Modularer Hilfsrahmen für eine Radachse sowie Herstellungsverfahren eines Hilfsrahmens

Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für eine Radachse eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Hilfsrahmen weist mindestens zwei Längsträger mit jeweils einem vorderen Endbereich, einem Mittelbereich sowie einem hinteren Endbereich und mindestens einen vorderen Querträger mit zwei Endabschnitten sowie einem dazwischen angeordneten Mittelabschnitt auf. Die vorderen Endbereiche sind an entgegengesetzten Endabschnitten am vorderen Querträger angeordnet. An den Endabschnitten ist jeweils eine Radachsanbindung für eine Radachse sowie eine vordere Karosserieanbindung und an den hinteren Endbereichen jeweils eine hintere Karosserieanbindung angeordnet.

Bei Kraftfahrzeugen mit selbsttragender Karosserie werden zur Anbindung der Karosserie an das Fahrwerk Hilfsrahmen - oftmals auch als Fahrschemel bezeichnet - verwendet. An dem Hilfsrahmen sind Anlenkpunkte für Radaufhängungen sowie Anbausteilen für die Karosserie angeordnet. Des Weiteren werden Hilfsrahmen zum Tragen von Antriebskomponenten, wie z. B. einem Motor oder einem Getriebe, verwendet.

Aus der DE 10 2008 010 551 ist ein Hilfsrahmen bekannt, der im Wesentlichen einteilig gegossen ist. Der Hilfsrahmen weist zwei Querträger und zwei Längsträger auf, die an ihren Enden miteinander verbunden sind und somit einen im Wesentlichen Rahmen mit einer rechteckförmigen zentralen Durchführung bilden. Die Längsträger weisen zur Durchführung einer Welle eines Differentials eine bogenförmige Durchlassöffnung auf. An den Querträgern sind Haltevorrichtungen zur Lagerung des Differentials angeordnet.

Der aus der EP 1 035 003 bekannte Hilfsrahmen weist anstatt Längsträger mit bogenförmiger Durchlassöffnung, zwei Längsträgerpaare auf, die zur Durchführung der Welle des Differentials voneinander beabstandet angeordnet sind.

Derartige Hilfsrahmen haben den Nachteil, dass sie konstruktionsbedingt jeweils für nur eine konkrete Achsvariante, z. B. Radachse mit Differential, mit einem Benzinmotor angetriebene Radachse oder mit einem Elektromotor angetriebene Radachse, verwendbar sind. Dies liegt insbesondere an den unterschiedlichen Größen und Formen der für die unterschiedlichen Achsvarianten an dem Hilfsrahmen anzuordnenden Bauteile sowie dem verfügbaren Raum am Kraftfahrzeug. Für jede Achsvariante ist demnach ein spezieller Hilfsrahmen erforderlich. Dies führt zu einem gesteigerten Fertigungsaufwand und somit insbesondere zu erhöhten Werkzeug- und Fertigungskosten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hilfsrahmen für eine Radachse bereitzustellen, der obige Nachteile zumindest teilweise nicht aufweist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hilfsrahmens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hilfsrahmen für eine Radachse eines Kraftfahrzeugs gelöst, aufweisend mindestens zwei Längsträger mit jeweils einem hinteren Endbereich, einem Mittelbereich sowie einem vorderen Endbereich und mindestens einen vorderen Querträger mit zwei Endabschnitten sowie einem dazwischen angeordneten

Mittelabschnitt. Die vorderen Endbereiche sind an entgegengesetzten Endabschnitten am vorderen Querträger angeordnet. An den Endabschnitten ist jeweils eine Radachsanbindung für eine Radachse bzw. eine Lenkeranbindung für einen Radlenker, z. B. insbesondere einen Hinterradlenker, wie z. B. einen Schräglenker, sowie eine hintere Karosserieanbindung angeordnet. An den hinteren Endbereichen ist jeweils eine hintere Karosserieanbindung angeordnet. Die Längsträger weisen in dem hinteren Endbereich jeweils eine erste

Montagestelle zum Anordnen eines ersten hinteren Querträgers sowie jeweils mindestens eine zweite Montagestelle zum Anordnen eines zweiten hinteren Querträgers auf. Die ersten Montagestellen sind zwischen den zweiten Montagestellen und dem vorderen Querträger angeordnet.

Da der Hilfsrahmen insbesondere für die Verwendung an einer Hinterradachse ausgebildet ist, basiert die Benennung der Bauteile des Hilfsrahmens auf eine Einbausituation des

Hilfsrahmens in einem Kraftfahrzeug, wobei die Begriffe„vor" und„hinter" auf eine

Fahrzeugrichtung bezogen sind.

