EP2401189A1 - Tragrahmenstruktur eines fahrzeugs sowie herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Tragrahmenstruktur eines fahrzeugs sowie herstellungsverfahren hierfür

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Publication number
EP2401189A1
EP2401189A1 EP10701806A EP10701806A EP2401189A1 EP 2401189 A1 EP2401189 A1 EP 2401189A1 EP 10701806 A EP10701806 A EP 10701806A EP 10701806 A EP10701806 A EP 10701806A EP 2401189 A1 EP2401189 A1 EP 2401189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
called
frame structure
bending
support
sheet metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10701806A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Stangl
Ralph Eppelein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2401189A1 publication Critical patent/EP2401189A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/11—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted with resilient means for suspension, e.g. of wheels or engine; sub-frames for mounting engine or suspensions

Definitions

  • the invention relates to a support frame structure of a vehicle, in particular an axle, consisting essentially of two so-called. Longitudinal supports and two of these mutually supporting so-called. Cross-straps, which are each designed as hollow profiles. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a support frame structure. For technical reasons, reference is made to DE 102 60 529 A1, for example, in addition to EP 760 327 B1.
  • Vehicle support frame or axle according to the preamble of claim 1 must meet a variety of requirements. In addition to the space constraints, of course, strength requirements are to be considered and, moreover, these support frames should be simple and economical, ie inexpensive to produce.
  • axle carriers of eg. Passenger cars the type shown in the second-mentioned font is currently widely used.
  • a substantially rectangular frame is assembled from hollow sections, in particular from tubes, in particular welded, are provided in the quasi-elongated corner bearing points for supporting the axle beam on the vehicle underbody or on the two vehicle side rails. On the axle, several articulation points are, for example. In the form of tabs or the like. Provided for wheel-guiding arm and possibly for a final drive.
  • each hollow profile consists of at least two in substantially longitudinal direction of the respective hollow profile joining portions assembled moldings, and that of each carrier a first mold part with the first moldings of Another carrier is integrally connected by a so-called.
  • Upper shell of the support frame structure is then formed with an open longitudinal beams and cross beams from a first level and suitably trimmed sheet metal structure, which are each completed by so-called. Strike plates as second or further moldings to form a hollow profile.
  • a supporting structure according to the invention can be produced much simpler than the known supporting structures assembled from prefabricated hollow profiles, since in addition to the production of joining compounds in a final processing step of the production process analogously to the prior art, preferably only two extremely simple and easily controllable forming processes are carried out in the form of welded joints Need to become. Accordingly, a flat sheet is first appropriately trimmed, which is preferably done by punching (shearing), and then individual sections of this sheet are bent. Simplified, one could compare the first two steps of the manufacturing process of a support frame structure according to the invention with the production of a rectangular lid of a cardboard box, after which a flat sheet of cardboard is first suitably trimmed and then the edges of the lid are formed by bending.
  • edges of the cardboard box cover thereby form the so-called first molded parts of the hollow profiles of a support structure according to the invention, which are assembled into a frame first molded parts after these two processing steps on the lying between the edges flat area (the lid or the upper shell) are related.
  • the subsequent third manufacturing process step is not provided in the production of a cardboard box lid, in the present case, but in the production of a support frame structure according to the invention, however, required for the formation of hollow profiles.
  • Joining areas (four These joining regions between the bent "edges" or first molded parts of the hollow profiles and the so-called striking plates (as second or further molded parts of a hollow profile) run essentially in the longitudinal direction of the respective hollow profile.
  • these striking plates are not even, but have a substantially extending in the longitudinal direction of the respective hollow profile bending edge, wherein also preferably also the so-called.
  • Strike plates or the second and further moldings of ultimately a longitudinal support or a transverse support of the support frame structure forming hollow profiles considered in itself are or will be prepared in the manner described, namely by bending an initially flat and suitably trimmed sheet metal structure.
  • Affected connection between the moldings it may be cohesively or positively; Preferably, this is a welded joint, alternatively, a crimp connection selected.
  • Biegeumformieri Due to the virtually exclusive use of Biegeumformieri is the one-time effort that must be operated for mass production of a support frame structure according to the invention, extremely low. There is little investment required in terms of machinery and advantageously, such a support frame structure can be made quickly and inexpensively in prototype construction with a conventional Spengler equipment. In the mass production process, in turn, a high degree of repeatability is obtained and any necessary changes can easily be incorporated, for example by a slight change in the sheet thickness used.
  • the respective bending angle, which include bent portions of the originally flat sheet metal structure with the original plane thereof is advantageously in the range between 10 ° and 90 °.
  • a support frame structure produced in this way for example in the form of an axle carrier, must also meet the functional requirements and the strength requirements.
  • a sheet metal part such as a support structure according to the invention can then cope with these requirements when the main supporting elements of the sheet metal structure are formed by their bending edges or the environment of the bending edges, while recorded by the sheet metal part thrust loads of so-called.
  • Sheet metal fields are taken, which amplified by strike plates could be. Torsion loads on the sheet metal part are best absorbed by closed hollow sections, while open structures can be used in areas of major bending load.
  • a support frame structure produced according to the invention contains these components, namely hollow sections, sheet metal fields as so-called push fields and bending edges, which can then be respectively arranged and designed according to the loads occurring.
  • the each substantially essentially a force flux line descriptive bending edges in a straight line and preferably in the direction of the vehicle longitudinal axis or perpendicular to this.
