querträgers materialeinheitlich und einteilig im Zuge des Herstellungsverfahrens ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist es, wenn der Querträger vollständig von einem der beiden Gehäuseteile ausgebildet ist. Das erste Gehäuseteil bildet demnach einen der beiden Längsträger sowie den gesamten Querträger aus. Das zweite Gehäuseteil bildet demnach lediglich den zugeordneten zweiten Längsträger aus.
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Alternativ stellt es einen Vorteil dar, wenn der Querträger teilweise und/oder abschnittsweise von beiden Gehäuseteilen ausgebildet ist. Der Querträger ist hierbei im Wesentlichen zweiteilig durch die beiden lösbar miteinander verbundenen Gehäuseteile ausgebildet. Die beiden Gehäuseteile umfassen demnach jeweils neben dem zugeordneten Längsträger auch einen Abschnitt des Querträgers, wobei die beiden Abschnitte vorzugsweise vollständig den Querträger ausbilden. Die beiden Abschnitte des Querträgers bilden somit den gesamten Querträger aus, wenn die beiden Gehäuseteile miteinander verbunden sind.
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Zudem erweist es sich als Vorteil, wenn der Querträger, insbesondere genau, zwei lösbar miteinander verbundene Gehäuseabschnitte aufweist. Alternativ oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn das erste Gehäuseteil den ersten Gehäuseabschnitt und das zweite Gehäuseteil den zweiten Gehäuseabschnitt ausbildet. Der Gehäuseabschnitt ist unmittelbar an dem jeweiligen Gehäuseteil ausgebildet, so dass der Querträger im Wesentlichen direkt mit dem Längsträger verbunden ist. Der Querträgerabschnitt und der jeweils zugeordnete Längsträger sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Die Bauteile des Hilfsrahmes können hierdurch reduziert werden.
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Es ist von Vorteil, wenn die beiden Gehäuseabschnitte in Längsrichtung des Querträgers unterschiedlich oder gleich lang sind. Die beiden Gehäuseabschnitte sind zur Aufnahme einer Antriebskomponente vorgesehen. Um diese in dem Hilfsrahmen anzuordnen, wird die Antriebskomponente zunächst in dem ersten Gehäuseteil montiert. Das zweite Gehäuseteil, insbesondere dessen zweiter Gehäuseabschnitt, wird danach über die Antriebskomponente geschoben. Es kann dabei zweckmäßig sein, die erste Gehäusehälfte länger auszubilden als die zweite Gehäusehälfte. Die erste Gehäusehälfte trägt sodann das Gewicht der Antriebskomponente, während die zweite Gehäusehälfte mit der ersten Gehäusehälfte zum Hilfsrahmen verbunden wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn zumindest eines der beiden Gehäuseteile, insbesondere an seinem dem anderen Gehäuseteil zugewandten Ende seines Gehäuseabschnitts, eine Gehäuseöffnung aufweist. Diese ist vorzugsweise vom jeweils anderen Gehäuseteil verschlossen. Durch die Gehäuseöffnung kann die dafür vorgesehenen Antriebskomponenten in den Gehäuseabschnitt eingebracht werden. Die Montage des Hilfsrahmens ist somit einfach und kostengünstig realisierbar.
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Einen weiteren Vorteil stellt es dar, wenn die beiden Gehäuseteile im Bereich der wenigstens einen Gehäuseöffnung, insbesondere durch Verbindungsmittel, lösbar miteinander verbunden sind. Die beiden Gehäuseteile können durch Muffen miteinander verbunden sein. Alternativ ist es denkbar, dass die Gehäuseteile im Bereich der Gehäuseöffnung über Randflansche und Schrauben miteinander verbunden sind. Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Hilfsrahmen eine Wartungsöffnung aufweist, damit die Antriebskomponente jederzeit zugänglich ist.
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Der Querträger ist im Bereich seines zumindest einen Gehäuseabschnitts vorteilhafterweise hohl ausgebildet. Der Querträger weist vorzugsweise rotationssymmetrische Gehäuseabschnitte auf. Alternativ oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn der Querträger einen runden oder eckigen Querschnitt aufweist. Der Querträger bildet vorzugsweise das Gehäuse einer Elektromaschine mit integriertem Differenzial und gegebenenfalls einem Verteilergetriebe aus.
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Vorteilhaft ist es, wenn zumindest einer der beiden Längsträger eine Stirnwand des Antriebsgehäuses bildet. Die beiden Gehäuseteile sind vorzugsweise vollständig hohl ausgebildet. Ebenso können lediglich die beiden Gehäuseabschnitte zur Aufnahme der Antriebskomponente hohl ausgebildet sein. Das Antriebsgehäuse, insbesondere der den Querträger ausbildende Gehäuseabschnitt, ist dabei stirnseitig durch die beiden Längsträger verschlossen.
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Alternativ ist es von Vorteil, wenn zumindest einer der beiden Längsträger einen zusätzlich zum Querträger teilweise das Antriebsgehäuse ausbildenden Hohlraum aufweist. Der Hohlraum des Längsträgers bildet somit zusammen mit dem Hohlraum des Querträgers ein das Gehäuseinnere definierendes Volumen aus.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Querträger in seinem Inneren Lagerungen zum Lagern der Antriebskomponente aufweist. Die Antriebskomponente ist damit sicher in dem Antriebsgehäuse, insbesondere dem Querträger, angeordnet.