Die Längsträger und/oder Querträger sind vorzugsweise als Hohlprofil mit einem im

Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die Längsträger weisen vorzugsweise eine erste Rundung zur Durchführung einer Radachse auf.

Die hinteren Karosserieanbindungen sind vorzugsweise an Stirnseiten der Längsträger angeordnet und mit diesem verschweißt. Die vorderen Karosserieanbindungen sind

vorzugsweise an entgegengesetzten Stirnseiten der Längsträger angeordnet und mit diesem sowie mit Stirnseiten des hinteren Querträgers derart verschweißt, dass Längsträger und vorderer Querträger im Wesentlichen U-förmig angeordnet sind. Die erste Montagestelle und die zweite Montagestelle sind z. B. gegenüberliegende

Außenflächen der Längsträger, an denen der hintere Querträger anordenbar und z. B. durch eine Schweißverbindung fixierbar ist. Vorzugsweise weisen die Längsträger eine Form auf, die die erste Montagestelle und/oder zweite Montagestelle zumindest ansatzweise kennzeichnet, um ein Anordnen der vorderen Querträger an den Längsträgern zu erleichtern.

Der aus den zwei Längsträgern und dem vorderen Querträger gebildete Hilfsträger ist somit als Einheitsteil für unterschiedliche Anwendungsfälle fertigbar. Je nach Anwendungsfall sind ein entsprechender hinterer Querträger und ggf. weitere Halteelemente, z. B. zum Halten eines Motors oder Getriebes, an dem Hilfsträger, z. B. durch Schweißen, zu fixieren.

Ein erfindungsgemäßer Hilfsrahmen hat den Vorteil, dass auf der Basis eines Hilfsrahmens unterschiedliche Radachsvarianten realisierbar sind und dafür der Hilfsrahmen in Abhängigkeit des Anwendungsfalls um weitere Bauteile erweitert werden muss. Hierdurch wird die

Variantenvielfalt von Hilfsrahmen erheblich reduziert. Darüber hinaus können Fertigungskosten auf diese Weise wesentlich gesenkt werden.

Vorzugsweise ist ein erster Abstand der Längsträger an den ersten Montagestellen kleiner als ein zweiter Abstand der Längsträger an den zweiten Montagestellen. Zum Halten eines 4x4 oder 4x2 Antriebs wird vorzugsweise ein hinterer Querträger z. B. an der ersten Montagestelle fixiert, um am Hilfsrahmen einen Freiraum z. B. für einen Tank und/oder ein Reserverad zu haben. Zum Halten eines Elektromotors wird ein hinterer Querträger vorzugsweise an der zweiten Montagestelle angeordnet, da diese Antriebsvariante im Bereich des Hilfsrahmens zwischen den Längsträgern und Querträgern mehr Platz benötigt. In diesem Fall ist am Hilfsrahmen ggf. kein Platz mehr für ein Reserverad.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem vorderen Querträger und den ersten Montagestellen ein mittlerer Querträger an den Mittelbereichen der Längsträger angeordnet. Vorzugsweise ist der mittlere Querträger näher an dem vorderen Querträger als an der ersten Montagestellen angeordnet. Ein mittlerer Querträger hat den Vorteil, dass der Hilfsrahmen eine höhere Stabilität aufweist als ohne mittleren Querträger. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da Kräfte über die Radachsanbindung in den vorderen Querträger leitbar sind und durch eine entsprechende Versteifung der Struktur des Hilfsrahmens diese Kräfte besser aufnehmbar sind

Weiter bevorzugt weist der mittlere Querträger mindestens eine erste Haltevorrichtung zur Anbindung einer Antriebseinheit auf. Eine derartige erste Haltevorrichtung ist z. B. zur Anbindung eines Benzinmotors oder eines Elektromotors ausgebildet und weist z. B. eine Ausnehmung zur Durchführung eines Befestigungsmittels auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der mittlere Querträger mindestens eine dritte Montagestelle auf, wobei die dritte Montagestelle zur Anordnung einer zweiten Haltevorrichtung zur Anbindung einer Antriebseinheit ausgebildet ist. Ein derartiger mittlerer Querträger hat den Vorteil, dass an diesem eine Vielzahl von unterschiedlichen Anbauteilen befestigbar ist, ohne dass die Haltevorrichtungen, die zum Halten der

unterschiedlichen Anbauteilen ausgebildet sind, einen erforderlichen Bauraum für ein entsprechendes Anbauteil blockieren, da die zweiten Haltevorrichtungen in Abhängigkeit der Verwendung des Hilfsrahmens nach Bedarf an diesem anordenbar sind.

