DE19703504A1 - Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbe­ griff von Anspruch 1.

Hilfsrahmen werden im Kraftfahrzeugbau, insbesondere für Personenkraftwagen, zur Erhö­ hung der Quersteifigkeit verwendet, um eine gute Abstützung der über die Fahrzeugräder eingeleiteten Fahrkräfte zu erreichen. Die mit den Rädern einer Achse verbundenen Rad­ führungslenker sind dabei an den äußeren Enden des Hilfsrahmens angelenkt, während die Hilfsrahmenmitte im wesentlichen aus einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Quertra­ verse besteht, an der ein Untergurt zur Aufnahme weiterer Bauteile angebracht werden kann.

Im modernen Personenkraftwagenbau wird unter äußerster Nutzung des vorhandenen Bau­ raums eine möglichst rationale und kompakte Bauweise angestrebt, so daß auch bei der Bauform des Hilfsrahmens auf benachbarte andere Bauteile Rücksicht genommen werden muß.

Die WO 90/05 083 zeigt einen derartigen Hilfsrahmen, der zusammen mit dem Leichmetall-Gußgehäuse einer Zahnstangenlenkung als einstückige Baueinheit aus Leichtmetallguß ausgebildet ist. Die Querschnittsfläche des Mittelbereichs dieser Baueinheit wird durch eine T-trägerförmige Versteifung und einen unterhalb davon angeordneten kreisringförmigen Querschnitt des Gehäuses der Zahnstangenlenkung gebildet.

Durch eine derartige einstückige Baueinheit als Leichtmetallguß kann zwar das Gehäuse der Zahnstangenlenkung platzsparend integriert werden, nachteilhaft wirken sich jedoch neben den hohen Fertigungskosten und dem hohen Gewicht einer derartig aufwendigen Formge­ bung auch die im Kundendienst anfallenden hohen Reparaturkosten aus, weil bei Beschädi­ gung oder Defekten einzelner Bauteilen die gesamte integrierte Einheit ausgewechselt wer­ den muß, statt Einzelreparaturen an der Lenkung oder dem Hilfsrahmen durchführen zu können.

Aus der DE 41 35 361 A1 ist ein Hinterachs-Hilfsrahmen für Personenkraftwagen bekannt, der zwei jeweils als zweischaliges Hohlprofil ausgebildete Querträger aufweist. Die Verwen­ dung zweischaliger Querträger ermöglicht leichte und dennoch biegesteife Hilfsrahmen, die Fertigung der beiden Schalen erfordert jedoch mehrere Fertigungsschritte und bewirkt hö­ here Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit geringem Fertigungsaufwand und ge­ ringem Materialeinsatz herstellbaren Hilfsrahmen zu schaffen, der dennoch eine hohe Quersteifigkeit des Fahrzeugs bewirkt, und der platzsparend im Fahrzeug angeordnet wer­ den kann und die Aufnahme weiterer Bauteile des Fahrzeugs ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Hilfsrahmen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 12 beschreiben bevor­ zugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hilfsrahmens.

Erfindungsgemäß ist somit die Quertraverse, zumindest im überwiegenden Bereich ihres Verlaufs, mit einem halboffenen Querschnittsprofil ausgebildet. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß auch eine einfach ausgebildete, einschalige Quertraverse eine hohe Quersteifigkeit des Fahrzeugs gewährleisten kann, indem die Quertraverse mit einem halboffenen Querschnittsprofil derartig ausgebildet wird, daß bei Einbau des Hilfsrahmens in das Fahrzeug ein Schubmittelpunkt der Querschnittsfläche gegenüber dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche zu der Verbindungslinie der Radmittelpunkte hin versetzt ist. Dies wird er­ reicht, indem die Öffnung des halboffenen Querschnittsprofils der Quertraverse derartig an­ geordnet ist, daß sie bei Einbau in das Kraftfahrzeug im wesentlichen in die zur Verbin­ dungslinie der Radmittelpunkte entgegengesetzte Richtung weist. Da der Schubmittelpunkt somit nahe an der Verbindungslinie der Radmittelpunkte liegt, ergibt sich bei von den Rä­ dern über die Quer- oder Schräglenker auf die Anlenkpunkte der Lenker an dem Hilfsrahmen einwirkende Querkraft eine hohe Quersteifigkeit des Hilfsrahmens, ohne daß ein Hilfsrah­ men mit einem geschlossenen, z. B. runden oder rechteckigen Querschnittsprofil verwendet werden muß.

