DE19524758A1 - Rahmenanordnung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer selbsttragenden Karosserie mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-PS 36 03 706 bekannt. Ein H-förmiger Hilfsrahmen wird unter ei­ ner Bodengruppe der Karosserie nach vorne ragend ver­ schraubt. Freie Enden von Längsträgern des Hilfsrahmens bilden eine Knautschzone. Querkräfte, die von der Vorder­ radaufhängung eingeleitet werden, sollen optimal aufge­ nommen werden. Das Lenk- sowie Schwingungsverhalten soll günstig beeinflußt werden, und es sollen eventuelle Repa­ raturkosten verringert sowie die akustischen Eigenschaf­ ten verbessert werden.

Bei der bekannten Rahmenanordnung ist der Hilfsrahmen am Unterboden der Karosserie verschraubt, und es sind zu­ sätzlich formschlüssige Verbindungen vorgesehen. Die freien, nach vorne ragenden Längsträgerenden des Hilfs­ rahmens sind jedoch sehr kurz ausgeführt, da sonst sowohl horizontale als auch vertikale Schwingungen Gefahren mit sich bringen. Der Querträger stabilisiert diese freien Längsträgerenden nicht, da er im Bereich des Unterbodens angeordnet ist, wo die Längsträger verschraubt sind. Bei Verlängerung der Längsträger nach vorne würde sehr schnell keine ausreichende Steifigkeit mehr vorliegen bzw. die Längsträger müßten sehr stark dimensioniert wer­ den (große Querschnittsfläche).

Vergleichbare Rahmenanordnungen jedoch etwas anderer Art sind in der DE-OS 31 46 554 sowie der DE-PS 35 22 447 be­ schrieben. Hier sind Hilfsrahmen sehr aufwendig in Rahmen der Karosserie eingebunden, um Kräfte vorteilhaft ablei­ ten bzw. verteilen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rahmenan­ ordnung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß nicht nur Querkräfte, sondern auch Verti­ kalkräfte und -schwingungen vom Hilfsrahmen gut aufgenom­ men und abgebaut bzw. auf den gesamten Rahmen verteilt werden, wobei der Hilfsrahmen mit geringem Aufwand als Modul mit zumindest einer Antriebseinheit und Teilen ei­ ner Vorderradaufhängung bestückt und dann an der Karosse­ rie gehaltert werden soll. Auch der Austausch des Hilfs­ rahmens soll einfach möglich sein. Die zu schaffende Rah­ menanordnung soll durch günstiges Knautschverhalten beim Crash Gefahren für Fahrzeuginsassen minimieren und zu­ sätzlich vorteilhafte akustische Eigenschaften aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Rahmenanord­ nung gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 5.

Ein Hilfsrahmen wird, wie bekannt, an einem Unterboden einer selbsttragenden Karosserie lösbar befestigt und ragt von dort aus nach vorne. Er besteht aus zumindest zwei Längsträgern und einem Querträger. Der Hilfsrahmen dient zur Lagerung einer Antriebseinheit sowie von Teilen der Vorderradaufhängung des Kraftfahrzeugs. Dazu ist er mit Aufnahmen für Stoßdämpfer und Federn der Vorderrad­ aufhängung ausgestattet, die im wesentlichen Vertikal­ kräfte aufnehmen und auf den Rahmen weiterleiten. Erfin­ dungswesentlich ist, daß die Karosserie Gegenaufnahmen aufweist, die mit den Aufnahmen des Hilfsrahmens korres­ pondieren und mit diesem verbindbar sind. Vorzuziehen sind hier ebenfalls Techniken zur lösbaren Verbindung, so daß der Hilfsrahmen weiterhin als Modul vorgefertigt und dann mit geringem Aufwand an der Karosserie zu haltern ist. Es werden die Längsträger des Hilfsrahmens mit dem Unterboden und die Aufnahmen des Hilfsrahmens mit den Ge­ genaufnahmen der Karosserie verbunden, insbesondere ver­ schraubt. Die so hergestellte Rahmenanordnung weist be­ sonders vorteilhafte Eigenschaften auf. Frei nach vorne ragende Längsträgerenden bilden weiterhin eine Knautsch­ zone des Fahrzeugs, die den Anforderungen entsprechend dimensionierbar ist. Hier kann auch vorgesehen sein, daß je nach Fahrzeugausstattung bzw. -ausführung unterschied­ lich dimensionierte Hilfsrahmen eingebaut werden, die ex­ akt an das Fahrzeug angepaßt sind. Eine Karosserie kann so die Grundlage für verschiedene Fahrzeuge mit unter­ schiedlichen Hilfsrahmen werden.

