DE102015009635A1

DE102015009635A1 - Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015009635A1
Application number: DE102015009635.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ottinger; Sven Schmalzrieth; Vladimir Idelevitch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-25
Filing date: 2015-07-25
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei in Fahrzeuglängsrichtung (FL) ausgerichtete Längsträger (12-1, 12-2) sowie mindestens einen in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichteten, die beiden Längsträger (12-1, 12-2) miteinander verbindenden Querträger (14-1, 14-2). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, die Längsträger (12-1, 12-2) aus Stahl und der Querträger (14-1, 14-2) aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind, wobei die Längsträger (12-1, 12-2) jeweils über ein eine Kontaktkorrosion verhindertes Zwischenstück (16) mit dem Querträger (14-1, 14-2) fest verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 7.
Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und bieten neben einer Abkopplung von Störeinflüssen auf den Aufbau bzw. die Karosserie des Kraftfahrzeugs auch den Vorteil, dass diverse Fahrzeugkomponenten leicht zugänglich daran lagerbar sind.
In der Regel umfasst ein Hilfsrahmen zwei im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Längsträger sowie mindestens einen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten, die beiden Längsträger miteinander verbindenden Querträger. Ein gattungsgemäßer Hilfsrahmen ist beispielsweise in der DE 10 2013 105 865 B3 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Hilfsrahmen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass neben einem geringen Bauteilgewicht auch eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird für den Hilfsrahmen durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen und in Bezug auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise umfasst der Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug zwei in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Längsträger sowie mindestens einen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten, die beiden Längsträger miteinander verbindenden Querträger.
Erfindungsgemäß sind die Längsträger aus Stahl und der Querträger ist aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet, wobei die Längsträger jeweils über ein eine Kontaktkorrosion verhinderndes Zwischenstück mit dem Querträger fest verbunden sind. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erweist sich als besonders vorteilhaft, da durch die erfindungsgemäße Verbindung unterschiedlicher Materialien (Längsträger aus Stahl; Querträger aus Aluminiumlegierung) ein Leichtbaueffekt erzielt wird und damit Bauteilgewicht eingespart wird. Zudem ist über das erfindungsgemäß vorgesehene Zwischenstück gewährleistet, dass eine Kontaktkorrosion zwischen Querträger (Aluminiumlegierung) und Längsträger (Stahl) verhindert wird, sodass eine lange Lebensdauer des Hilfsrahmens sichergestellt ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Längsträger und der Querträger als geschlossene Hohlprofile ausgebildet. Zudem ist an den Längsträgern jeweils ein in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteter zapfenförmige Fortsatz angeformt und die Zwischenstücke sind im Querschnitt hutförmig, eine Ringfläche und einen daran angrenzenden hohlzylindrischen Schaft aufweisend, ausgebildet. Über den hohlzylindrischen Schaft sind die Zwischenstücke auf den zugeordneten zapfenförmigen Fortsatz aufgeschoben und sind mit diesem kraft- und/oder formschlüssig verbunden und stehen mit ihrer Ringfläche in Kontakt mit dem zugeordneten Längsträger. Zudem reicht der hohlzylindrische Schaft der Zwischenstücke jeweils in den Endbereich des Querträgers hinein und ist über seine äußere Mantelfläche kraft- und/oder formschlüssig mit der Innenfläche des Querträgers verbunden. Diese Ausführungsform erweist sich als vorteilhaft, da aufgrund der Ausbildung der Längs- und Querträger als geschlossene Hohlprofile weiteres Bauteilgewicht eingespart wird. Die hutförmige Ausgestaltung der Zwischenstücke sowie deren beanspruchte Anordnung zwischen den Trägern, hat den positiven Effekt, dass ein stabiler und korrosionsfreier Kraftschluss/Formschluss zwischen dem Quer- und den Längsträgern gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine kostengünstigere Montage ermöglicht ist, da eine Verschweißung der Bauteile nicht erforderlich ist.
Hierbei kann der zapfenförmige Fortsatz einen rotationssymmetrischen Querschnitt oder einen rotationsasymmetrischen Querschnitt, insbesondere in Form eines Polygons, aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Schafts der Zwischenstücke mit einer die Oberfläche der Mantelfläche vergrößernden Verzahnung versehen ist. Dies hat den Effekt, dass nach einer entsprechenden Umformung des den hohlzylindrischen Schaft des Zwischenstücks aufnehmenden Endbereichs des Querträgers, sich die Verzahnung in das weichere Material des Querträgers einschiebt, und damit eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen sichergestellt ist.
Vorzugsweise werden die Längs- und der Querträger im Hydroforming (Innenhochdruckumformung) hergestellt. Dies erweist sich als vorteilhaft, da das Hydroforming große Gestaltungsfreiheit für komplexe Bauteilformen ermöglicht. Insbesondere in Bezug auf die Längsträger ist somit mittels Hydroforming in einem Arbeitsschritt auch die Ausbildung der zapfenförmigen Fortsätze ermöglicht ist. Denkbar ist aber auch, den Querträger mittels Stranggießen herzustellen.