Die Quertraverse läßt sich dabei in vorteilhafter Weise direkt mit einem V-förmigen oder U-förmigen Querschnittsprofil nach den Ansprüchen 2 oder 3 ausbilden, wobei ein unterer Schenkel des V- oder U-Profils direkt nach den Ansprüchen 5 oder 6 als Untergurt zur Auf­ nahme oder Anbringung weiterer Fahrzeugkomponenten im Motorraum des Fahrzeugs ver­ wendet werden kann. Neben einem U- oder V-Profil ist grundsätzlich auch nach Anspruch 4 ein Z-förmiges Profil möglich, bei dem jedoch vorteilhafterweise eine Halböffnung größer ausgestaltet werden sollte als die in die entgegengesetzte Richtung weisende Halböffnung, um auch hier eine entsprechende Verlagerung des Schubmittelpunktes zu der Verbin­ dungslinie der Radmittelpunkte hin zu erreichen.

In den durch die Öffnung des Profils gebildeten Freiraum der Quertraverse kann weiterhin in vorteilhafter Weise nach Anspruch 7 das Lenkgetriebe angeordnet werden, so daß ein di­ rekter Einbau sowohl des Hilfsrahmens als auch des Lenkgetriebes im Motorraum möglich ist, ohne das Lenkgetriebe vorher in aufwendiger Weise in eine geschlossene Öffnung des Hilfsrahmens einführen zu müssen, wie es z. B. bei der WO 90/05 083 erforderlich ist. Durch die platzsparende Verwendung der Quertraverse nach den Ansprüchen 5 bis 7 ergibt sich als vorteilhafter Nutzen die Möglichkeit, diese Komponenten in Modulbauweise im Motor­ raum anbringen zu können.

Die Quertraverse kann dabei insbesondere mit dem V- oder U-förmigen Querschnittsprofil nach den Ansprüchen 2 bzw. 3 in einfacher Weise entweder als Tiefziehteil nach Anspruch 8 oder als Druckgußteil nach Anspruch 11 hergestellt werden.

Die dadurch erfindungsgemäßen Hilfsrahmen ermöglichte platzsparende Modulbauweise läßt sich dabei in vorteilhafter Weise nach Anspruch 12 im Vorderachsbereich des Fahr­ zeugs, d. h. im Motorraumbereich, nutzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausfüh­ rungsform näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Hilfsrahmens;

Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen Hilfsrahmen;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Hilfsrahmen weist zwei U-förmige Seitenteile 8, 8′ auf, zwischen denen die längliche Quertraverse 1 verläuft. Querlenker 7, 7′ sind über jeweils zwei Anlenkpunkte, die vorderen Querlenkerpunkte 13 bzw. 13′ und die hinteren Querlenkerpunk­ te 14 bzw. 14′, an die Seitenteile 8, 8′ angelenkt. Die vorderen Querlenkerpunkte 13 bzw. 13′ liegen dabei gegenüber einer Verbindungslinie 21 der Radmittelpunkte 24, 24′ um etwa 20 mm bis 30 mm in der in Fig. 2 mit F eingezeichneten Fahrtrichtung versetzt. Der Hilfs­ rahmen ist über Befestigungsarme 23 und Lager 17, die z. B. als Gummi-Metallager aus­ gebildet sein können, am Fahrzeugaufbau 16 befestigt. Eine Querschnittsfläche 3 der Quer­ traverse 1 weist nach Fig. 3 ein V-förmiges Profil auf, dessen Spitze in Fahrtrichtung bzw. in Fahrtrichtung nach unten weist. Ein Schubmittelpunkt 2 der Querschnittsfläche 3 liegt an der Spitze bzw. vor der Spitze des V-Profils. In der Öffnung 22 des Querschnittsprofils kann dabei ein Lenkgetriebe 15 angeordnet werden.