  • Achsou can on a support frame structure according to the invention said upper shell form an outer structure consisting essentially of a flat so-called lid structure - acting as a "shear field" - and from an angularly projecting so-called. forming said supports - and consist of at least two so-called. Arm structures, each of a so-called. Node forming corner region, in which metaphorally a longitudinal beam collides with a cross member protrude in plan view approximately in the direction of an angle bisector to the outside The free ends of these arm structures can then be provided receptacles for bearing bushes, via which the axle carrier (or the like.) Is mounted on the vehicle or on supports of the vehicle body.
  • a hollow body which is characterized by high strength and low weight
  • an arm structure by a substantially pyramid-shaped strike plate, which is preferably also formed by bending an initially flat and suitably trimmed sheet metal structure.
  • This hollow body then forms a support arm of the support structure and is provided for this purpose at its free end with an already mentioned receptacle for a bearing bush, which in turn is advantageously in turn formed by chipless forming an initially flat and suitably trimmed sheet metal structure, which is then welded to a support arm becomes.
  • striker plate of a support arm protruding from a named junction is supported not only at the mentioned arm structure, but also at the ends (longitudinal support and / or transverse support) terminating in this junction away from the ends thereof, so that in this node a hollow body Structure is formed with more chambers therein, so hereby particularly high stiffness requirements with respect to bending and torsion can be met.
  • an edge region of the or an arm structure with an edge region of the adjacent edge structure mentioned this is formed by said first mold parts connected in a force-transmitting manner, in particular welded.
  • the strength or rigidity of a support frame structure according to the invention can be further increased if, in addition to the already existing (and already mentioned) cover structure, a further so-called push field supported on all supports is provided. This can then form an interplay with the cover structure quasi a floor structure of the support frame structure.
  • perforations may be provided in planar sections of the support frame structure, which apertures are designed in particular with regard to the loads to be absorbed by these two-dimensional sections and serve to reduce the weight.
  • already above recordings for example. Handlebars or the like. Called, which may be provided on an axle or generally on a support frame structure.
  • such recordings can, if they are special moldings, advantageously be formed by bending an initially flat sheet metal structure formed tabs and preferably mounted near a bending edge on a support frame structure according to the invention.
  • the reference numeral 1 denotes the so-called upper shell of the axle beam according to the terminology used hitherto, which is or is formed from a first flat top sheet metal structure 1 *, suitably cut by punching, by bend forming along different respective rectilinear bending edges a-e, cf. , this first Figure 5a.
  • first molded parts 11a, 11c and 11e according to the terminology used above It is expressly pointed out that the first molded parts 11 a (or 11 a *) and 11 c (or 11 c *) extend over the longitudinal center axis L (of the axle carrier or of the vehicle).
  • the sections 11a * and 11e * are respectively bent over a further bending edge f or g running parallel to the bending edge a or e within the respective section, so that the resulting molded parts 11a and 11e are not plane.
  • the sections 12b * and 12d * also have further (rectilinear) bending edges I, m, no, p (see FIG. 5a), around which individual sections of these sections are bent again, in order ultimately to form the (two) arm structures 12b and to form the (two) arm structures 12d, which protrude outwardly from each corner region E approximately in the direction of an angle bisector and are each part of the support arms (according to the terminology above).
  • a central opening 14 is provided for weight reduction taking into account the rigidity requirements of the axle beam.
  • the first molded part 11a as well as the section of the cover structure D connected thereto via the bending edge a and extending to the central opening 14 is provided with two strike plate sheet metal structures 2 * (see FIG Bending around bending edges r, s, t are formed into suitably shaped striking plates 2, joined together by welding in so-called joint areas suitably.
  • the front cross member Qv of the axle beam (as a hollow profile) is formed (see, for example, Fig.2).
  • the first molded part 11 e and the section of the lid structure D connected thereto via the bending edge e and extending as far as the central opening 14 is provided with a strike plate sheet metal structure 3 * which is likewise flat and suitably trimmed, bent over by bending edges u, v is formed into a suitably shaped striking plate 3 (cf., Fig. 5b), suitably joined together by welding in so-called joining regions.
  • a strike plate sheet metal structure 3 * which is likewise flat and suitably trimmed, bent over by bending edges u, v is formed into a suitably shaped striking plate 3 (cf., Fig. 5b), suitably joined together by welding in so-called joining regions.
  • the rear cross member Qh of the axle beam (as a hollow profile) is formed (see Fig.3, 4).
  • the first molded part 11c as well as the section of the lid structure D connected thereto via the bending edge c and extending to the central opening 14 is closed by two strike plate sheet metal structures 4 *, also flat and suitably trimmed, which are bent over by bending edges w, x a suitably shaped strike plate 4 are formed (see Fig.5b), by welding in so-called together.
  • a longitudinal member LT of the axle beam (as a hollow profile) is formed (see Fig. 3, 4).
  • the above-mentioned rear arm structures 12d form after joining (welding in so-called joining regions) with the already mentioned section 111e of the molded part 11e and with two also initially flat and suitably cut strike plate metal structures 5 * , which in turn are bent over bending edges y several times, z are formed to suitably here each in the form of a pyramid shaped striking plates 5 (see Fig. 5b), the rear support arms 15 of the axle carrier (as a hollow body), see. 3, 4.
