DE19802396A1 - Mittels Hydroforming ausgebildete Motorplattform und Querträger für Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit Karosserie- und Rahmenanordnungen für Fahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Weiterentwicklung für eine kombinierte Anord­ nung aus Motorplattform und Querträger zum Einsatz bei einer Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung.

Alle Landfahrzeuge im allgemeinen Einsatz, wie Kraftfahrzeuge, Lieferwagen und Lastwagen, umfassen eine Karosserie- und Rahmen­ anordnung, welche auf einer Mehrzahl von mit dem Untergrund zusammenarbeitenden Rädern über ein Federungssystem abgestützt ist. Die Auslegungsformen von üblichen Karosserie- und Rahmen­ anordnungen können im allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich eine gesonderte Auslegung und eine vereinheit­ lichte bzw. selbsttragende Auslegung. Bei einer typischen geson­ derten Karosserie- und Rahmenanordnung sind die Baukomponenten des Karosserieteils und des Rahmenteils gesondert und unabhängig voneinander. Beim Zusammenbau wird das Rahmenteil der Anordnung mittels des Federungssystems auf den Fahrzeugrädern abgestützt und dient als eine Plattform, auf welcher das Karosserieteil der Anordnung und die weiteren Komponenten des Fahrzeugs aufgebaut werden können. Gesonderte Karosserie- und Rahmenanordnungen dieser allgemeinen Bauart hat man bei den meisten älteren Fahr­ zeugtypen, sie sind aber auch noch heutzutage bei vielen relativ großen oder für Spezialeinsätze bestimmte moderne Fahrzeuge im Einsatz, wie bei großen Lieferwagen, Fahrzeugen für Sportzwecke und Lastkraftwagen. Bei einer typischen vereinheitlichten bzw. selbsttragenden Karosserie- und Rahmenanordnung werden die Bau­ komponenten des Karosserieteils und des Rahmenteils zu einer integralen Einheit verknüpft, welche auf den Fahrzeugrädern über das Federungssystem abgestützt ist. Die vereinheitlichten Karos­ serie- und Rahmenanordnungen dieser allgemeinen Bauart findet man bei vielen relativ kleinen, modernen Fahrzeugen, wie Kraft­ fahrzeugen oder Kleinlieferwagen.

Bei beiden Arten von Karosserie- und Rahmenanordnungen ist es bekannt, eine spezielle Konstruktion zur Abstützung der Brenn­ kraftmaschine des Fahrzeuges vorzusehen. Diese Brennkraftmaschi­ nen- bzw. Motortragkonstruktion, welche allgemein als Motor­ plattform bezeichnet wird, ist häufig in Form eines im allgemei­ nen U-förmigen Teils ausgelegt, welches einen Mittelabschnitt und ein Paar von Schenkelabschnitten hat. Die Motorbefestigungs­ teile und die Karosseriebefestigungsteile sind an verschiedenen Stellen an der Motorplattform ausgebildet. Die Motorbefesti­ gungsteile sind vorgesehen, um die Verbindung von Brennkraftma­ schine und Plattform zu erleichtern, während die Karosseriebefe­ stigungsteile vorgesehen sind, um die Verbindung der Plattform mit der Karosserie- und Rahmenanordnung zu erleichtern. Übli­ cherweise werden Schrauben oder ähnliche Befestigungsmittel eingesetzt, um die verschiedenen Verbindungen zwischen der Brennkraftmaschine, der Plattform und der Karosserie- und Rah­ menanordnung herzustellen. Somit trägt die Motorplattform in sicherer Weise die Brennkraftmaschine auf der Karosserie- und Rahmenanordnung des Fahrzeugs im Gebrauchszustand. Bisher wurde eine Brennkraftmaschinenplattform im allgemeinen dadurch gebil­ det, daß man eine Anzahl von einzelnen Komponenten zu einer gewünschten Konfiguration fest miteinander verbunden hat. Typi­ scherweise sind diese einzelnen Komponenten Metallteile, welche gestanzt oder auf eine andere Weise wunschgemäß geformt sind, und dann zur Bildung der Brennkraftmaschinenplattform abschlie­ ßend zusammengeschweißt werden. Brennkraftmaschinenplattformen, welche eine solche allgemeine Auslegung haben, haben sich als zweckmäßig erwiesen, sie sind aber relativ zeitraubend und teuer herzustellen, da eine große Anzahl von einzelnen Komponenten erforderlich ist. In jüngster Zeit wurden Brennkraftmaschinen­ platt formen aus einer einzigen rohrförmigen Komponente unter Einsatz des Expansionsformens ausgebildet, was auch als Hydro­ forming bezeichnet wird. Das Hydroforming ist ein an sich be­ kanntes Verfahren, bei dem Druckfluid eingesetzt wird, um ein rohrförmiges Teil zu einer gewünschten Gestalt zu formen. Um dies zu erreichen, wird das rohrförmige Teil zu Beginn zwischen zwei Formteilen einer Hydroformingvorrichtung angeordnet, welche beim Schließen einen Formhohlraum bilden, welcher eine gewünsch­ te Endgestalt hat. Anschließend wird das rohrförmige Teil mit einem Druckfluid, typischerweise einer relativ kompressiblen Flüssigkeit, wie Wasser, gefüllt. Der Druck des Fluids wird dann in einer solchen Weise vergrößert, daß sich das rohrförmige Teil nach außen expandiert und an die Gestalt des Formhohlraums an­ paßt. Als Folge hiervon ist das rohrförmige Teil dann zu der gewünschten Endgestalt umgeformt. Das Hydroforming ist ein zweckmäßiges Verfahren zur Ausbildung von Motorplattformen und anderen Bauteilen, das sich gemäß diesem Verfahren durch eine einzige Komponente schnell zu einer gewünschten Gestalt umformen läßt.

Unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschinenplattform von einer Anzahl von einzelnen geschweißten Komponenten oder von einem einzigen mittels Hydroforming ausgebildeten Komponente gebildet wird, ist es häufig erwünscht, einen Querträger bzw. ein Quer­ teil zwischen den beiden Schenkelabschnitten der Brennkraftma­ schinenplattform in der Nähe der Enden hiervon fest anzubringen. Das Querteil verleiht der Brennkraftmaschinenplattform insgesamt eine gewünschte Quer- und Torsionssteifigkeit. Bisher wurden Querteile für Brennkraftmaschinenplattformen aus ebenen Metall­ teilen ausgebildet, welche ausgestanzt oder auf andere Weise wie gewünscht ausgeformt wurden. Obgleich bekannte Querteile für Brennkraftmaschinenplattformen äußerst zweckmäßig sind, hat es sich gezeigt, daß sie aus relativ schweren Materialteilen ausge­ bildet werden müssen, um die gewünschte Quer- und Torsionsstei­ figkeit zu erhalten. Wie an sich bekannt, ist die Reduzierung des Gewichts von immer größer werdender Bedeutung bei der Aus­ legung von nahezu allen Komponenten eines Fahrzeugs. Daher ist es erwünscht, eine verbesserte Auslegung der Brennkraftmaschi­ nenplattform mit einem Querteil zu haben, welches fest hiermit verbunden ist, wobei diese Auslegung gewichtsmäßig leichter als übliche Auslegungsformen einer kombinierten Brennkraftmaschinen­ plattform und eines Querteils ist, wobei man aber dennoch die erforderliche Quer- und Torsionssteifigkeit hierbei erhält.