Vorzugsweise weist der mittlere Querträger mindestens ein Verstärkungselement auf, das im Wesentlichen zwischen dem mittleren Querträger und dem vorderen Querträger angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Dieses Verstärkungselement hat den Vorteil, dass die Steifigkeit bzw. Stabilität des Hilfsrahmens hierdurch weiter erhöht wird. Des Weiteren können die Verstärkungselemente ebenfalls Anbindungen für Anbauteile, wie z. B. Radachsen, insbesondere Hinterradachsen, wie z. B. Schräglenker, aufweisen.

Es ist bevorzugt, dass der erste hintere Querträger und/oder der zweite hintere Querträger mindestens eine dritte Haltevorrichtung zur Anbindung einer Antriebseinheit aufweisen. Somit ist die Antriebseinheit auch über den hinteren Querträger an dem Hilfsrahmen, z. B. über eine Schraubverbindung, fixierbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Längsträger in

Fahrzeuglängsrichtung im Wesentlichen eine gekrümmte Form auf, so dass die hinteren Endbereiche und die vorderen Endbereiche der Längsträger einen größeren Abstand voneinander als die Mittelbereiche aufweisen. Somit weisen die Längsträger vorzugsweise eine doppelte Krümmung auf, wobei die Krümmungen im Wesentlichen auf Ebenen erfolgen, die um 90° zueinander um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Achse verschwenkt sind. Ein derartiger Hilfsrahmen ist leicht herstellbar und weist eine kompakte sowie stabile Form.

Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens für eine Radachse, insbesondere eine Hinterradachse, eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Hilfsrahmens;

Anordnen eines ersten hinteren Querträgers an einer ersten Montagestelle des

Hilfsrahmens; Fixieren des ersten hinteren Querträgers an der ersten Montagestelle des Hilfsrahmens.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein Hilfsrahmen zum Anbau einer Mehrzahl unterschiedlicher erster hinterer Querträger zum Halten unterschiedlicher Anbauteile ausgebildet ist. Somit werden die Variantenvielfalt an Hilfsrahmen deutlich reduziert und Fertigungskosten gesenkt.

Überdies wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens für eine Radachse, insbesondere eine Hinterradachse, eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Hilfsrahmen, wobei zwischen einem vorderen Querträger und ersten Montagestellen ein mittlerer Querträger an Mittelbereichen von Längsträgern angeordnet ist.;

Anordnen eines zweiten hinteren Querträgers an einer zweiten Montagestelle des Hilfsrahmens;

Fixieren des zweiten hinteren Querträgers der zweiten Montagestelle des Hilfsrahmens; Anordnen mindestens einer zweiten Haltevorrichtung zur Anbindung einer Antriebseinheit an einem mittleren Querträger);

Fixieren der zweiten Haltevorrichtung an dem mittleren Querträger.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt schematisch:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Hilfsrahmen in einer Basiskonfiguration, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Hilfsrahmen in einer ersten Konfiguration, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Hilfsrahmen in einer zweiten Konfiguration und Fig. 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hilfsrahmens 1 in einer Basiskonfiguration. In der Basiskonfiguration ist der Hilfsrahmen 1 ausgebildet, an eine Mehrzahl unterschiedlicher Anwendungsvarianten angepasst zu werden und weist daher im Wesentlichen nur die Merkmale auf, die für sämtliche Anwendungsvarianten erforderlich bzw. geeignet sind. Der Hilfsrahmen 1 ist um eine in Fahrzeuglängsrichtung L verlaufende Mittelachse im

Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet. Der Hilfsrahmen 1 weist zwei Längsträger 2 mit jeweils einem vorderen Endbereich 3, einem Mittelbereich 4 sowie einem hinteren Endbereich 5 auf, die in Fahrzeuglängsrichtung L nebeneinander angeordnet sind. Die vorderen Endbereiche 3 sind über Endabschnitte 7a, 7b eines sich quer zur Fahrzeuglängsachse L erstreckenden vorderen Querträgers 6 mit einem sich zwischen den Endabschnitten 7a, 7b erstreckenden Mittelabschnitt 8 miteinander verbunden. Die Endabschnitte 7a, 7b weisen auf einer dem Mittelabschnitt 8 abgewandten Stirnseite eine Radachsanbindung 9 auf, die z. B. zum Anbau eines Schräglenkers einer Hinterachse ausgebildet ist. In diesem bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der vordere Querträger 6 stärker als die Längsträger 6 dimensioniert und weist somit eine höhere Biege- sowie Torsionssteif ig keit auf.