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Es stellt einen Vorteil dar, wenn die beiden Gehäuseteile, insbesondere im Bereich ihres Längsträgers und/oder Querträges, jeweils zumindest ein Anbindungselement zur Anbindung des Hilfsrahmens an einen Fahrzeugrohbau aufweist. An den Längsträgern sind vorzugsweise die Anbindungselemente für gummielastische Aufhängungselemente vorgesehen.
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Alternativ oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn die beiden Gehäuseteile, insbesondere Gehäusehälften, zumindest ein Radaufhängungselement zu Befestigung eines Lenkers einer Radaufhängung umfassen. Die Radaufhängungselemente sind vorzugsweise an den beiden Längsträgern ausgebildet.
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Die beiden Gehäuseteile sind vorteilhafterweise aus einem Faserkunststoffverbund gefertigt, um den Hilfsrahmen möglichst leicht auszubilden. Der Faserkunststoffverbund umfasst beispielsweise Glasfasern oder Kohlenstofffasern mit einem Epoxidharz.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die beiden Gehäuseteile, insbesondere im Bereich ihres jeweiligen Längsträgers, eine Aussparung zur radseitigen Durchführung einer Antriebswelle der dafür vorgesehenen Antriebskomponenten aufweisen. Die Antriebswellen der Antriebskomponente kann durch die Ausnehmungen hindurch zu den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs nach außen geführt werden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Hilfsrahmens in einer Draufsicht,
- 2 eine schematische Draufsicht des Hilfsrahmens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine schematische Draufsicht des Hilfsrahmens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine schematische Draufsicht des Hilfsrahmens in einem Einbauzustand und
- 5 eine schematische Seitenansicht einer Gehäusehälfte des Hilfsrahmens.
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Die 1 zeigt eine Draufsicht eines Hilfsrahmens 1 in stark vereinfachter Darstellung. Der Hilfsrahmen 1 weist einen ersten Längsträger 2 und einen zweiten Längsträger 3 auf. Zwischen den beiden Längsträgern 2, 3 erstreckt sich ein Querträger 4, welcher die beiden Längsträger 2, 3 im Wesentlichen miteinander verbindet. Die beiden Längsträger 2, 3 und der Querträger 4 werden von einem ersten Gehäuseteil 5 und einem zweiten Gehäuseteil 6 ausgebildet. Der Hilfsrahmen 1 weist demnach zwei Hilfsrahmenteile auf, die durch die beiden Gehäuseteile 5, 6 ausgebildet sind. Der Hilfsrahmen ist somit zweiteilig ausgebildet. Die beiden Gehäuseteile 5, 6 sind in einem Verbindungsbereich durch Verbindungsmittel 7 vorzugsweise lösbar miteinander verbunden. Die Verbindungsmittel 7 können beispielsweise Schrauben oder Muffen sein.
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Um den Hilfsrahmen 1 zweiteilig ausbilden zu können, umfassen die beiden Gehäuseteile 5, 6 jeweils einen Abschnitt des Querträgers 4. Der Querträger 4 weist somit im Wesentlichen einen ersten Gehäuseabschnitt 8 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 9 auf. Die beiden Gehäuseabschnitte 8, 9 sind im Bereich ihrer beiden zugewandten Enden lösbar miteinander verbunden. Dabei bildet das erste Gehäuseteil 5 den ersten Gehäuseabschnitt 8 und das zweite Gehäuseteil 6 den zweiten Gehäuseabschnitt 9 aus. Die beiden Gehäuseabschnitte 8, 9 sind gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleich lang ausgebildet. Die beiden Gehäuseteile 5, 6 sind somit als Gehäusehälften ausgebildet. Der Hilfsrahmen 1 ist somit achssymmetrisch ausgebildet.
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Der Hilfsrahmen 1 ist zur Aufnahme einer nicht dargestellten Antriebskomponente vorgesehen, weshalb die beiden Gehäuseteile 5, 6 zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet sind. Vorzugsweise ist zumindest der Querträger 4 hohl und als ein Antriebsgehäuse 10 ausgebildet. Der Querträger 4 weist einen runden oder eckigen Querschnitt auf, wobei der Querschnitt auch individuell an die dafür vorgesehene Antriebskomponente angepasst sein kann.