Nach der Erfindung wird eine kombinierte Brennkraftmaschinen­ plattform- und Querteilekonstruktion zum Einsatz bei einer Fahr­ zeugkarosserie- und Rahmenanordnung bereitgestellt, welche ge­ wichtsmäßig leichter als übliche Auslegungsformen ist. Die Brennkraftmaschinenplattform wird von einem rohrförmigen Aus­ gangsmaterial unter Einsatz des mechanischen Biegens und des Hydroformings ausgebildet, um eine im allgemeinen U-förmige Gestalt zu haben, welche einen Mittelabschnitt mit einem Paar von Schenkelabschnitten umfaßt, welche sich von diesem aus weg erstrecken. Das Querteil bzw. der Querträger ist ebenfalls aus einem rohrförmigen Ausgangsmaterial unter Einsatz des Hydrofor­ mings ausgebildet und hat ein Paar von Endabschnitten. Die End­ abschnitte des rohrförmigen Querteils sind fest mit den Schen­ kelabschnitten der aus Rohrmaterial ausgebildeten Brennkraftma­ schinenplattform verbunden, um die kombinierte Konstruktion aus Brennkraftmaschinenplattform und Querteil zu bilden. Um dies zu erreichen, können die Endabschnitte des rohrförmigen Querteils darin ausgebildete Ausnehmungen haben, welche die Schenkelab­ schnitte der Brennkraftmaschinenplattform darin aufnehmen. Die Endabschnitte des Querteils können fest mit den Schenkelab­ schnitten der Brennkraftmaschinenplattform auf irgendeine an sich bekannte Weise, wie mittels Schweißen, verbunden werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge­ ben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines hohlen, rohrförmi­ gen Teils, welches zur Ausbildung einer Brennkraftma­ schinenplattform nach der Erfindung eingesetzt werden kann,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 darge­ stellten hohlen, rohrförmigen Teils nach einer Vorver­ formung in einer Rohrbiegevorrichtung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten hohlen, rohrförmigen Teils nach dem Hydroforming,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines in Fig. 3 gezeig­ ten hohlen, rohrförmigen Teils, nachdem die rohrförmi­ gen Enden entfernt sind, um die Brennkraftmaschinen­ plattform zu bilden,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschi­ nenplattform nach Fig. 4 zusammen mit einem hohlen, rohrförmigen Teil, welches zur Ausbildung eines Quer­ teils bzw. eines Querträgers nach der Erfindung einge­ setzt werden kann,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. S in dem Zustand, wenn das hohle, rohrförmige Teil zur Bildung des Teils mittels Hydroformen geformt wurde, und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung eines Querteils, welches fest mit der Brennkraftmaschinen­ plattform verbunden ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1 ist dort ein hohles, rohrförmiges Teil insgesamt mit 10 bezeich­ net, welches eingesetzt werden kann, um eine Brennkraftmaschi­ nenplattform nach der Erfindung auszubilden. Obgleich das darge­ stellte Teile 10 im Querschnitt rohrförmig ausgestaltet ist, kann natürlich das Teil 10 auch irgendeine andere Querschnitts­ gestalt gegebenenfalls haben. Das rohrförmige Teil 10 ist vor­ zugsweise aus einem starren, verformbaren Material, wie Metall, hergestellt, welches eine Länge und Wanddicke hat, welche für den jeweils gewünschten Anwendungszweck im Hinblick auf die auszubildende Brennkraftmaschinenplattform geeignet sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das rohrförmige Teil 10 zu Beginn derart verformt, daß man eine im allgemeinen U-förmige Gestalt hat, welche einen Mittelabschnitt 11 umfaßt, welcher ein Paar von Schenkelabschnitten 12 und 13 hat, welche sich von diesem aus wegerstrecken. Die Schenkelabschnitte 12 und 13 enden in zugeordneten hohlen, zylindrischen Enden 12a und 13a. Das rohrförmige Teil kann zu der U-förmigen Gestalt unter Einsatz einer üblichen mechanischen Rohrbiegevorrichtung umgeformt wer­ den. Nach dieser vorläufigen Umformung des rohrförmigen Teils 10 ist die Querschnittsgestalt des rohrförmigen Teils 10 nach wie vor noch über die gesamte Länge hinweg im wesentlichen kreisför­ mig. Jedoch können gewisse Teile (insbesondere in der Nähe der relativ scharfen Abkantungen zwischen dem Mittelabschnitt 11 und den beiden Schenkelabschnitten 12 und 13) nach innen in einem gewissen Maße infolge der mechanischen Biegebearbeitung einge­ fallen sein.

Das verformte, rohrförmige Teil 10 wird dann einem Hydroforming- Verfahren unterzogen. Wie vorstehend angegeben worden ist, ist die Verfahrensweise gemäß dem Hydroforming an sich bekannt, bei dem Druckfluid eingesetzt wird, um ein rohrförmiges Teil 10 zu einer gewünschten Gestalt zu verformen. Um dies zu erreichen, wird das rohrförmige Teil 10 zu Beginn zwischen zwei Formteilen einer Hydroforming-Vorrichtung angeordnet, welche beim Schließen zusammen einen Formhohlraum bildet, welcher die gewünschte End­ gestalt hat. Obgleich der Formhohlraum im allgemeinen etwas größer als das rohrförmige Teil 10 selbst ist und einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat, kann das Schließen der beiden Formteile in den meisten Fällen dazu führen, daß eine gewisse mechanische Verformung an dem rohrförmigen Teil 10 auftritt. Anschließend wird das rohrförmige Teil 10 mit einem Druckfluid, typischerweise einer relativ inkompressiblen Flüssigkeit, wie Wasser, gefüllt. Der Druck des Fluids wird auf eine Größe ge­ steigert, bei der das rohrförmige Teil 10 sich nach außen expan­ diert und an die Form des Formhohlraums anpaßt.