  • the already mentioned front arm structures 12b form after the already briefly mentioned bending around the bending edges ⁇ , o, p running inside thereof and, after suitable joining, with strike plates also provided for this purpose which, for the sake of simplicity, are shown in the figures. Sequence 5 (ac) are not shown but analogous to the explained (and shown) striking plates are formed by bending from an initially flat sheet metal structure, the front support arms 16 of the axle carrier in the form of hollow bodies.
  • the reference numerals 6 * and 8 * designate so-called first flat and suitably trimmed plate-shaped sheet metal structures, from which bending edges (not shown) are formed by bending over tabs 6, 8, which are subsequently marked with the axle carrier on the welded to desired locations. At these tabs 6, 8 can be supported in the functional use of this axle carrier wheel-guiding arm or be.
  • the reference numeral 7 * denotes a so-called initially flat and suitably trimmed receiving sheet metal structure, from which a receptacle 7 for a bearing bush is formed by bending over suitable bending edges, which is then welded to the free end of each support arm 16.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tragrahmenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere einen Achsträger, im wesentlichen bestehend aus zwei sog. Längs-Trägern und zwei diese gegeneinander abstützenden sog. Quer-Trägern, welche jeweils als Hohlprofile ausgebildet sind, die aus zumindest zwei in im wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Hohlprofils verlaufenden Fügebereichen zusammengesetzten Formteilen bestehen, wobei von jedem Träger ein erstes Formteil mit den ersten Formteilen der anderen Träger einstückig zusammenhängt, indem aus einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur durch Biegeumformen eine sog. Oberschale der Tragrahmenstruktur mit dann noch offenen Längsträgern und Querträgern geformt ist, welche jeweils durch verschweißte Schließbleche als zweite oder weitere Formteile zu einem Hohlprofil vervollständigt sind. Eine sog. Oberschale bildet dabei eine äußere Struktur, die aus einer ebenen Deckelstruktur und einer von dieser winkelig abragenden Randstruktur sowie aus zumindest zwei Armstrukturen besteht, die jeweils von einem einen sog. Knotenpunkt bildenden Eckbereich, in welchem ein Längsträger mit einem Querträger zusammen stößt, in Draufsicht annähernd in Richtung einer Winkelhalbierenden nach außen weg ragen. Jede Armstruktur ist durch ein verschweißtes Schließblech einem Hohlkörper ergänztt, welcher einen Tragarm der Tragstruktur bildet.

Description

Tragrahmenstruktur eines Fahrzeugs sowie Herstellverfahren hierfür
Die Erfindung betrifft eine Tragrahmenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere einen Achsträger, im wesentlichen bestehend aus zwei sog. Längs-Trägem und zwei diese gegeneinander abstützenden sog. Quer-Trägern, welche jeweils als Hohlprofile ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Tragrahmenstruktur. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber neben der EP 760 327 B1 auf die DE 102 60 529 A1 verwiesen.
Fahrzeug-Tragrahmen bzw. Achsträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 müssen einer Vielzahl von Anforderungen genügen. Neben den Bauraum- Randbedingungen sind selbstverständlich Festigkeits-Anforderungen zu berücksichtigen und darüber hinaus sollen diese Tragrahmen einfach und wirtschaftlich, d.h. kostengünstig herstellbar sein. Für Achsträger von bspw. Personenkraftwagen ist derzeit die in der eingangs zweitgenannten Schrift gezeigte Bauart weit verbreitet. Dabei ist aus Hohlprofilen, insbesondere aus Rohren, ein im wesentlichen rechteckiger Rahmen zusammengebaut, insbesondere geschweißt, in dessen quasi verlängerten Eckbereichen Lagerstellen zur Abstützung des Achsträgers am Fahrzeug-Unterboden bzw. an den beiden Fahrzeug-Längsträgern vorgesehen sind. Am Achsträger sind mehrere Anlenkstellen bspw. in Form von Laschen oder dgl. für radführende Lenker sowie ggf. für ein Achsgetriebe vorgesehen. Zwischen den einzelnen Anlenkstellen sowie zwischen den Anlenkstellen und den Lagerstellen des Achsträgers sollte dabei ein günstiger Kraftflussverlauf möglich sein. Vorliegend wurde nun erkannt, dass sowohl hinsichtlich des letztgenannten Kriteriums, nämlich einer „kraftfluss-optimierten" Konstruktion, als auch hinsichtlich des Kriteriums der wirtschaftlichen Herstellbarkeit Verbesserungen möglich sind, die hiermit aufgezeigt werden sollen (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Für eine Tragrahmenstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist die Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hohlprofil aus zumindest zwei in im wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Hohlprofils verlaufenden Fügebereichen zusammengesetzten Formteilen besteht, und dass von jedem Träger ein erstes Formteil mit den ersten Formteilen der anderen Träger einstückig zusammenhängt, indem aus einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur durch Biegeumformen eine sog. Oberschale der Tragrahmenstruktur mit dann noch offenen Längsträgern und Querträgern geformt ist, welche jeweils durch sog. Schließbleche als zweite oder weitere Formteile zu einem Hohlprofil vervollständigt sind. Ein entsprechender Verfahrens-Anspruch ist auf die Herstellung einer solchen Tragrahmenstruktur gerichtet und vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der jeweiligen Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Tragstruktur kann wesentlich einfacher hergestellt werden als die bekannten aus vorgefertigten Hohlprofilen zusammengefügten Tragstrukturen, da neben der Herstellung von Fügeverbindungen in einem letzten Bearbeitungsschritt des Herstellungsprozesses analog dem Stand der Technik vorzugsweise in Form von Schweißverbindungen vorangehend nur noch zwei äußert einfache und leicht beherrschbare Umformprozesse durchgeführt werden müssen. Demnach wird zunächst ein ebenes Blech geeignet beschnitten, was vorzugsweise durch Stanzen (Scherschneiden) erfolgt, und anschließend werden einzelne Abschnitte dieses Blechs umgebogen. Stark vereinfacht könnte man die ersten beiden Schritte des Herstellprozesses einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur mit der Herstellung eines rechteckigen Deckels einer Pappschachtel vergleichen, wonach ein ebener Bogen aus Pappe zunächst geeignet beschnitten wird und danach die Ränder des Deckels durch Umbiegen geformt werden. Hierbei entsteht eine einstückige sog. Oberschale, die auch in der vorliegenden Beschreibung einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur als „Oberschale" bezeichnet wird. Die Ränder des Pappschachtel-Deckels bilden dabei die vorliegend sog. ersten Formteile der zu einem Rahmen zusammengesetzten Hohlprofile einer erfindungsgemäßen Tragstruktur, wobei diese ersten Formteile nach diesen beiden Bearbeitungsschritten über den zwischen den Rändern liegenden ebenen Bereich (des Deckels bzw. der Oberschale) zusammenhängen.
