DE19922800A1 - Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens - Google Patents

Abstract

Ein Hilfsrahmen (1), beispielsweise ein Hinterachsträger für ein Kraftfahrzeug, besteht aus Quer- und Längsträgern (2, 3), die über Knotenelemente (4) aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff miteinander verbunden sind. An die Knotenelemente (4) sind Aufnahmen (11, 12) für Radlenker sowie Aufnahmen (6) für Lagerelemente zur Anbindung des Hilfsrahmens (1) an den Fahrzeugaufbau integriert. Die Verbindung der Knotenelemente (4) mit den Trägern (2, 3) erfolgt durch Verschweißung oder in besonders vorteilhafter Weise durch Formschluß mittels Magnetumformen. Die Träger (2, 3) sind zumindest teilsweise im Innenhochdruck-Umformen hergestellt und werden von längnahtgeschweißten Rohren aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Alternativ können die Träger (2, 3) auch aus einem Kunststoffmaterial bestehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug.

Aus der EP 0 530 594 B1 und der EP 0 861 765 A1 sind Hilfsrahmen für ein Kraft­ fahrzeug bekannt, mit Querträgern und wenigstens einem Knotenelement aus einem Gußwerkstoff, das wenigstens einen Flansch zur Verbindung mit dem Querträger aufweist. Die bekannten Hilfsrahmen lassen sich mit vergleichsweise geringem Aufwand modifizieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Hilfsrahmen weiterzubilden und ein vorteilhaftes Herstellverfahren für einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug bereitzu­ stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und/oder 2 gelöst. Die Ansprüche 8 bis 10 beschreiben erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens.

Durch den Einsatz von Trägern aus längsnahtgeschweißten Rohren nach Anspruch 1 oder aus Kunststoffrohren nach Anspruch 2 ergeben sich vielfältige Formge­ bungsmöglichkeiten bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Steifigkeit. Neben hoher Maßgenauigkeit zeichnen sich die erfindungsgemäß eingesetzten Rohre auch durch niedrige Herstellkosten aus.

Die Knotenelemente können so gestaltet werden, daß sie in fertigungstechnisch günstiger Weise eine Anbindung der Träger ermöglichen, beispielsweise über ein­ fach und automatisiert einzubringende Schweißnähte. In Verbindung mit einer ge­ ringen Gesamtlänge der Schweißnähte und einer geringen Fertigungszeit ergeben sich niedrige Herstellkosten. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Möglichkeit, Änderungen am Hilfsrahmen durch eine Änderung hauptsächlich nur des Kno­ tenelementes vorzunehmen. Eine derartige Änderung kann schnell und mit ver­ gleichsweise geringem Aufwand durch Umgestaltung des Gußwerkzeuges für das Knotenelement durchgeführt werden, so daß Prototypen für Fahrzeugvarianten oder neue Modelle mit geringem Entwicklungsaufwand in kurzer Zeit darstellbar sind. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen Träger und Knotenelement wird eine vereinfachte Montage erreicht. Die beiden Bauteile können durch den Form­ schluß in eine definierte Montagelage gebracht werden.

Durch einstückig an das Knotenelement angeformte Aufnahmen für Elemente der Radaufhängung (Lenker, Stabilisatoren etc.) oder für Lagerelemente zur Verbindung des Hilfsrahmens mit dem Fahrzeugaufbau wird die Anzahl der Einzelbauteile des Hilfsrahmens und damit die Anzahl der Verbindungsschritte (z. B. durch Ver­ schweißen) während der Herstellung entscheidend reduziert. Neben einer Verringe­ rung der Gesamt-Schweißnahtlänge fallen durch die Funktionsintegration in das Knotenelement insbesondere auch solche Schweißnähte weg, die wegen schlechter Zugänglichkeit nicht automatisiert angebracht werden können.

Knotenelemente aus einem Leichtmetallgußwerkstoff (Anspruch 6) bieten Ge­ wichtsvorteile und sind in einfacher Weise im Kokillenguß oder auch im Druckguß herstellbar.

Anspruch 7 beschreibt einen Hilfsrahmen in Rechteckform, bei dem an zumindest zwei Ecken die konventionelle direkte Schweißverbindung durch eingesetzte Kno­ tenelemente ersetzt ist.

Die Verbindung zwischen Trägern und Knotenelement kann durch ein Schweißver­ fahren (Anspruch 8), wie z. B. Laserschweißen, durch Verklebung (Anspruch 9), durch Magnetumformen (Anspruch 10) oder durch jedes andere geeignete Verfah­ ren erfolgen.

