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Die
Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug gemäß der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
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Derartige
auch als Fahrschemel bezeichnete Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug sind aus
dem Stand der Technik hinreichend bekannt und bieten neben einer
Abkopplung von Störeinflüssen auf
den Aufbau bzw. die Karosserie des Kraftfahrzeuges auch den Vorteil,
dass diverse Fahrzeugkomponenten leicht zugänglich daran lagerbar sind.
In Abhängigkeit
vom Einbauort am Kraftfahrzeug, d.h. im Bereich der Vorder- bzw.
Hinterachse, werden die Hilfsrahmen präzisierend auch als Vorderachshilfsrahmen
bzw. Hinterachshilfsrahmen bezeichnet.
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Es
ist weiterhin bekannt aus Gewichtsgründen, die die Rahmenstruktur
des Hilfsrahmens bildenden Längs-
und Querträger
aus Leichtmetall, respektive Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen
herzustellen und diese über
so genannte, aus einem Leichtmetall-Gusswerkstoff gefertigte Knotenelemente
bzw. Gussknoten fest miteinander zu verbinden. Ein derartiger, gattungsgemäßer Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug
ist beispielsweise in der
DE
198 22 731 A1 beschrieben.
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Insbesondere
bei der beschriebenen Ausführung
des Hilfsrahmens für
ein Kraftfahrzeug mit Längs-
und Querträger
aus Leichtmetall mit entsprechenden Gussknoten aus einem Leichtmetall-Werkstoff,
wie z.B. Aluminiumguss oder Legierungen davon, erweist sich der
Hilfsrahmen nachteilig im Hinblick auf die zu erfüllenden
Crash-Anforderungen. Wird der Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, und hier speziell
der Vorderachshilfsrahmen, bei einem Unfall zum Umsetzen von Crash-Energie
herangezogen, so neigen die Gussknoten zum vorzeitigen Versagen. Wie
Versuche und Simulationen gezeigt haben, weisen im Falle eines Unfalls
die in der Regel als Strangpressprofilen aus einem Leichtmetall
ausgebildeten Längs-
und Querträger
eine ausreichende Festigkeit zur Aufnahme der Crash-Energie auf,
während
der auf die Gussknoten wirkende Kraftimpuls zunächst ein "seitlich Wegdrehen" und ein anschließendes schlagartiges Versagen
der Gussknoten bewirkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug
gemäß der im Oberbegriff
des Anspruches 1 angegebenen Art unter Vermeidung der genannten
Nachteile derart weiter zu bilden, dass die Gefahr eines vorzeitigen
Versagens der Gussknoten des Hilfsrahmens im Falle eines Unfalls
erheblich reduziert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die
Unteransprüche
bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Werkstoffeigenschaften
des Gussknoten-Werkstoffes einen erheblichen Einfluss auf den Versagenszeitpunkt
der Gussknoten im Falle eines Unfalls haben.
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Nach
der Erfindung umfasst der Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug einen ersten
und einen zweiten, jeweils in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Längsträger und
einen zwischen den beiden Längsträgern angeordneten,
in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten Querträger. Zwischen dem ersten Längsträger und
dem Querträger
ist ein erster Gussknoten und zwischen dem zweiten Längsträger und
dem Querträger
ein zweiter Gussknoten angeordnet. Die beiden Längsträger und der Querträger sind
jeweils mit den entsprechend zugeordneten Gussknoten fest verbunden.