Der hierauf folgende dritte Herstellungsprozess-Schritt ist bei der Herstellung eines Pappschachtel-Deckels nicht vorgesehen, vorliegend, d.h. bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur jedoch für die Bildung von Hohlprofilen erforderlich. Hier werden nun die (im Falle eines einfachen Rechtecks vier) umgeformten „Ränder", die ihrerseits eine jeweils im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Biegekante enthalten können und somit nicht eben sein müssen, durch Anbringen geeignet geformter sog. Schließbleche in sog. Fügebereichen zu (vier) Hohlprofilen ergänzt. Diese Fügebereiche zwischen den umgebogenen „Rändern" bzw. ersten Formteilen der Hohlprofile und den sog. Schließblechen (als zweite oder weitere Formteile eines Hohlprofils) verlaufen dabei im wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Hohlprofils. Vorzugsweise sind auch diese Schließbleche nicht eben, sondern weisen eine im wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Hohlprofils verlaufende Biegekante auf, wobei ebenfalls vorzugsweise auch die sog. Schließbleche bzw. die zweiten und weiteren Formteile der letztendlich einen Längs-Träger oder einen Quer-Träger der Tragrahmenstruktur bildenden Hohlprofile für sich betrachtet auf die beschriebene Weise hergestellt sind oder werden, nämlich durch Biegeumformen einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur. Was schließlich die Art der Verbindung zwischen den Formteilen betrifft, so kann diese stoffschlüssig oder formschlüssig sein; vorzugsweise wird hierfür eine Schweißverbindung, alternativ auch eine Bördel-Verbindung gewählt.
Aufgrund der praktisch ausschließlichen Verwendung von Biegeumformteilen ist der Einmalaufwand, der für eine Serienfertigung einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur betrieben werden muss, äußerst gering. Es sind nur geringe Investition bezüglich Maschinen erforderlich und vorteilhafterweise kann eine solche Tragrahmenstruktur auch im Prototypenbau mit einer herkömmlichen Spengler-Ausrüstung schnell und kostengünstig hergestellt werden. Im Großserienprozess wiederum erhält man eine hohe Wiederholgenauigkeit und ggf. notwendige Änderungen können einfach einfließen, bspw. durch geringfügige Änderung der verwendeten Blechstärke. Die jeweiligen Biegewinkel, welche umgebogene Abschnitte der ursprünglich ebenen Blechstruktur mit der ursprünglichen Ebene derselben einschließen liegt dabei vorteilhafterweise im Bereich zwischen 10° und 90°.
Selbstverständlich muss eine solchermaßen gefertigte Tragrahmenstruktur, bspw. in Form eines Achsträgers auch den funktionalen Anforderungen sowie den Festigkeitsanforderungen genügen. Ein Blechteil wie eine erfindungsgemäße Tragstruktur kann diesen Anforderungen dann gewachsen sein, wenn die hauptsächlich tragenden Elemente der Blechstruktur durch deren Biegekanten bzw. die Umgebung der Biegekanten gebildet sind, während vom Blechteil aufzunehmende Schubbelastungen von sog. Blech-Feldern aufgenommen werden, die durch Schließbleche verstärkt sein können. Torsionsbelastungen des Blechteiles können am besten von geschlossenen Hohlprofilen aufgenommen werden, während in Bereichen mit hauptsächlicher Biegebelastung offene Strukturen verwendet werden können. Eine erfindungsgemäß hergestellte Tragrahmenstruktur enthält diese Bestandteile, nämlich Hohlprofile, Blech-Felder als sog. Schubfelder sowie Biegekanten, die dann jeweils den auftretenden Belastungen entsprechend angeordnet bzw. gestaltet sein können. Vorzugsweise verlaufen in diesem Sinne die jeweils im wesentlichen eine Kraftflusslinie beschreibenden Biegekanten geradlinig und bevorzugt in Richtung der Fahrzeug-Längsachse oder senkrecht zu dieser.