Eine von den Rädern über die Radmittelpunkte 24 bzw. 24′ über die Lenker 7 bzw. 7′ auf den Hilfsrahmen entlang der Verbindungslinie 21 der Radmittelpunkte einwirkende Querkraft greift weit überwiegend an den vorderen Querlenkerpunkten 13 bzw. 13′, die auch als E₁-Punkte bekannt sind, an, da diese Anlenkpunkte nahe der Verbindungslinie der Radmittel­ punkte 21 liegen, während die hinteren Querlenkerpunkte 14 bzw. 14′, die auch als E₂-Punkte bekannt sind, nur einen sehr geringen Teil der Kraftkomponente erfahren. Somit wirkt an den vorderen Querlenkerpunkten 13, 13′ der weitaus größte Teil der Querkraft, so daß an der Quertraverse 1 ein Biegemoment entsteht. Die Quertraverse 1 ist mit einem V-Profil derart ausgestattet, daß eine Schubmittelpunktlinie 12, auf der die Schubmittelpunkte 2 der jeweiligen Querschnittsflächen der Quertraverse liegen, gegenüber dem Schwerpunkt 19 der Querschnittsfläche 3 in Fahrtrichtung versetzt ist, was in den Zeichnungen durch eine vor der Quertraverse verlaufende Schubmittelpunktlinie 12 verdeutlicht ist. Da die Schubmittelpunktlinie somit näher zu der Verbindungslinie 21 der Radmittelpunkte hin ver­ setzt ist, ist ein Hebelarm des an den vorderen Querlenkerpunkten 13, 13′ angreifenden Bie­ gemoments klein, so daß der Hilfsrahmen eine hohe Quersteifigkeit besitzt.

Ein in Fig. 3 gezeigter unterer Schenkel 11 der Quertraverse kann weiterhin bei Verwen­ dung des Hilfsrahmens im Vorderachsbereich gemäß Fig. 2 als Untergurt zur Aufnahme eines elektrohydraulischen Pumpenaggregats 9, eines ABS/EDS-Geräts 10 und/oder einer Standheizung genutzt werden, wobei der Untergurt zur Aufnahme dieser Komponenten ein­ gedrückt oder eingebeult ist. Weiterhin kam der Untergurt zur Anbringung von hydraulischen Leitungen, des vorderen Bremskreises und von Kabeln genutzt werden.

Aufgrund der aus Fig. 3 ersichtlichen niedrigen Bauhöhe 4 der Quertraverse 1 kann ein in Fahrzeuglängsrichtung verlaufendes Abgasrohr gemäß Fig. 1 entweder entlang der Abgas­ rohrführung 5 unterhalb der Quertraverse oder entlang der Abgasrohrführung 5′ oberhalb des Hilfsrahmens geführt werden.

Die Quertraverse kann beispielsweise aus Stahl oder Stahlblech tiefgezogen werden und an ebenfalls tiefgezogene Seitenteile 8, 8′ aus Stahl oder Stahlblech angepunktet werden. Al­ ternativ dazu können die Quertraverse und die Seitenteile auch aus einem Leichtmetall, z. B. Aluminium oder Magnesium, durch ein Druckgußverfahren und/oder aus tiefziehfähigen Leichtmetallblechen hergestellt werden. Bei beiden Herstellungsverfahren läßt sich die Quertraverse leicht und kostengünstig herstellen.