Die Fahrwerkskräfte werden jedoch nicht ausschließlich vom Hilfsrahmen aufgenommen, sondern auch unmittelbar auf die Karosserie übertragen. Der Rahmen ist im Bereich der Vorderradaufhängungen sehr steif und nimmt sowohl Quer­ kräfte als auch Vertikalkräfte optimal auf. Die Vertikal­ kräfte werden in die Aufnahmen des Hilfsrahmens eingelei­ tet und auch auf die Gegenaufnahmen der Karosserie über­ tragen, mit denen die Aufnahmen verbunden sind. Somit werden diese Vertikalkräfte sowohl vom Hilfsrahmen als auch von der selbsttragenden Karosserie abgebaut. Beim Crash werden entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Kräfte nicht mehr ausschließlich über die Längsträger in den un­ teren Karosseriebereich eingeleitet, sondern sie werden in zwei Horizontalebenen auf die gesamte Karosserie ver­ teilt. Somit kann eine deutlich höhere Crashenergie im Rahmen abgebaut werden, ohne daß sich eine Fahrgastzelle lebensbedrohlich verformt. Vor den Orten der Befestigung des Hilfsrahmens an der Karosserie (Aufnahmen - Gegenauf­ nahmen) besteht jedoch weiterhin eine durch die freien Enden der Längsträger gebildete Knautschzone. Diese reicht aus, um die Energie bei leichten Unfällen abzu­ bauen.

Zum Abbau von Schwingungen ist es von Vorteil, wenn zwi­ schen den Aufnahmen des Hilfsrahmens, an denen die Vor­ derradaufhängungsteile gehaltert sind, und den Gegenauf­ nahmen federnde Elemente angeordnet sind. Damit sind die Aufnahmen in gewissen Grenzen relativ zu den Gegenaufnah­ men beweglich. Schwingungen werden gedämpft auf die selbsttragende Karosserie übertragen, und die Fahrzeug­ akustik wird positiv beeinflußt.

Die Fahrzeugmontage erweist sich als besonders einfach, wenn sowohl die Aufnahmen als auch die Gegenaufnahmen domförmig gestaltet sind. Ist der Hilfsrahmen montiert, werden die Aufnahmen zumindest bereichsweise von den Ge­ genaufnahmen überdeckt, sitzen also (sich im wesentlichen selbstzentrierend) in diesen. Bei dieser Ausbildung der Aufnahmen und Gegenaufnahmen sind auch horizontal gerich­ tete Kräfte (beim Crash) vom Hilfsrahmen auf die Karosse­ rie übertragbar. Verbindungselemente, vorzugsweise Schrauben, werden nur in begrenztem Maß auf Abscherung beansprucht.

Die Längsträger des Hilfsrahmens bestehen vorzugsweise aus zwei, in verschiedenen Höhenebenen angeordneten Trä­ gerabschnitten, die durch einen Übergangsabschnitt mit­ einander verbunden sind. Ein hinterer Längsträgerab­ schnitt wird jeweils mit dem Unterboden verschraubt. Die Aufnahmen für Stoßdämpfer und Federn der Vorderradaufhän­ gung sind an vorderen, höher gelegenen Längsträgerab­ schnitten vorgesehen. Die zugehörigen Gegenaufnahmen be­ finden sich jeweils im Bereich einer Ecke, die von Kot­ flügeln und einer Spritzwand gebildet wird.

Die Erfindung wird detailliert anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben. Die zugehörige Figur zeigt schema­ tisch eine selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie, die mit einem Front-Hilfsrahmenmodul zu verbinden ist.

Eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Rohkarosserie begrenzt einen Motorraum 2 und eine Fahr­ gastzelle 3 eines Kraftfahrzeugs. Eine Bodengruppe 4 der Rohkarosserie 1 ist als Tiefziehelement ausgeführt, kann jedoch auch aus einzelnen Trägern (Rahmenstruktur) beste­ hen.

Ein mit der Rohkarosserie 1 zu verbindendes Vorderwagen­ modul 5 beinhaltet einen Hilfsrahmen 6, welcher aus zwei Längsträgern 7, 8 und zwei Querträgern 9, 10 besteht. Die Längsträger 7, 8 sind gekröpft und weisen einen hinteren, tief gelegenen Abschnitt 11, einen vorderen, höher gele­ genen Abschnitt 12 sowie einen Übergangsabschnitt 13 auf. Der Querträger 9 verbindet die Längsträger 7, 8 im Be­ reich ihrer Übergangsabschnitte 13 und der Querträger 10 verbindet die vorderen Enden der Längsträger 7, 8. Der Querträger 9 ist im Ausführungsbeispiel mit den Längsträ­ gern 7, 8 verschweißt. Er könnte jedoch auch als Achs­ querträger ausgebildet und mit den Längsträgern 7, 8 ver­ schraubt sein. Der Querträger 10 kann in anderer Ausfüh­ rung der Erfindung auch entfallen oder durch einen Stoß­ fänger ersetzt werden.

Im Hilfsrahmen 6 ist eine Antriebseinheit 14 des Fahr­ zeugs gelagert und es sind Teile der Vorderradaufhängung 15 vormontiert. Insbesondere sind an den oberen Abschnit­ ten 12 der Längsträger 7, 8 Aufnahmen 16, 17 für Stoß­ dämpfer 18, 19 (und für nicht in der Figur gezeigte Fe­ dern) vorgesehen. Die Stoßdämpfer 18, 19 sind im wesent­ lichen zur Abstützung von Vertikalkräften in den Aufnah­ men 16, 17 gehaltert. Das Vorderwagenmodul 5 kann weitere Bauelemente oder Baugruppen (Scheinwerferrahmen, Kühler­ grill, Stoßfänger . . . ) beinhalten.