Die Anbindung von Trägern aus Kunststoff (Anspruch 2) an die Knotenelemente kann beispielsweise durch Verklebung oder durch Magnetumformen hergestellt werden. Daneben können selbstverständlich auch Träger aus anderen Materialien, wie z. B. Stahl oder Edelstahl, verwendet werden.

Insbesondere die Verbindung von Trägern und Knotenelement durch Magnetum­ formen bietet eine Reihe von Vorteilen. Durch das Verfahren des Magnetumformens wird berührungslos durch ein impulsartig aufgebrachtes Magnetfeld im Bereich der Verbindungsstelle in zumindest einem der Verbindungselemente ein Strom induziert, der ein entgegengesetzt dem aufgebrachten Magnetfeld gerichtetes Magnetfeld erzeugt, wodurch eine impulsartige Kaltumformung erfolgt. Durch diese Verbindungstechnik wird eine hohe, reproduzierbare Maßhaltigkeit der Verbindung sowie wegen der Berührungslosigkeit eine sehr gute Oberflächenqualität erreicht. Außerdem bietet das Magnetumformen die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden, von denen lediglich eine Komponente aus einem elek­ trisch gut leitenden Material bestehen muß.

Durch das Verfahren gemäß Anspruch 10 können beispielsweise Knotenelemente aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff mit Trägern aus Stahl oder Kunststoff, insbe­ sondere faserverstärktem Kunststoff, formschlüssig verbunden werden. Aber auch bei der Verbindung gleichartiger Materialien kann durch das Magnetumformen eine deutliche Reduzierung der Herstellkosten und der Fertigungszeit gegenüber einem personal- und zeitaufwendigen Schweißverfahren erfolgen. Durch die Kaltumfor­ mung entstehen im Unterschied zu Schweißverbindungen keine Gefügeverände­ rungen im Verbindungsbereich, die eine Festigkeitsminderung bewirken können.

Die Knotenelemente sind bezüglich ihrer Verbindungsbereiche zu den Trägern so zu gestalten, daß sich eine ausreichend große Überlappungsfläche für die formschlüs­ sige Verbindung ergibt. Durch Vorsprünge, Kerben und dergleichen im Über­ lappungsbereich kann eine derartige Verbindung ein hohes Widerstandsmoment gegenüber Torsions-, Biege und Druck/Zugbeanspruchungen erreichen.

Mit dem Magnetumform-Verfahren können Rahmen aller Art für Kraftfahrzeuge her­ gestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise die bei sog. Spaceframe-Rahmen von Kraftfahrzeugen (EP 0 146 716 B1) bislang angewandte Verbindungstechnik des Klebens oder Schweißens ersetzen. Damit ergeben sich entscheidende Vorteile hinsichtlich der Herstellkosten. Auch Hilfsrahmen für Kraft­ fahrzeuge, wie in den Ansprüchen 1 bis 7 beschrieben, können durch Magnet­ umformen hergestellt werden.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Hilfsrahmen in perspektivischer Ansicht und

Fig. 2 ein Knotenelement des Hilfsrahmens von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Hilfsrahmen ist als Hinterachsträger eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und nimmt verschiedene Elemente der Radauf­ hängung sowie ein Hinterachsgetriebe auf (nicht dargestellt). Der Hilfsrahmen 1 be­ steht im wesentlichen aus zwei Querträgern 2 sowie zwei Längsträgern 3, die in etwa senkrecht zueinander verlaufen. Die Träger 2 und 3 sind ohne Zusatzwerkstoff längsnahtgeschweißte Rohre aus einer naturharten Aluminiumlegierung, die durch das Innenhochdruck-Umformverfahren ihre Form erhalten. Vor dem Innenhoch­ druck-Umformen erfolgt ein Zwischenglühen der Träger 2 bzw. 3. Die Herstellung der Träger 2 und 3 ist in der EP 0 548 859 B1 beschrieben.

An der vorderen Seite des Hilfsrahmens 1 sind Quer- und Längsträger 2 bzw. 3 erfindungsgemäß durch Knotenelemente 4 miteinander verbunden. Fahrtrichtungs­ abgewandt sind die Längsträger 3 durch Öffnungen im hinteren Querträger 2 hin­ durchgesteckt und durch umlaufende Schweißnähte 5 mit diesem verbunden.

Die Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Aufbau des Kraftfahrzeuges erfolgt über nicht dargestellte Gummi-Metall-Lager, die jeweils an den vorderen und hinteren Enden der Längsträger 3 in entsprechende Aufnahmen 6 eingesetzt sind. Die fahrt­ richtungsabgewandten Aufnahmen 6 werden von abgelängten Strangprofilen gebil­ det, die mit den Längsträgern 3 verschweißt sind. Der vordere Querträger 2 weist einen Lagerbock 7 für die Anbindung eines Hinterachsgetriebes auf, das sich zu­ sätzlich in Aufnahmen 8 des hinteren Querträgers 2 abstützt.