An einer dem Mittelbereich 4 abgewandten Stirnseite der hinteren Endbereiche 5 der

Längsträger 2 ist jeweils eine hintere Karosserieanbindung 1 1 angeordnet und an einer entgegengesetzten Stirnseite der vorderen Endbereiche 3 bzw. an den Endabschnitten 7a, 7b sowie zwischen den Radachsanbindungen 9, ist jeweils eine vordere Karosserieanbindung 10 angeordnet. Über die hintere Karosserieanbindung 1 1 und die vordere Karosserieanbindung 10 ist eine in dieser Ansicht nicht dargestellte Karosserie an dem Hilfsrahmen 1 anordenbar sowie an diesem befestigbar. An einer Schnittstelle zwischen Karosserie und der hinteren

Karosserieanbindung 1 1 und/oder der vorderen Karosserieanbindung 10 können

Dämpfungselemente vorgesehen sein, um den Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs zu verbessern.

Die Längsträger 2 weisen in Richtung der Fahrzeuglängsachse L eine im Wesentlichen ovale Krümmung auf und sind derart zueinander angeordnet, dass die vorderen Endbereiche 3 und die hinteren Endbereiche 5 einen größeren Abstand voneinander aufweisen als die

Mittelbereiche 4. An den hinteren Endbereichen 5 weisen die Längsträger 2 auf einer zum jeweils anderen Längsträger 2 weisenden Seite sowie dem Mittelbereich 4 benachbart jeweils eine erste Montagestelle 12 zur Anordnung sowie Fixierung eines ersten hinteren Querträgers 13 (siehe Figur 2) auf. Auf denselben Seiten der Längsträger 2 ist zwischen der ersten Montagestelle 12 und der hinteren Karosserieanbindung 1 1 eine zweite Montagestelle 14 zur Anordnung sowie Fixierung eines zweiten hinteren Querträgers 15 (siehe Figur 3) angeordnet. Ein erster Abstand A1 zwischen den ersten Montagestellen 12 ist kleiner als ein zweiter Abstand A2 zwischen den zweiten Montagestellen 14.

An den Mittelbereichen 4 ist ein mittlerer Querträger 16 dem vorderen Querträger 6 benachbart sowie parallel zu diesem angeordnet. Der mittlere Querträger 16 verbindet somit die

Längsträger 2 miteinander und erhöht auf diese Weise die Stabilität, insbesondere die

Torsionssteifigkeit, des Hilfsrahmens 1. In seiner Mitte weist der mittlere Querträger 16 eine erste Haltevorrichtung 17 zur Anordnung einer Komponente des Kraftfahrzeugs, wie z. B. einer 4x4 oder 4x2 Antriebseinheit eines Verbrennungsmotors, auf. Zwischen dem mittleren

Querträger 16 und dem vorderen Querträger 6 sind zwei Verstärkungselemente 20 angeordnet, die den mittleren Querträger 16 mit dem hinteren Querträger 6 verbinden und somit die Stabilität, insbesondere die Torsionssteifigkeit, des Hilfsrahmens 1 weiter erhöhen.

Auf einer den Verstärkungselementen 20 entgegengesetzten Seite des mittleren Querträgers 16 sind zwei dritte Montagestellen 18 zur Anordnung und Fixierung einer zweiten

Haltevorrichtung 19 zur Anordnung einer Komponente des Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines Elektromotors, angeordnet. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die dritten Montagestellen 18 und die Verstärkungselemente 20 im Wesentlichen auf dem gleichen Abschnitt des mittleren Querträgers 16 angeordnet. Hierdurch sind Kräfte und Momente, die von einer an der zweiten Haltevorrichtung 19 angeordneten Komponente des Kraftfahrzeugs in den Hilfsrahmen 1 eingeleitet werden, an den stabilen hinteren Querträger 6 weiterleitbar. Durch diese optimale Kraft- bzw. Momentverteilung wird der mittlere Querträger 16 erheblich entlastet.

Die Träger des Hilfsrahmen 1 sind vorzugsweise als Hohlprofile mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Vorzugsweise sind die Träger im Wesentlichen aus einem schweißbaren Material, wie z. B. Stahl, gebildet, so dass der Hilfsrahmen 1 als

Schweißkonstruktion herstellbar ist.

In Figur 2 und Figur 3 sind zwei unterschiedliche Konfigurationen des Hilfsrahmens 1 aus Figur 1 dargestellt. Figur 2 zeigt den Hilfsrahmen 1 in einer ersten Konfiguration und Figur 3 den Hilfsrahmen 1 in einer zweiten Konfiguration.