Nach der Vormontage des Moduls 5 wird es von unten an die Rohkarosserie 1 herangeführt und mit dieser verbunden. Die hinteren Abschnitte 11 der Längsträger 7, 8 werden mit der Bodengruppe 4 verschraubt, wie dies bekannt ist. Auch die an sich bekannte formschlüssige Verbindung kann vorgesehen sein.

Beim Heranführen des Vorderwagenmoduls 5 an die Rohkaros­ serie 1 tauchen die Aufnahmen 16, 17 in Gegenaufnahmen 20, 21 der Rohkarosserie 1 ein. Sowohl die Aufnahmen 16, 17 als auch die Gegenaufnahmen 20, 21 sind domförmig aus­ gebildet. Durch die korrespondierende Form dieser Elemen­ te findet eine selbsttätige Zentrierung statt. Nach der exakten Positionierung des Hilfsrahmens 6 wird er sowohl mit der Bodengruppe 4 als auch mit den Gegenaufnahmen 20, 21 lösbar verbunden, insbesondere verschraubt. Zwischen den Aufnahmen 16, 17 und den zugehörigen Gegenaufnahmen 20, 21 können federnde Elemente (nicht gezeigt) vorgese­ hen sein. Damit sind Vorteile bei der Fahrzeugakustik er­ reichbar. Verbindungsstellen zwischen dem Hilfsrahmen 6 und der Rohkarosserie 1 sind durch gestrichelte Linien in der Figur angedeutet. Jeder Längsträger 7, 8 wird mit vier Schrauben an der Bodengruppe 4 verschraubt und je­ weils drei Schrauben sind zur Befestigung der Aufnahmen 16, 17 in den Gegenaufnahmen 20, 21 vorgesehen.

Die hinteren Abschnitte 11 der Längsträger 7, 8 sind re­ lativ lang ausgeführt. Sie tragen damit zur Versteifung der gesamten Rohkarosserie 1 bei. Der Querträger 9 ist im Abstand vor der Bodengruppe 4 angeordnet. Er sorgt für ausreichende Quersteifigkeit der Karosserie. Insgesamt sind die weiter oben im Text erläuterten Vorteile er­ reicht worden:

• - Gute Aufnahme von Vertikalkräften, Verbesserung des Schwingungsverhaltens,
• - modulare Bauweise (leichte Austauschbarkeit und Va­ riabilität des Vorderwagenmoduls),
• - günstiges Crashverhalten,
• - positive Beeinflussung der Fahrzeugakustik.

Claims (5)

1. Rahmenanordnung eines vorzugsweise mit einer selbst­ tragenden Karosserie (1) versehenen Kraftfahrzeugs, mit einer Bodengruppe (4) der Karosserie (1), an der im vorderen Bereich ein frei nach vorne ragender Hilfsrahmen (6) lösbar befestigt ist, wobei der Hilfsrahmen (6) zumindest aus zwei Längsträgern (7, 8) und einem Querträger (9, 10) besteht, den Kräfte­ verlauf bei Kollisionen optimiert und zumindest zur Lagerung einer Antriebseinheit (14) sowie von Teilen der Vorderradaufhängung (15) dient, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hilfsrahmen (6) Aufnahmen (16, 17) für Teile der Vorderradaufhängungen (15), insbeson­ dere für Stoßdämpfer (18, 19) und Federn aufweist und diese Aufnahmen (16, 17) zur Verteilung von Kräften mit korrespondierenden Gegenaufnahmen (20, 21) der selbsttragenden Karosserie (1) verbindbar sind.

2. Rahmenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl die Längsträger (7, 8) des Hilfsrahmens (6) in an sich bekannter Weise an der Bodengruppe (4) als auch die Aufnahmen (16, 17) an den Gegenaufnahmen (20, 21) verschraubt sind.

3. Rahmenanordnung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (16, 17) unter Verwendung federnder Zwischenelemente begrenzt relativ beweglich mit den Gegenaufnahmen (20, 21) verbindbar sind.

4. Rahmenanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (16, 17) des Hilfsrahmens (6) und die Gegenaufnahmen (20, 21) der Karosserie (1) domförmig ausgebildet sind, wobei die Aufnahmen (16, 17) des an der Karos­ serie (1) gehalterten Hilfsrahmens (6) zumindest teilweise in den Gegenaufnahmen (20, 21) der Karos­ serie (1) sitzen.

5. Rahmenanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsträger (7, 8) jeweils aus zwei zueinander höhenversetzt an­ geordneten Trägerabschnitten (11, 12) sowie einem Übergangsabschnitt (13) bestehen, der Querträger (9) die Längsträger (7, 8) im Bereich ihrer Übergangsab­ schnitte (13) verbindet und die Aufnahmen (16, 17) an den vorderen höher gelegenen Trägerabschnitten (12) der Längsträger (7, 8) angeordnet sind.