In Nachgestaltung der in ihrem grundsätzlich bewährten Aufbau bekannten Achsträger kann an einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur die genannte Oberschale eine äußere Struktur bilden, die im wesentlichen aus einer ebenen sog. Deckelstruktur - als „Schubfeld" fungierend - und aus einer von dieser winkelig abragenden sog. Randstruktur - die genannten Träger bildend - sowie aus zumindest zwei sog. Armstrukturen bestehen, die jeweils von einem einen sog. Knotenpunkt bildenden Eckbereich, in welchem bildlich gesprochen ein Längsträger mit einem Querträger zusammen stößt, in Draufsicht annähernd in Richtung einer Winkelhalbierenden nach außen weg ragen. An den freien Enden dieser Armstrukturen können dann Aufnahmen für Lagerbuchsen vorgesehen sein, über welche der Achsträger (oder dgl.) am Fahrzeug bzw. an Trägern des Fahrzeug-Aufbaus gelagert wird.
Ebenfalls zu einem geschlossenen Hohlprofil, genauer zu einem Hohlkörper, welcher sich durch hohe Festigkeit bei geringem Gewicht auszeichnet, vervollständigt werden kann eine Armstruktur durch ein im wesentlichen pyramidenförmiges Schließblech, das vorzugsweise ebenfalls durch Biegeum- formen einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur geformt ist. Dieser Hohlkörper bildet dann einen Tragarm der Tragstruktur und ist hierfür an seinem freien Ende mit einer bereits genannten Aufnahme für eine Lagerbuchse versehen, die in vorteilhafter Weise ihrerseits abermals durch spanloses Umformen einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur gebildet ist, die anschließend an einen Tragarm angeschweißt wird. Wenn dabei das Schließblech eines von einem genannten Knotenpunkt (= Eckbereich der Tragrahmenstruktur) abragenden Tragarms nicht nur an der genanten Armstruktur, sondern auch an den in diesem Knotenpunkt endenden Trägern (Längs-Träger und/oder Quer-Träger) abseits deren Enden abgestützt ist, so dass in diesem Knotenpunkt eine Hohlkörper- struktur mit mehren darin befindlichen Kammern gebildet ist, so können hiermit besonders hohe Steifigkeits-Anforderungen hinsichtlich Biegung und Torsion erfüllt werden. Im gleichen Sinne kann ein Randbereich der bzw. einer Armstruktur mit einem Randbereich der benachbarten genannten Randstruktur (diese ist durch die genannten ersten Formteile gebildet) in kraftübertragender Weise verbunden, insbesondere verschweißt sein.
In ihrer Gesamtheit kann die Festigkeit oder Steifigkeit einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur noch weiter gesteigert werden, wenn zusätzlich zur bereits vorhandenen (und bereits genannten) Deckelstruktur ein weiteres an allen Trägern abgestütztes sog. Schubfeld vorgesehen ist. Dieses kann dann im Wechselspiel mit der Deckelstruktur quasi eine Bodenstruktur der Tragrahmenstruktur bilden. Zur Gewichtsoptimierung einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur können in flächigen Abschnitten der Tragrahmenstruktur Durchbrechungen vorgesehen sein, welche insbesondere im Hinblick auf die von diesen flächigen Abschnitten aufzunehmenden Belastungen ausgelegt sind und der Reduzierung des Gewichts dienen. Ferner wurden weiter oben bereits Aufnahmen für bspw. Lenker oder dgl. genannt, die an einem Achsträger oder allgemein an einer Tragrahmenstruktur vorgesehen sein können. Auch solche Aufnahmen können, falls es sich hierbei um spezielle Formteile handelt, vorteilhafterweise durch Biegeumformen einer zunächst ebenen Blechstruktur geformte Laschen sein und vorzugsweise nahe einer Biegekante an einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur angebracht sein.
Im weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Figuren 1 - 5 beschrieben. Dargestellt ist ein erfindungsgemäßer Hinter-Achsträger eines Personenkraftwagens in den Figuren 1 , 2 in einer Ansicht von oben (schräg räumlich bzw. senkrecht), sowie in den Figuren 3, 4 in einer Ansicht von unten (schräg räumlich bzw. senkrecht), während in der Figurenfolge 5a, 5b, 5c quasi die „Abwicklung" dieses Achsträgers dargestellt ist, d.h. mit Ausnahme einiger fehlender Teile zeigen die Figuren 5a, 5b, 5c die noch ebenen Blechstrukturen vor deren Biegeumformung, aus denen nach entsprechender Biegeumformung der Achsträger nach den Figuren 1 - 4 zusammengebaut wird oder ist. Selbstverständlich sind gleiche Bauelemente in allen Figuren mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, jedoch ist bei den zunächst noch ebenen und geeignet beschnittenen Blechstrukturen in den Figuren 5a, 5b, 5c jeweils ein „*" an die Bezugsziffer des jeweiligen Bauelements angehängt. Ferner sind aufgrund der Spiegelsymmetrie des Achsträgers bezüglich der Längsmittenachse L des Fahrzeugs, die gleich des Längsmittenachse des Achsträgers ist, Bezugsziffern für symmetrisch vorhandene Bauelemente oder Bestandteile nur in einer der beiden Symmetriehälften eingetragen.