Erfindungsgemäß ist an
beiden Gussknoten jeweils ein schalenförmig ausgebildetes Aufsatzelement
angeordnet, welches mit dem zugeordneten Gussknoten jeweils fest
verbunden ist. Das Aufsatzelement ist dabei aus einem Werkstoff
ausgebildet, dessen Duktilität
größer als
die Duktilität
des Gussknoten-Werkstoffes ist. Auf eine einfache Art und Weise
ist nunmehr ein Hilfsrahmen für
ein Kraftfahrzeug zur Verfügung
gestellt, der höheren Crash-Anforderungen
gerecht wird, da nunmehr aufgrund des schalenförmig ausgebildeten Aufsatzelements
das Konstruktionselement Gussknoten eine größere Duktilität aufweist
und dadurch im Falle eines Unfalls eine weichere Umwandlung von Crash-Energie
ermöglicht
ist. Selbst wenn der Gusswerkstoff der Gussknoten ab einem gewissen
Zeitpunkt schlagartig versagt und so zusagen "zerbröselt", wird der entsprechende Bereich durch
das schalenförmige
Aufsatzelement gestützt
und das schalenförmige
Aufsatzelement kann weiterhin kinetische Energie in Umformarbeit
umwandeln.
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Verzugsweise
besteht dabei das schalenförmig
ausgebildete Aufsatzelement aus Edelstahl. Denkbar ist selbstverständlich auch
die Ausbildung des schalenförmigen
Aufsatzelements aus anderen Werkstoffen mit entsprechenden Werkstoff-Kennwerten.
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In
vorteilhafter Weise umfasst bzw. umschließt das schalenförmige Aufsatzelement
den zugeordneten Gussknoten lediglich bereichsweise. Die lediglich
bereichsweise Umfassung des Gussknoten durch das schalenförmige Aufsatzelement
hat den Effekt, dass hierdurch eine einfache konstruktive Gestaltung
des Aufsatzelements gewährleistet
ist.
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Da,
wie Versuche und Simulationen gezeigt haben, im Crash-Fall der in
den Gussknoten eingeleitete Kraftimpuls zunächst ein "seitliches Wegdrehen" des Gussknoten bewirkt, ist das schalenförmige Aufsatzelement
vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung betrachtet jeweils außen an dem
jeweiligen Gussknoten angeordnet. Durch diese "äußere Anordnung" wird die Neigung
des Gussknotens zum "seitlichen Wegdrehen" erheblich eingeschränkt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist das schalenförmige
Aufsatzelement mit den zugeordneten Gussknoten verschraubt. Die
Befestigung des schalenförmigen
Aufsatzelements mittels einer Verschraubung an die Gussknoten hat
den Effekt, dass eine einfache Befesti gung des schalenförmigen Aufsatzelements
an die zugeordneten Gussknoten gewährleistet ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist das schalenförmige
Aufsatzelement mit dem zugeordneten Gussknoten formschlüssig verklemmt.
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Die
Befestigung des schalenförmigen
Aufsatzelements mit den zugeordneten Gussknoten mittels einer Schraub-
und Klemmverbindung stellt vorliegend keine abschließende Aufzählung dar,
da die erfindungsgemäße Befestigung
des schalenförmigen Aufsatzelements
mit den zugeordneten Gussknoten auch über andere Ausgestaltungen
auf einfache Art und Weise zu realisieren ist.
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Vorzugsweise
ist das schalenförmige
Aufsatzelement als ein Blechpressteil ausgebildet. Die Ausbildung
als ein Blechpressteil erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch
eine schnelle und kostengünstige Herstellung
des schalenförmigen
Aufsatzelements gewährleistet
ist.
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Der
Einfachheit halber sind die beiden Längsträger und der Querträger als
Strangpressprofile ausgebildet. Die Ausbildung als Strangpressprofile
ermöglicht
eine einfache und wiederum kostengünstige Herstellung der Tragelemente
Längs-
und Querträger.
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Um
den Anforderungen an ein geringes Gewicht des Hilfsrahmens gerecht
zu werden, bestehen die beiden Längsträger und
der Querträger
aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierung,
während
die Gussknoten aus einem Leichtmetall-Gusswerkstoff, insbesondere
Aluminiumguss, bestehen.
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Vorzugsweise
sind die beiden Längsträger und
der Querträger
mit den entsprechenden Gussknoten jeweils über eine Schweißverbindung
fest verbunden. Dies hat den Effekt, dass eine einfache und kostengünstige Montage
des Hilfsrahmens sichergestellt ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die
Erfindung wird im folgenden an Hand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden
die in der unten angeführten
Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet.