Infolge des Hydroforming-Verfahrens wird das rohrförmige Teil 10 zu der gewünschten Endgestalt nach Fig. 3 verformt. Wie dort gezeigt ist, hat das mittels Hydroforming ausgebildete, rohrför­ mige Teil 10 eine Anzahl von ebenen Bereichen 15, welche während des Hydroforming-Verfahrens ausgebildet wurden, um das Anbringen von unterschiedlichen Trageteilen (nicht gezeigt) zu erleich­ tern. Diese Tragteile werden eingesetzt, um die Brennkraftma­ schine und andere Komponenten des Fahrzeugs fest mit dem mittels Hydroforming ausgebildeten rohrförmigen Teils 10 zu verbinden. Das mittels Hydroforming ausgebildete, rohrförmige Teil 10 hat ferner hohle, rechteckförmige Bereiche 16 und 17 jeweils, welche während des Hydroforming-Verfahrens in den Schenkelabschnitten 12 und 13 in der Nähe der Enden 12a und 13a ausgebildet wurden. Bei einer typischen Hydroforming-Vorrichtung jedoch verlaufen die Enden 12a und 13a des rohrförmigen Teils 10 von den Form­ querschnitten während des Hydroforming-Verfahrens nach außen, um das Anbringen der Dichtköpfe (nicht gezeigt) zu erleichtern. Die Dichtköpfe sind vorgesehen, um das Innere des rohrförmigen Teils 10 abzudichten, und um zu ermöglichen, daß dieses Innere mit einem Druckfluid ausgefüllt werden kann. Ein oder beide Dicht­ köpfe sind mit einer Quelle für Druckfluid verbunden, um das rohrförmige Teil 10 mit Fluid aufzufüllen und unter Druck zu setzen, so daß das Fluid den Teil des rohrförmigen Teils 10 expandiert, welcher zwischen den Abschnitten liegt, und dieser Abschnitt nach außen expandiert wird, so daß sich dieser an die Gestalt des Formhohlraums anpaßt. Somit verbleiben die Enden 12a und 13a der Schenkel 12 und 13 des rohrförmigen Teils 10 je­ weils, welche sich von den Formabschnitten nach außen erstrecken, während des Hydroforming-Verfahrens unverformt, und sie behalten daher ihre ursprüngliche, hohle, zylindrische Gestalt bei. Im Anschluß ab das Hydroforming-Verfahren werden diese rohrförmigen Enden 12a und 13a geschnitten oder auf eine andere Art und Weise entfernt, so daß die Schenkel 12 und 13 des rohr­ förmigen Teils 10 mit den hohlen, rechteckförmigen Bereichen 16 und 17 jeweils nach Fig. 4 enden. Auf diese Weise wird das hohle, rohrförmige Teil 10 zu einer Brennkraftmaschinenplattform geformt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist ein hohles, rohrförmiges Teil dargestellt, welches insgesamt mit 20 bezeichnet ist, und wel­ ches zur Ausbildung eines Querträgers bzw. eines Querteils für die Brennkraftmaschinenplattform 10 nach der Erfindung einge­ setzt wird. Obgleich das dargestellte Teil 20 im Querschnitt eine kreisförmige Gestalt hat, kann natürlich das Teil 20 auch irgendeine andere Querschnittsgestalt gegebenenfalls haben. Das rohrförmige Teil 20 ist vorzugsweise aus einem starren, verform­ baren Material, wie Metall, ausgebildet und hat eine Länge und Wanddicke, welche für den jeweiligen Anwendungszweck des auszu­ bildenden Querteils geeignet sind.

Das rohrförmige Teil 20 wird dann einer Hydroforming-Behandlung unterzogen. Infolge dieser Hydroforming-Behandlung wird das rohrförmige Teil 20 zu der gewünschten Endgestalt für das Quer­ teil nach Fig. 6 verformt. Wie dort gezeigt ist, ist das mit­ tels Hydroforming ausgebildete Querteil 20 im allgemeinen ka­ stenförmig ausgebildet und hat einen im allgemeinen ebenen Mit­ telbereich 21, welcher mittels Hydroforming ausgebildet worden ist, um das Befestigen eines Teils der Fahrzeugbrennkraftmaschi­ ne (nicht gezeigt) oder weiterer Komponenten zu erleichtern. Die spezielle Gestalt des Mittelbereichs 21 des Querteils 20 kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungszwecken variieren.