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Das erste Gehäuseteil 5 weist eine erste Gehäuseöffnung 11 und das zweite Gehäuseteil 5 eine zweite Gehäuseöffnung 12 auf. Die beiden Gehäuseöffnungen 11, 12 sind an einem dem jeweils anderen Gehäuseteil 5, 6 zugewandten Ende des jeweiligen Gehäuseteils 5, 6 angeordnet. Die erste Gehäuseöffnung 11 ist somit vom zweiten Gehäuseteil 6 und die zweite Gehäuseöffnung 12 vom ersten Gehäuseteil 5 verschlossen. Zumindest eines der beiden Gehäuseteile 5, 6 kann im Bereich seines Längsträgers 2, 3 einen Hohlraum 13 aufweisen, welcher das Antriebsgehäuse 10 in den jeweiligen Längsträger hinein erweitert. Das erste Gehäuseteil 5 und das zweite Gehäuseteil 6 sind jeweils materialeinheitlich und/oder einteilig ausgebildet.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Hilfsrahmens 1 in einer schematischen Draufsicht. Das zweite Gehäuseteil 6 bildet hierbei lediglich den zweiten Längsträger 3 aus und weist demnach keinen eigenen Gehäuseabschnitt 9 auf, wie dies bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Das zweite Gehäuseteil 6 bildet somit den Querträger 4 vollständig aus. Der gesamte Querträger 4 ist somit einteilig mit einem der beiden Längsträger ausgebildet. Die Gehäuseöffnung 11 des ersten Gehäuseteils 5, insbesondere des ersten Gehäuseabschnitts 8, ist stirnseitig von dem zweiten Gehäuseteils 6 verschlossen.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Hilfsrahmens 1 in einer schematischen Draufsicht, wobei der Querträger 4 von beiden Gehäuseabschnitten 8, 9 ausgebildet ist. Die beiden Gehäuseabschnitte 8, 9 sind im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedlich lang. Der erste Gehäuseabschnitt 8 des ersten Gehäuseteils 5 ist länger als der zweite Gehäuseabschnitt 12 des zweiten Gehäuseteils 6 ausgebildet. Beide Gehäuseteile 5, 6 sind zur Aufnahme einer Antriebskomponente hohl ausgebildet.
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Nachstehend wird gemäß 4 der Einbauzustand des Hilfsrahmens 1 erläutert. Der Hilfsrahmen 1 ist schematisch als Antriebsgehäuse 10 dargestellt, wobei die beiden Gehäuseteile 5, 6 gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet sein können, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
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Das Antriebsgehäuse 10, insbesondere der Querträger 4 (vgl. 1 bis 3), weist Lagerungen 15 zur Lagerung der nicht dargestellten Antriebskomponente auf. Des Weiteren umfasst das erste Gehäuseteil 5 ein erstes und ein zweites Anbindungselement 16, 17 zur Anbindung des Hilfsrahmens 1 an einen vorliegend nicht dargestellten Fahrzeugrohbau. Das zweite Gehäuseteil 6 weist ein drittes und ein viertes Anbindungselement 18, 19 zur Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Fahrzeugrohbau auf. Die Anbindungselemente 16, 17, 18, 19 der jeweiligen Gehäuseteile 5, 6 sind vorzugsweise symmetrisch zueinander an dem Hilfsrahmen 1 angeordnet. Für eine Vierpunkt-Aufhängung des Hilfsrahmens 1 ist es zweckmäßig, die Anbindungspunkte 16, 17, 18, 19 jeweils im Bereich der Enden der Längsträger 2, 3 (vgl. 1 bis 3) auszubilden. Die Anbindungspunkte 16, 17, 18, 19 sind vorzugsweise buchsenförmig ausgebildet und zur Aufnahme von Gummilagern vorgesehen.
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Zur Befestigung eines Lenkers 25 einer Radaufhängung weist das erste Gehäuseteil 5 im Rahmen einer klassischen Mehrlenkerachse ein erstes und/oder wenigstens ein zweites Radaufhängungselement 20, 21, und das zweite Gehäuseteil 6 ein drittes und/oder wenigstens ein viertes Radaufhängungselement 22, 23 auf. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Radaufhängungsquerträger.
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5 zeigt das erste Gehäuseteil 5 in einer seitlichen Schnittansicht. Das Gehäuseteil 5 weist vorzugsweise eine Aussparung 24 auf. Die Aussparung 24 ist im Bereich des ersten Längsträgers 2 des ersten Gehäuseteils 5 ausgebildet. Eine Antriebswelle einer nicht dargestellten Antriebskomponente kann somit durch die Aussparung 24 durch den Längsträger 2 hindurch zum vorliegend nicht dargestellten Rad geführt werden. Ebenso kann das zweite Gehäuseteil 6 wenigstens eine derartige Aussparung 24 aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hilfsrahmen
- 2
- erster Längsträger
- 3
- zweiter Längsträger
- 4
- Querträger
- 5
- erster Gehäuseteil
- 6
- zweiter Gehäuseteil
- 7
- Verbindungsmittel
- 8
- erster Gehäuseabschnitt
- 9
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 10
- Antriebsgehäuse
- 11
- erste Gehäuseöffnung
- 12
- zweite Gehäuseöffnung
- 13
- Hohlraum
- 14
- Stirnwand
- 15
- Lagerung
- 16
- erstes Anbindungselement
- 17
- zweites Anbindungselement
- 18
- drittes Anbindungselement
- 19
- viertes Anbindungselement
- 20
- erstes Radaufhängungselement
- 21
- zweites Radaufhängungselement
- 22
- drittes Radaufhängungselement
- 23
- viertes Radaufhängungselement
- 24
- Aussparung
- 25
- Lenker