Um einen ausreichenden Schutz gegenüber eine Kontaktkorrosion zwischen Querträger und Längsträger zu gewährleisten, ist das Zwischenstück vorzugsweise aus einer Zinklegierung ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hilfsrahmens umfasst die nachfolgenden Schritte:

a) Herstellen der Quer-/Längsträger;
b) Herstellen der hutförmigen Zwischenstücke;
c) Aufschieben der Zwischenstücke auf die zapfenförmigen Fortsätze und Herstellen einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen den Zwischenstücken und den zapfenförmigen Fortsätzen der Längsträger;
d) Aufschieben des Querträgers auf die an den zapfenförmigen Fortsätzen befestigten Zwischenstücke;
e) Umformen der den Längsträgern zugewandten Endbereiche des Querträgers zur Herstellung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen Querträger und den Zwischenstücken.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist nunmehr in vorteilhafter Weise die Herstellung eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug, welcher neben einem geringen Bauteilgewicht eine hohe Lebensdauer aufweist, ermöglicht.
Vorzugsweise werden dabei in Schritt a) die Längsträger mittels Hydroforming und der Querträger mittels Hydroforming oder Stranggießen hergestellt. Insbesondere das Herstellen der Längsträger mittels Hydroforming erweist sich als vorteilhat, da hierdurch die zapfenförmigen Fortsätze an den Längsträgern in einem Arbeitsschritt mit hergestellt werden können.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Zwischenstück und dem zapfenförmigen Fortsätzen gemäß Schritt c) des Verfahrens, die Endbereiche der zapfenförmigen Fortsätze umgebördelt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt e) das Umformen der Endbereiche des Querträgers mittels eines Stempels durchgeführt, wobei der Stempel die gleiche Kontur wie die zapfenförmigen Fortsätze aufweist. Das Umformen mittels eines, die gleiche Kontur wie die zapfenförmigen Fortsätze aufweisenden Stempels, hat den Vorteil, dass beim Umformen auch das Zwischenstück mit verformt wird, sodass ein besonders stabiler Kraft-/Formschluss gewährleistet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung bedeutet:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug;
2 eine vergrößerte Darstellung des Verbindungsbereich zwischen einem Längsträger und einem Querträger des Hilfsrahmens aus 1 vor der Montage;
3 eine Schnittdarstellung gemäß A-A aus 2;
4 der Verbindungsbereich aus 2 nach der Montage, und
5 eine Schnittdarstellung gemäß B-B aus 4.
1 zeigt einen insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug. Der Hilfsrahmen 10 umfasst zwei aus Stahl ausgebildete, in Fahrzeuglängsrichtung FL ausgerichtete Längsträger 12-1 und 12-2 sowie zwei in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichtete, die beiden Längsträger 12-1, 12-2 miteinander verbindende, aus einer Aluminiumlegierung gefertigte Querträger 14-1 und 14-2.
Zur Gewährleistung eines geringen Bauteilgewichts des Hilfsrahmens 10, sind die Längsträger 12-1, 12-2 und die Querträger 14-1,14-2 als geschlossene Hohlprofile ausgebildet. Zudem sind zur Vermeidung einer Kontaktkorrosion zwischen denen aus einer Aluminiumlegierung ausgebildeten Querträgern 14-1, 14-2 und denen aus Stahl ausgebildeten Längsträgern 12-1, 12-2, die Quer- und Längsträger 14-1, 14-2; 12-1, 12-2 jeweils über ein Zwischenstück 16 miteinander verbunden, vgl. 2 bzw. 3.
Das vorliegend aus einer Zinklegierung bestehende Zwischenstück 16 ist im Querschnitt hutförmig, eine Ringfläche 16-1 und einen daran angrenzenden hohlzylindrischen Schaft 16-2 aufweisend, ausgebildet. Zudem ist die äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Schafts 16-2 des Zwischenstücks 16 mit einer die Oberfläche der Mantelfläche vergrößernden Verzahnung 16-3 versehen, vgl. 2.
Zudem ist, wie 2 weiter zu entnehmen ist, zur Befestigung des Zwischenstücks 16 mit einem Längsträger, am Längsträger ein in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichteter zapfenförmiger Fortsatz 18 angeformt. Vorliegend weist der zapfenförmige Fortsatz 18 einen polygonförmigen Querschnitt auf, vgl. 4.