Der in Figur 2 in einer ersten Konfiguration dargestellte Hilfsrahmen 1 aus Figur 1 weist an den ersten Montagestellen 12 einen ersten hinteren Querträger 13 auf, der die Längsträger 2 miteinander verbindet. Der erste hintere Querträger 13 weist zwei dritte Haltevorrichtungen 21 auf, die zur Anordnung einer Komponente des Kraftfahrzeugs, wie z. B. einer 4x4 oder einer 4x2 Antriebseinheit eines Verbrennungsmotors ausgebildet sind. Die erste Konfiguration des Hilfsrahmens 1 ist besonders zum Anbinden einer 4x4 bzw. 4x2 Antriebseinheit an einer Karosserie und einem Fahrwerk, insbesondere an einer Hinterradachse, eines Kraftfahrzeugs geeignet. Hierfür wird die Antriebseinheit vorzugsweise an der ersten Haltevorrichtung 17 sowie der dritten Haltevorrichtung 21 , z. B. über eine Schraubverbindung, befestigt.

Der in Figur 3 in einer zweiten Konfiguration dargestellte Hilfsrahmen 1 aus Figur 1 weist an der zweiten Montagestellen 14 einen zweiten hinteren Querträger 15 auf, der die Längsträger 2 miteinander verbindet. Der zweite hintere Querträger 15 weist zwei dritte Haltevorrichtungen 21 auf, die zur Anordnung einer Komponente des Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines Elektromotors ausgebildet sind. Des Weiteren sind an den dritten Montagestellen 18 des mittleren Querträgers 16 jeweils eine zweite Haltevorrichtung 19 zur Anbindung eines Elektromotors angeordnet und fixiert, z. B. über eine Schweißverbindung. Die zweite Konfiguration des Hilfsrahmens 1 ist besonders zum Anbinden eines Elektromotors an einer Karosserie und einem Fahrwerk, insbesondere an einer Hinterradachse, eines Kraftfahrzeugs geeignet. Hierfür wird der Elektromotor vorzugsweise an der zweiten Haltevorrichtung 19 sowie der dritten

Haltevorrichtung 21 , z. B. über eine Schraubverbindung, befestigt.

Die in Figur 2 dargestellte erste Konfiguration des Hilfsrahmens 1 benötigt im Vergleich zur in Figur 3 dargestellten zweiten Konfiguration des Hilfsrahmens 1 einen geringeren Bauraum am Fahrzeug, so dass am Fahrzeug mehr Platz für ein Reserverad und/oder einen Kraftstofftank bleibt. Die zweite Konfiguration weist hingegen innerhalb des Hilfsrahmens 1 einen größeren Bauraum auf, so dass hiermit größere Komponenten, wie z. B. ein Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, aufnehmbar sind.

Figur 4 zeigt in einem Flussdiagramm ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Hilfsrahmens 1 gemäß der zweiten Konfiguration. Im ersten Verfahrensschritt 30 wird ein Hilfsrahmen 1 mit einem mittleren Querträger 16 bereitgestellt. Im zweiten Verfahrensschritt 40 wird ein zweiter hinterer Querträger 15 an einer zweiten Montagestelle 14 des Hilfsrahmens 1 angeordnet. Im dritten Verfahrensschritt 50 wird der zweite hintere Querträger 15 an der zweiten Montagestelle 14 des Hilfsrahmens 1 fixiert. Im vierten Verfahrensschritt 60 wird mindestens eine zweite Haltevorrichtung 19 zur Anbindung einer Antriebseinheit an einem mittleren Querträger 16 angeordnet.. Im fünften Verfahrensschritt 70 wird die zweite

Haltevorrichtung 19 an dem mittleren Querträger 16 fixiert.

Bezugszeichenliste

1 Hilfsrahmen

2 Längsträger

3 vorderer Endbereich

4 Mittelbereich

5 hinterer Endbereich

6 vorderer Querträger

7a Endabschnitt

7b Endabschnitt

8 Mittelabschnitt

9 Radachsanbindung

10 vordere Karosserieanbindung

1 1 hintere Karosserieanbindung

12 erste Montagestellel

13 erster hinterer Querträger

14 zweite Montagestelle

15 zweiter hinterer Querträger

16 mittlerer Querträger

17 erste Haltevorrichtung

18 dritte Montagestelle

19 zweite Haltevorrichtung

20 Verstärkungselement

21 dritte Haltevorrichtung

30 erster Verfahrensschritt

40 zweiter Verfahrensschritt

50 dritter Verfahrensschritt

60 vierter Verfahrensschritt

70 fünfter Verfahrensschritt

A1 erster Abstand

A2 zweiter Abstand

L Fahrzeuglängsrichtung