Die Knotenelemente 4 werden in einem Gußverfahren hergestellt, sind spiegelbild­ lich gestaltet und weisen jeweils zwei zylindrische Verbindungsflansche 15 für die Träger 2 und 3 auf. Die Flansche 15 sind mit Stutzen 16 zur überlappenden Verbin­ dung mit den zylindrischen Anschlußflächen der Träger 2 und 3 versehen. Absätze 17 an den Flanschen 15 bilden definierte Anschläge für die Träger 2 und 3, entlang derer die Träger 2 und 3 mit den Knotenelementen 4 verschweißt sind. Alternativ kann bei entsprechend ausgebildeten Stutzen 16 auch eine formschlüssige Verbin­ dung durch Magnetumformen erfolgen. Hierzu ist aufgrund des geschlossenen Hilfs­ rahmens 1 ein Magnetumform-Werkzeug mit geteilten Spulen erforderlich.

Neben ihrer primären Aufgabe der Verbindung der Träger 2 und 3 sind die Kno­ tenelemente 4 zur direkten Anbindung weiterer Bauteile ausgebildet: So sind bei spielsweise die Aufnahmen 6 zur Anbindung des Hilfsrahmens 1 an den Fahrzeug­ aufbau einstückig in die Knotenelemente 4 integriert. Gleiches gilt für Aufnahmen 11 und 12 zur Anbindung von Radlenkern. An die Aufnahmen 18 können Stabilisatoren angebunden werden. Kernabstützbohrungen 19 für die Herstellung der Kno­ tenelemente 4 im Gußverfahren können während des Zusammenbaus des Hilfsrah­ mens 1 zusätzlich zur Fixierung der Knotenelemente 4 genutzt werden. Durch die angeführten Funktionsintegrationen entfallen separate Bauteile (Blechteile, Strang­ profile etc.), die in zeit- und kostenintensiver Weise am Hilfsrahmen 1 anzubringen sind.

Selbstverständlich kann anstelle der konventionellen direkten Verschweißung auch die Anbindung des hinteren Querträgers 2 an die Längsträger 3 über Knotenele­ mente erfolgen.

Claims (10)

1. Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Knotenelement aus einem Gußwerkstoff, das wenigstens einen Flansch zur Verbindung mit zu­ mindest einem Träger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2, 3) von einem längsnahtge­ schweißten Rohr aus einer Leichtmetall-Legierung gebildet wird, das mit Hilfe des Innenhochdruckumform-Verfahrens nach vorangegangenem Zwi­ schenglühen kaltumgeformt ist.

2. Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Knotenelement aus einem Gußwerkstoff, das wenigstens einen Flansch zur Verbindung mit zu­ mindest einem Träger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2, 3) aus Kunststoff besteht.

3. Hilfsrahmen nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) einen ersten, in Ein­ baulage des Hilfsrahmens (1) im Kraftfahrzeug etwa in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges gerichteten Flansch (15) zur Anbindung eines Längsträgers (3) sowie einen zweiten, etwa in Querrichtung des Kraftfahrzeuges gerich­ teten Flansch (15) zur Anbindung eines Querträgers (2) aufweist.

4. Hilfsrahmen nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) wenigstens eine Auf­ nahme (11, 12) für ein Element einer Radaufhängung des Kraftfahrzeuges aufweist.

5. Hilfsrahmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) wenigstens eine Auf­ nahme (6) für ein Lagerelement zur Verbindung des Hilfsrahmens (1) mit dem Fahrzeugaufbau aufweist.

6. Hilfsrahmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenelement (4) aus einem Leichtme­ tall-Gußwerkstoff besteht.

7. Hilfsrahmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsrahmen (1) - bezogen auf seine Ein­ baulage im Fahrzeug - zwei im wesentlichen in Fahrtrichtung (FR) verlau­ fende Längsträger (3) sowie zwei im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung (FR) verlaufende Querträger (2) aufweist, wobei Quer- und Längsträger (2, 3) jeweils über ein Knotenelement (4) miteinander verbunden sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Träger (2, 3) mit dem Knotenelement (4) durch Verschweißung verbunden wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Träger (2, 3) mit dem Knotenelement (4) durch Verklebung verbunden wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Träger (2, 3) mit dem Knotenelement (4) durch Magnetumformen verbunden wird.