Mit der Bezugsziffer 1 ist die sog. Oberschale des Achsträgers nach der bislang verwendeten Terminologie gekennzeichnet, die aus einer zunächst ebenen und vorzugsweise durch Stanzen geeignet beschnittenen Oberschalen-Blechstruktur 1* durch Biegeumformen längs verschiedener jeweils geradliniger Biegekanten a - e gebildet ist oder wird, vgl. hierzu zunächst Figur 5a.
Durch einzelnes Umbiegen der bezüglich der Biegekanten a, c und e außen liegenden Abschnitte 11 a*, 11c* und 11e* der zunächst ebenen Oberschalen- Blechstruktur 1 * werden im wesentlichen die sog. ersten Formteile 11a, 11c und 11e nach der oben verwendeten Terminologie gebildet, wobei ausdrücklich daraufhin gewiesen wird, dass sich die ersten Formteile 11 a (bzw. 11a*) und 11c (bzw. 11c*) über die Längsmittenachse L (des Achsträgers bzw. des Fahrzeugs) hinweg erstrecken. Es werden die Abschnitte 11a* und 11e* jeweils um eine weitere innerhalb des jeweiligen Abschnittes parallel zur Biegekante a bzw. e verlaufende Biegekante f bzw. g umgebogen, so dass die danach entstehenden Formteile 11a und 11 e nicht eben sind. Die genannten Biegekanten a, c, e f, g verlaufen dabei in Längsrichtung des jeweiligen Formteils, welches wie später erläutert ein Bestandteil eines Hohlkörpers oder eines Trägers mit einer in dieser Längsrichtung verlaufen- den Längsachse wird. Hiermit wird im wesentlichen die sog. Randstruktur R nach der oben verwendeten Terminologie gebildet. Zusätzlich werden im mit der Bezugsziffer 111e* gekennzeichneten und in der Figur 5a untersten Abschnitt (sowie im spiegelsymmetrisch zur Längsmittenachse L obersten Abschnitt) der Formteil-Blechstruktur 11e* weitere der Übersichtlichkeit halber nicht mit weiteren separaten Bezugsziffern gekennzeichnete Teilbereiche dieses Abschnitts 111 e* um weitere geradlinige Biegekanten h, i, k umgebogen, worauf im folgenden Absatz nochmals eingegangen wird.
Durch einzelnes Umbiegen von bezüglich der quasi in den vier Eckbereichen E der Oberschalen-Blechstruktur 1* liegenden Biegekanten b und d außen liegenden Abschnitten 12b* und 12d* der zunächst ebenen Oberschalen- Blechstruktur 1* (siehe weiterhin Fig.5a) werden im wesentlichen die sog. Armstrukturen 12b und 12d nach oben verwendeten Terminologie gebildet, wobei jedoch der im vorhergehenden Absatz genannte Abschnitt 111e* des der Armstruktur 12d* benachbarten Formteils 11e* nach entsprechendem Umbiegen und Fügen über eine Schweißverbindung S ein Bestandteil der Armstruktur 12d wird, wie insbesondere den Figuren 1 , 2 entnommen werden kann. Insofern ist ein Randbereich der Armstruktur 12d mit einem Randbereich der benachbarten Randstruktur R, nämlich mit dessen Abschnitt 111e, in kraftübertragender Weise verbunden, insbesondere verschweißt. Im übrigen weisen auch die Abschnitte 12b* und 12d* weitere (geradlinige) Biegekanten I, m, n o, p auf (vgl. Fig.5a), um welche einzelne Teilbereiche dieser Abschnitte nochmals umgebogen werden, um letztlich die (beiden) Armstruktureπ 12b und die (beiden) Armstrukturen 12d zu bilden, die von jedem Eckbereich E jeweils annähernd in Richtung einer Winkelhalbierenden nach außen weg ragen und jeweils Bestandteil der Tragarme (nach obiger Terminologie) sind oder werden.
Nach erfolgtem Umbiegen der außerhalb der Biegekanten a - e liegenden Abschnitte der zunächst ebenen Oberschalen-Blechstruktur 1* bildet der innerhalb dieser einen im wesentlichen einen geschlossenen Ring bildenden
ANS Biegekanten a - e liegende Bereich der Oberschalen-Blechstruktur 1* die sog. Deckelstruktur D nach oben verwendeter Terminologie. In dieser im wesentlichen rechteckigen Deckelstruktur D, von deren Eckbereichen E die genannten Armstrukturen 12b und 12 d annähernd in Richtung einer Winkelhalbierenden des jeweiligen Eck-Winkels abragen, ist zur Gewichtsreduzierung unter Berücksichtigung der Steifigkeitsanforderungen des Achsträgers eine zentrale Durchbrechung 14 vorgesehen.
Das erste Formteil 11a sowie der mit diesem über die Biegekante a verbundene und sich bis zur zentralen Durchbrechung 14 erstreckende Abschnitt der Deckelstruktur D wird mit zwei ebenfalls aus zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Schließblech-Blechstrukturen 2* (vgl. Fig.5b), die durch Umbiegen um Biegekanten r, s, t zu geeignet geformten Schließblechen 2 geformt werden, durch Verschweißen in sog. Fügebereichen geeignet zusammen gefügt. Hierdurch wird unter anderem der vordere Querträger Qv des Achsträgers (als Hohlprofil) gebildet (vgl. bspw. Fig.2).