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In
der Zeichnung bedeuten:
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1 Eine
Draufsicht auf einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug ohne schalenförmige Aufsatzelemente
an den Gussknoten;
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2 eine
Detailansicht eines Gussknotens des Hilfsrahmens aus 1 mit
einem zugeordneten, noch nicht montierten schalenförmigen Aufsatzelement
in einer Ansicht schräg
von unten, und
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3 eine
Schnittdarstellung des schalenförmigen
Aufsatzelements im montierten Zustand auf einen Gussknoten des Hilfsrahmens
aus 1.
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Der
in 1 in einer Draufsicht gezeigte und insgesamt mit
der Bezugsziffer 10 bezeichnete Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug
weist eine U-förmige Grundstruktur
auf. Der Hilfsrahmen 10 umfasst im Wesentlichen einen ersten
Längsträger 12 und
einen zweiten Längsträger 14 sowie
einen Querträger 16. Während die
längeren
Schenkel der U-förmigen Grundstruktur
des Hilfsrahmens 10, nämlich
die Längsträger 12, 14 in
Fahrzeuglängsrichtung
FL ausgerichtet sind, ist der Querträger 16 senkrecht dazu, d.h.
in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichtet. Vorliegend bestehen die
beiden Längsträger 12, 14 und der
Querträger 16 aus
einer Aluminiumlegierung und sind als Strangpressprofile ausgebildet.
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Zwischen
dem ersten Längsträger 12 und dem
Querträger 16 ist
ein erster Gussknoten 18 und zwischen dem zweiten Längsträger 14 und
dem Querträger 16 ist
ein zweiter Gussknoten 20 angeordnet. Die beiden Gussknoten 18, 20 bestehen
vorliegend aus einem Aluminium-Gusswerkstoff.
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Um
eine einfache Montage des Hilfsrahmens 10 zu gewährleisten,
sind im ersten und zweiten Gussknoten 18, 20 Öffnungen
vorgesehen, in die die entsprechenden Enden der Längsträger 12, 14 bzw. des
Querträgers 16 einsteckbar
sind. Nach erfolgter "Steckverbindung" der Bauteile, nämlich erster Längsträger 12 und
Querträger 16 in
ersten Gussknoten 18, sowie zweiter Längsträger 14 und Querträger 16 in
zweiten Gussknoten 20, werden die Bauteile miteinander
verschweißt,
sodass eine feste Verbindung zwischen den Längsträgern 12, 14 den
entsprechenden Gussknoten 18, 20 und dem Querträger hergestellt
ist.
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Der
vorliegend dargestellte Hilfsrahmen 10 ist für einen
Einbau im Bereich der Vorderachse des Kraftfahrzeugs vorgesehen
und weist in bekannter Art und Weise entsprechende Lageraufnahmen
zur Lagerung am Kraftfahrzeug sowie entsprechende Aufnahmeeinrichtungen
zur Lagerung diverser Komponenten des Kraftfahrzeugs auf. Da die
Lageraufnahmen als auch die Aufnahmeeinrichtungen für die vorliegende
Erfindung nicht Wesentlich sind, wird auf eine weiterführende Beschreibung
aus Gründen
der Knappheit verzichtet.
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Versuche
und Simulationen haben gezeigt, dass im Falle eines Unfalls der
in den Hilfsrahmen 10 eingeleitete Kraftimpuls zunächst ein "seitliches Wegdrehen", d.h. eine in Fahrzeugquerrichtung
FQ betrachtete, jeweils nach außen
gerichtet Bewegung der beiden Gussknoten 18 und 20 auftritt
und anschließend
ein schlagartiges Versagen der beiden Gussknoten 18, 20 zu
beobachten ist. Aufgrund der vorherrschenden geringen Duktilität des Aluminium-Gusswerkstoffes
der Gussknoten 18, 20 wird dieser unter Einfluss
des Kraftimpulses regelrecht "zerbröselt".