Das mittels Hydroforming ausgebildete Querteil 20 hat ferner ein Paar von Endabschnitten 22 und 23, welche an diesem ausgebildet sind. Die Endabschnitte 22 und 23 sind vorgesehen, um das Quer­ teil 20 mit einem Paar von gegenüberliegenden ebenen Bereichen 15 zu verbinden, welche an den Schenkelabschnitten 12 und 13 der Brennkraftmaschinenplattform 10 ausgebildet sind. Um dies zu erreichen, können die Endabschnitte 22 und 23 Ausnehmungen 22a und 23a jeweils haben, welche in den unteren Flächen hiervon ausgebildet sind. Die Ausnehmungen 22a und 23a können auf übli­ che Art und Weise, beispielsweise mittels Schneiden, ausgebildet werden. Die Ausnehmungen 22a und 23a sind vorzugsweise derart bemessen, daß sie eng sitzend über die benachbarten ebenen Be­ reiche 15 der Schenkelabschnitte 12 und 13 der Brennkraftmaschi­ nenplattform 10 fassen. Dann können die Endabschnitte 22 und 23 des Querteils 20 jeweils fest beispielsweise mittels Schweißen 24, mit den Schenkelabschnitten 12 und 13 der Brennkraftmaschi­ nenplattform 10 verbunden werden, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Die Endabschnitte 22 und 23 des Querteils 20 können jedoch fest mit den Schenkelabschnitten 12 und 13 der Brennkraftmaschi­ nenplattform 10 auf übliche Art und Weise verbunden werden.

Die so erhaltene kombinierte Auslegung aus Brennkraftmaschinen­ plattform und Querteil ist aus mehreren Gründen zweckmäßig. Zum einen ist es erwünscht, daß man das Hydroforming-Verfahren zur Ausbildung sowohl der Brennkraftmaschinenplattform 10 als auch des Querteils 20 einsetzt, da man auf diese Weise relativ kom­ plizierte Auslegungsformen schnell und einfach ausbilden kann. Zum anderen ist es dann, wenn man sowohl die Brennkraftmaschi­ nenplattform 10 als auch das Querteil 20 aus rohrförmigen Teilen mittels Hydroforming ausbildet, sicher, daß man die erforderli­ che Quer- und Torsionssteifigkeit bei der kombinierten Auslegung von Brennkraftmaschinenplattform und Querteil erreicht, wobei man aber eine beträchtliche Gewichtsreduzierung gegenüber übli­ chen Auslegungsformen hat, bei denen ebene, gestanzte Teile entweder für die Brennkraftmaschinenplattform 10 und/oder das Querteil 20 eingesetzt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform be­ schränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifika­ tionen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (5)

1. Kombinierte Anordnung aus Brennkraftmaschinenplattform (10) und Querteil (20) zum Einsatz bei einer Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung, welche folgendes aufweist:
eine Brennkraftmaschinenplattform (10), welche aus einem hohlen Teil ausgebildet ist und einen Mittelabschnitt (11) umfaßt, welcher ein Paar von Schenkelabschnitten (12 und 13) hat, welche sich hiervon wegerstrecken, wobei die Schenkelabschnitte (12 und 13) derart beschaffen und ausge­ legt sind, daß sie mit einer Fahrzeugkarosserie- und Rah­ menanordnung verbindbar sind; und
ein Querteil (20), welches aus einem hohlen Teil aus­ gebildet ist und ein Paar von Endabschnitten (22 und 23) umfaßt, welche fest mit den Schenkelabschnitten (12 und 13) der Brennkraftmaschinenplattform (10) verbindbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelabschnitte (12, 13) jeweils zugeordnete ebene Be­ reiche haben, und daß die Endabschnitte (22, 23) des Quer­ teils (20) fest mit den ebenen Bereichen der Schenkelab­ schnitte (12, 13) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschinenplattform (10) im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endabschnitte (22, 23) des Querteils (20) Ausnehmungen (22, und 23a) haben, welche darin ausgebildet sind, und daß die Abschnitte der Schenkelabschnitte (12, 13) der Brennkraftmaschinenplattform (10) in diesen Aus­ nehmungen (22a und 23a) aufgenommen sind.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (22, 23) des Quer­ teils (20) fest mit den Schenkelabschnitten (12, 13) der Brennkraftmaschinenplattform (10) mittels Schweißen ver­ bunden sind.