Zur Montage des Hilfsrahmens 10 wird zunächst das hutförmige Zwischenstück 16 auf den zapfenförmigen Fortsatz 18 derart aufgesteckt, dass die Ringfläche 16-1 in Kontakt mit dem zugeordneten Längsträger 12-1 steht, während der hohlzylindrischen Schaft 16-2 in Richtung zum Querträger 14-2 ausgerichtet ist. Um ein axiales Verschieben des Zwischenstücks 16 zu unterbinden, werden die Enden des zapfenförmigen Fortsatzes 18 umgebördelt.
Anschließend wird der Querträger 14-2 axial über das am zapfenförmigen Fortsatz 18 befestigte Zwischenstück 16 geschoben und der Endbereich 20 des Querträgers 14-2 wird mittels eines Stempels umgeformt, sodass die Verzahnung 16-3 des Zwischenstücks 16 in das Material des Querträgers 14-2 eingedrückt wird.
Vorliegend weist der Stempel mit dem die Umformung des Querträgers 14-2 eingeleitet wird, die gleiche polygonförmige Kontur wie der zapfenförmige Fortsatz 18 auf, sodass auch das Zwischenstück 16 ebenfalls verformt wird, vgl. 5.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013105865 B3 [0003]

Claims

Hilfsrahmen (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei in Fahrzeuglängsrichtung (FL) ausgerichtete Längsträger (12-1, 12-2) sowie mindestens einen in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichteten, die beiden Längsträger (12-1, 12-2) miteinander verbindenden Querträger (14-1, 14-2), dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (12-1, 12-2) aus Stahl und der Querträger (14-1, 14-2) aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind, wobei die Längsträger (12-1, 12-2) jeweils über ein eine Kontaktkorrosion verhindertes Zwischenstück (16) mit dem Querträger (14-1, 14-2) fest verbunden sind.
Hilfsrahmen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Längsträger (12-1, 12-2) und der Querträger (14-1, 14-2) als geschlossene Hohlprofile ausgebildet sind, wobei an den Längsträgern (12-1, 12-2) jeweils ein in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichteter zapfenförmiger Fortsatz (18) angeformt ist, und dass die Zwischenstücke (16) im Querschnitt hutförmig, eine Ringfläche (16-1) und einen daran angrenzenden hohlzylindrischen Schaft (16-2) aufweisend ausgebildet sind, wobei die Zwischenstücke (16) jeweils über ihren hohlzylindrischen Schaft (16-2) auf den zugeordneten zapfenförmigen Fortsatz (18) aufgeschoben und mit diesem kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind, wobei die Zwischenstücke (16) mit ihrer Ringfläche (16-1) jeweils in Kontakt mit dem zugeordnetem Längsträger (12-1) stehen, und wobei der hohlzylindrische Schaft (16-2) der Zwischenstücke (16) jeweils in den Querträger (14-1, 14-2) hineinreichen und über ihre äußere Mantelfläche kraft- und/oder formschlüssig mit der Innenfläche des Querträgers (14-1, 14-2) verbunden sind.
Hilfsrahmen (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, der zapfenförmige Fortsatz (18) einen rotationssymmetrischen Querschnitt oder einen rotationsasymmetrischen Querschnitt, insbesondere in Form eines Polygons, aufweist.
Hilfsrahmen (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Schafts (16-2) der Zwischenstücke (16) eine Verzahnung (16-3) aufweist.
Hilfsrahmen (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (12-1, 12-2) mittels Innenhochdruckumformung (IHU) hergestellt sind und dass der Querträger (14-1, 14-2) mittels Innenhochdruckumformung (IHU) oder Stranggießen hergestellt ist.
Hilfsrahmen (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (16) aus einer Zinklegierung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens (10) für ein Kraftfahrzeug nach einem der der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: – Herstellen der Quer-/Längsträger (12-1, 12-2; 14-1, 14-2); – Herstellen der hutförmigen Zwischenstücke (16); – Aufschieben der Zwischenstücke (16) auf die zapfenförmigen Fortsätze (18) und Herstellen einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen den Zwischstücken (16) und den zapfenförmigen Fortsätzen (18) der Längsträger (12-1, 12-2); – Aufschieben des Querträgers (14-1, 14-2) auf die an den zapfenförmigen Fortsätzen (18) befestigten Zwischenstücke (16); – Umformen der den Längsträgern (12-1, 12-2) zugewandten Endbereiche (20) des Querträgers (14-1, 14-2) zur Herstellung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen Querträger (14-1, 14-2) und den Zwischenstücken (16).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (12-1, 12-2) einschließlich der zapfenförmigen Fortsätze (18) mittels Innenhochdruckumformung hergestellt werden und dass der Querträger (14-1, 14-2) mittels Innenhochdruckumformung oder Stranggießen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des zapfenförmigen Fortsatzes (18) umgebördelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen der Endbereiche (20) des Querträgers (14-1, 14-2) mittels eines Stempels durchgeführt wird, wobei der Stempel die gleiche Kontur wie die zapfenförmigen Fortsätze (18) aufweist.