Durch die niedrige Bauhöhe und vielseitige Verwendbarkeit, insbesondere des unteren Schenkels als Untergurt zur Anbringung und Aufnahme weiterer Bauteile, ist der erfin­ dungsgemäße Hilfsrahmen insbesondere für die heutzutage im Kraftfahrzeugbau ange­ strebte Modulbauweise bestens geeignet. Er kann in vorteilhafter Weise insbesondere bei den Vorderrädern des Kraftfahrzeugs verwendet werden, da der Untergurt 25 der Quertra­ verse zur Aufnahme von Komponenten des Motorraums genutzt werden kann, es ist jedoch auch eine Verwendung im Hinterachsbereich des Fahrzeugs möglich.

Claims (12)

1. Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, zur Erhöhung einer Quersteifigkeit des Kraftfahr­ zeugs, mit Seitenteilen (8, 8′), die jeweils mindestens zwei Anlenkpunkte (13, 14; 13′, 14′) zur schwenkbaren Anlenkung eines mit einem Radträger verbundenen Quer- oder Schräglenkers (7, 7′) aufweisen, und einer zwischen den Seitenteilen angeordneten einschaligen Quertraverse (1), die derartig ausgebildet ist, daß sie bei Einbau des Hilfsrahmens in das Kraftfahrzeug gegenüber einer Verbindungslinie (21) von Radmit­ telpunkten (24, 24′) der Räder (18, 18′) des Kraftfahrzeugs versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche (3) zumindest eines überwiegenden Teils der Quertraverse (1) ein halboffenes Profil aufweist, dessen Öffnung (22) bei Einbau des Hilfsrahmens in das Kraftfahrzeug im wesentlichen in die zur Verbindungslinie (21) der Radmittelpunkte entgegengesetzte Richtung weist.

2. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (3) des überwiegenden Teils der Quertraverse (1) mit einem V-förmigen Profil ausgebildet ist.

3. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (3) des überwiegenden Teils der Quertraverse (1) mit einem U-förmigen Profil ausgebildet ist.

4. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (3) des überwiegenden Teils der Quertraverse (1) mit einem Z-förmigen Profil ausgebildet ist, wobei eine der beiden Öffnungen des Z-Profils bei Einbau des Hilfsrahmens in das Kraftfahrzeug im wesentlichen in die zur Verbindungslinie (21) der Radmittelpunkte entgegengesetzte Richtung weist.

5. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß ein un­ terer Schenkel (11) der Quertraverse (1) als Untergurt (25) zur Aufnahme von weiteren Bauteilen, vorzugsweise eines elektrohydraulischen Pumpenaggregats (9), einer ABS/EDS-Einrichtung (10), einer Standheizung und/oder eines Lenkgetriebes ausge­ bildet, vorzugsweise eingedrückt oder eingebeult ist.

6. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein un­ terer Schenkel (11) der Quertraverse (1) als Untergurt (25) zur Anbringung von hy­ draulischen Leitungen, eines vorderen Bremskreises und/oder von Kabeln ausgebildet ist.

7. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Öffnung (22) des Profils gebildeter, sich in Längsrichtung der Quertraverse erstreckender Freiraum zur Aufnahme eines Lenkgetriebes geeignet ist.

8. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Quertraverse (1) als Tiefziehteil, vorzugsweise aus Stahl oder Stahlblech, ausgebildet ist.

9. Hilfsrahmen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Seitenteile (8, 8′) als Tiefziehteil, vorzugsweise aus Stahl oder Stahlblech, ausgebildet sind.

10. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile (8, 8′) an der Quertraverse (1) durch Punktschweißungen befestigt sind.

11. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Quertraverse (1) und/oder Seitenteile (8, 8′) als Druckgußteil, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Magnesium, hergestellt sind.

12. Hilfsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsrahmen zum Einbau im Vorderachsbereich des Fahrzeugs geeignet ist.