Das erste Formteil 11 e sowie der mit diesem über die Biegekante e verbundene und sich bis zur zentralen Durchbrechung 14 erstreckende Abschnitt der Deckelstruktur D wird mit einer ebenfalls aus einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Schließblech-Blechstruktur 3*, die durch Umbiegen um Biegekanten u, v zu einem geeignet geformten Schließblech 3 geformt wird (vgl. Fig.5b), durch Verschweißen in sog. Fügebereichen geeignet zusammen gefügt. Hierdurch wird der hintere Querträger Qh des Achsträgers (als Hohlprofil) gebildet (vgl. Fig.3, 4).
Das erste Formteil 11c sowie der mit diesem über die Biegekante c verbundene und sich bis zur zentralen Durchbrechung 14 erstreckende Abschnitt der Deckelstruktur D wird mit zwei ebenfalls aus zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Schließblech-Blechstrukturen 4*, die durch Umbiegen um Biegekanten w, x zu einem geeignet geformten Schließblech 4 geformt sind (vgl. Fig.5b), durch Verschweißen in sog. Fügebereichen geeignet zusammen gefügt. Hierdurch wird insbesondere ein Längsträger LT des Achsträgers (als Hohlprofil) gebildet (vgl. Fig. 3, 4).
Die bereits genannten hinteren Armstrukturen 12d bilden nach Zusammenfügen (Verschweißen in sog. Fügebereichen) mit dem bereits genannten Abschnitt 111e des Formteils 11e sowie mit zwei ebenfalls aus zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Schließblech-Blechstrukturen 5*, die ihrerseits durch mehrmaliges Umbiegen um Biegekanten y, z zu geeignet hier jeweils in Form einer Pyramide geformten Schließblechen 5 geformt sind (vgl. Fig. 5b) , die hinteren Tragarme 15 des Achsträgers (als Hohlkörper), vgl. Fig. 3, 4. Die bereits genannten vorderen Armstrukturen 12b bilden nach dem bereits kurz erwähnten Umbiegen um die innerhalb derselben verlaufenden Biegekanten π, o, p sowie nach geeignetem Zusammenfügen mit hierfür vorgesehenen ebenfalls nicht ebenen Schließblechen, die der Einfachheit halber in der Figuren-Folge 5 (a-c) nicht dargestellt sind aber analog den erläuterten (und dargestellten) Schließblechen durch Umbiegen aus einer zunächst ebenen Blechstruktur geformt sind, die vorderen Tragarme 16 des Achsträgers in Form von Hohlkörpern.
In Figur 5c sind mit den Bezugsziffern 6* und 8* sog. zunächst ebene und geeignet beschnittene Laschen-Blechstrukturen gekennzeichnet, aus denen durch Umbiegen um nun der Übersichtlichkeit halber nicht gekennzeichnete Biegekanten Laschen 6, 8 geformt werden, die danach mit dem Achsträger an den gewünschten Stellen verschweißt werden. An diesen Laschen 6, 8 können im funktionalen Einsatzes dieses Achsträgers radführende Lenker abgestützt werden oder sein. Schließlich ist mit der Bezugsziffer 7* eine sog. zunächst ebene und geeignet beschnittene Aufnahme-Blechstruktur gekennzeichnet, aus der durch Umbiegen um geeignete Biegekanten eine Aufnahme 7 für eine Lagerbuchse geformt wird, die danach an das freie Ende jeden Tragarms 16 angeschweißt wird. Auch für das freie Ende der beiden hinteren Tragarme 15 sind ähnliche Lagerbuchsen-Aufnahme vorgesehen, jedoch ist deren zunächst ebene Blechstruktur nicht figürlich dargestellt. Abschließend sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die detaillierte Ausgestaltung des hier vorgestellten Achsträgers bzw. der hier vorgestellten Tragrahmenstruktur in einer Vielzahl von Details von obiger Erläuterung sowie von den beigefügten Figuren abweichen kann. Wesentlich ist vielmehr der grundlegende Herstellungsprozess, wonach aus zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstrukturen durch gegebenenfalls mehrfaches Umbiegen einzelner Abschnitte, wobei dieses mehrfache Umbiegen stufenweise nacheinander durchgeführt werden kann, quasi nach „Origami-Technik" räumliche Bauelemente geformt werden, die nach geeignetem Zusammenfügen zumindest abschnittsweise Hohlprofile oder Hohlkörper bilden, aus denen sich letztendlich die gewünschte Tragrahmenstruktur zusammensetzt. Vorliegend bildet dabei die durch Umbiegen einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur geformte Oberschale 1 ein zentrales räumliches Bauelement, an welches die weiteren im wesentlichen in gleicher Weise geformten Bauelemente angefügt werden, wobei dieses Fügen längs geeignet verlaufender Fügebereiche abweichend vom erläuterten Ausführungsbeispiel durchaus auch formschlüssig erfolgen kann. In der obigen Beschreibung weiterhin nicht ausdrücklich erwähnt wurden mit Ausnahme der Durchbrechung 14 in der Deckelstruktur D weitere in anderen flächigen Abschnitten von Bestandteilen der Tragrahmenstruktur vorgesehene Durchbrechungen, die jeweils unter Berücksichtigung der aufzunehmenden Belastungen im Hinblick auf eine Minimierung des Gewichts einer erfindungsgemäßen Tragstruktur vorgesehen sind.