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Die
Gefahr des schlagartigen Versagens der Gussknoten 18, 20 wird
durch die vorliegende Erfindung deutlich reduziert.
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2 zeigt
den zweiten Gussknoten 20 mit einem zugeordnetem schalenförmigen Aufsatzelement 22.
Ein entsprechend ausgebildetes Aufsatzelement ist auch dem, hier
nicht dargestellten, ersten Gussknoten 18 zugeordnet.
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Das
schalenförmige
Aufsatzelement 22 ist mit dem Gussknoten 20 fest
verbunden. Der Werkstoff des Aufsatzelements 22 weist dabei
eine Duktilität
auf, die größer als
die Duktilität
des Aluminium-Gusswerkstoffes der Gussknoten ist. Vorliegend ist
Aufsatzelement 22 als ein Blechpressteil aus Edelstahl
ausgebildet.
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Wie
weiter 2 zu entnehmen ist, weist das schalenförmige Aufsatzelement 22 entsprechende
Bohrungen auf, über
die das Aufsatzelement 22 über eine Schraubverbindung
mit dem Gussknoten 20 sowie dem zweiten Längsträgern 14 und
dem Querträger 16 fest
verbindbar ist.
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3 zeigt
in einer Schnittdarstellung des schalenförmigen Aufsatzelementes 22 die
Anordnung des schalenförmigen
Aufsatzelement 22 im Bezug zum Gussknoten 18 im
montierten Zustand. Aus 3 ist insbesondere ersichtlich,
dass das schalenförmige
Aufsatzelement 22 den entsprechenden Gussknoten 18 lediglich
bereichsweise umfasst bzw. umschließt. Zudem ist aus 3 die
in Bezug auf die Fahrzeugquerrichtung FQ äußere Anordnung des schalenförmigen Aufsatzelements 22 deutlich
ersichtlich.
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Die
Wirkung des erfindungsgemäßen schalenförmigen Aufsatzelement
ist folgende: Aufgrund des nunmehr an den beiden Gussknoten 18, 20 fest angeordneten,
aus Edel stahl ausgebildeten, schalenförmigen Aufsatzelements 22 weist
das "Konstruktionselement
Gussknoten" bzw.
der Bereich um den Gussknoten eine Wesentliche höhere Duktilität bzw. Zähigkeit
auf. Dadurch ist im Falle eines Unfalls sichergestellt, dass neben
den Gussknoten 18, 20 auch das schalenförmige Aufsatzelement 22 die
entstehende Crash-Energie aufnimmt, d.h. die auf die Gussknoten 18, 20 wirkenden
Kräfte
werden minimiert. Selbst wenn ab einem gewissen Zeitpunkt die auf
die Gussknoten 18, 20 wirkenden Kräfte zu groß werden
sollten und zu einem Versagen der Gussknoten 18, 20 führen, so
wird der entsprechende Bereich durch das schalenförmige Aufsatzelement 22 weiterhin
gestützt
und das schalenförmige
Aufsatzelement 22 kann weiterhin kinetische Energie in
Umformarbeit umwandeln. Da zudem das schalenförmige Aufsatzelement 22 in
Fahrzeugquerrichtung FQ betrachtet jeweils außen an dem jeweiligen Gussknoten 18, 20 angeordnet
sind, wird auch ein seitliches Wegdrehen der Gussknoten 18, 20 im
Falle eines Unfalls erschwert.
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- 10
- Hilfsrahmen
- 12
- erster
Längsträger
- 14
- zweiter
Längsträger
- 16
- Querträger
- 18
- erster
Gussknoten
- 20
- zweiter
Gussknoten
- 22
- schalenförmiges Aufsatzelement
- FL
- Fahrzeuglängsrichtung
- FQ
- Fahrzeugquerrichtung