Claims

Patentansprüche
1. Tragrahmenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere Achsträger, im wesentlichen bestehend aus zwei sog. Längs-Trägern (LT) und zwei diese gegeneinander abstützenden sog. Quer-Trägem (Qv, Qh), welche jeweils als Hohlprofile ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hohlprofil aus zumindest zwei in im wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Hohlprofils verlaufenden Fügebereichen zusammengesetzten Formteilen (11a, 11c, 11e, 2, 3, 4) besteht, und dass von jedem Träger (Qv, Qh, LT) ein erstes Formteil (11a, 11c, 11e) mit den ersten Formteilen (11a, 11c, 11e) der anderen Träger (Qv, Qh, LT) einstückig zusammenhängt, indem aus einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur (1*) durch Biegeumformen eine sog. Oberschale (1 ) der Tragrahmenstruktur mit dann noch offenen Längsträgern (LT) und Querträgern (Qv, Qh) geformt ist, welche jeweils durch sog. Schließbleche (2, 3, 4) als zweite oder weitere Formteile (2, 3, 4) zu einem Hohlprofil vervollständigt sind.
2. Tragrahmenstruktur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auch die Schließbleche (2, 3, 4) durch Biegeumformen einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur (2*, 3*, 4*) geformt sind.
3. Tragrahmenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließbleche (2, 3, 4) mit den ersten Formteilen längs der Fügebereiche stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sind.
4. Tragrahmenstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sog. Oberschale (1) eine äußere Struktur bildet, die im wesentlichen aus einer ebenen sog. Deckelstruktur (D) und einer von dieser winkelig abragenden sog. Randstruktur (R) sowie aus zumindest zwei sog. Armstrukturen (12b, 12d) besteht, die jeweils von einem einen sog. Knotenpunkt bildenden Eckbereich (E), in welchem das Ende eines Längsträger (LT) dem Ende eines Querträgers (Qv, Qh) benachbart ist, in Draufsicht annähernd in Richtung einer Winkelhalbierenden nach außen weg ragen.
5. Tragstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich einer Armstruktur (12d) mit einem Randbereich der benachbarten Randstruktur (R) in kraftübertragender Weise verbunden, insbesondere verschweißt (S) ist.
6. Tragstruktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Armstruktur (12b) durch ein im wesentlichen pyramidenförmiges Schließblech (5), das vorzugsweise ebenfalls durch Biegeumformen einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur (5*) geformt ist, zu einem Hohlkörper ergänzt ist, welcher einen Tragarm (15) der Tragstruktur bildet.
7. Tragstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (5) eines von einem Knotenpunkt oder Eckbereich (E) abragenden Tragarms (15, 16) nicht nur an der Armstruktur (12b), sondern auch an den in diesem Eckbereich (E) endenden Trägern (Querträger Qv, Längsträger LT) abseits deren Enden abgestützt ist, womit in diesem Eckbereich eine Hohlkörperstruktur mit mehren darin befindlichen Kammern gebildet ist.
8. Tragrahmenstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Biegekante (a - z) geradlinig verläuft und im wesentlichen eine Kraftflusslinie beschreibt.
9. Tragrahmenstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Deckelstruktur (D) ein weiteres an allen Trägern abgestütztes sog. Schubfeld vorgesehen ist.
10. Tragrahmenstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Biegeumformen einer zunächst ebenen Blechstruktur (6*, 8*) geformte Laschen (6, 8) zur Aufnahme von Anbauteilen, insbesondere Lenkern, nahe einer Biegekante angebracht sind.
11. Tragrahmenstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in flächigen Abschnitten der Tragrahmenstruktur Durchbrechungen (14 und weitere) vorgesehen sind.
12. Verfahren zum Herstellen einer Tragrahmenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere eines Achsträgers, die/der im wesentlichen aus zwei sog. Längsträgern (LT) und zwei diese gegeneinander abstützenden sog. Querträgern (Qv, Qh) besteht, welche jeweils als Hohlprofile ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hohlprofil aus zumindest zwei Formteilen (11 a, 11c, 11 e, 2, 3, 4) in im wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Hohlprofils verlaufenden Fügebereichen zusammengesetzt wird, und dass aus einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur (1*) durch Biegeumformen eine sog. Oberschale (1 ) der Tragrahmenstruktur mit dann noch offenen Längsträgem (LT) und Querträgern (Qv, Qh) geformt wird, sodass von jedem Träger (LT, Qv, Qh) ein erstes Formteil (11a, 1 c, 11 e) mit den ersten Formteilen (11a, 1 c, 11e) der anderen Träger (LT, Qv, Qh) einstückig zusammenhängt, und dass jeder Träger (LT, Qv, Qh) durch sog. Schließbleche (2, 3, 4) als zweite oder weitere Formteile (2, 3, 4) zu einem Hohlprofil vervollständigt wird.
13. Verfahren zum Herstellen einer Tragrahmenstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Schließbleche (2, 3, 4) aus einer zunächst ebenen und geeignet beschnittenen Blechstruktur (2*, 3*, 4*) durch Biegeumformen geformt werden.
14. Verfahren zum Herstellen einer Tragrahmenstruktur nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließbleche (2, 3, 4) mit den ersten Formteilen (11 a, 11c, 11e) längs Fügebereichen stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden werden.
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