DE19506160B4

DE19506160B4 - Frame construction for motor vehicles

Info

Publication number: DE19506160B4
Application number: DE1995106160
Authority: DE
Inventors: Laszlo Kreth; Axel Dipl.-Ing. Kaiser
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2015-02-23
Also published as: DE19506160A1

Abstract

Rahmenkonstruktion für ein Kraftfahrzeug mit mehreren rohrförmigen Rahmenelementen (1, 2, 4 bis 10; 24), die über Knotenelemente (20) miteinander verbunden sind und eine räumliche Gitterstruktur bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimiert vorgefertigt ist, die Knotenelemente (20) ebenfalls mittels des hydraulischen Innenhochdruck-Umformens hergestellte Hohlkörper sind, die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) auf und/oder in die Knotenelemente (20) mit Aufnahmen (21, 22) mit einem Rechteck-Querschnitt eingesteckt und an diesen befestigt sind, und daß die Rahmenkonstruktion aus vorgefertigten, miteinander verbindbaren Unterkonstruktionen (3, 11), wie Frontrahmen (3), Rahmen-Fahrgastzelle, Heckrahmen, Dachrahmen (11), Rahmen-Fahrgestell, besteht, wobei die Rahmenelemente (1, 2, 4 bis 10; 24) und die Knotenelemente (20) aus rohrförmigen Aluminium-Halbzeugen gefertigt sind.frame construction for a Motor vehicle with several tubular Frame elements (1, 2, 4 to 10, 24) connected to each other via node elements (20) are and a spatial Form grid structure, characterized in that at least a part of the frame members (1, 2, 4 to 10, 24) by hydraulic Hydroforming is prefabricated cross-section optimized, the node elements (20) are also hollow bodies produced by hydraulic hydroforming, the frame elements (1, 2, 4 to 10, 24) on and / or in the node elements (20) with receptacles (21, 22) inserted with a rectangular cross-section and are attached to this, and that the frame construction of prefabricated, connectable substructures (3, 11), such as front frame (3), frame passenger compartment, Rear frame, roof frame (11), frame chassis, consists, with the frame elements (1, 2, 4 to 10, 24) and the node elements (20) of tubular aluminum semi-finished products are made.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge, auf einen Frontrahmen als Modul dieser Rahmenkonstruktion sowie auf ein Knotenelement zur Verbindung von Rahmenelementen.The The invention relates to a frame construction for motor vehicles, on a front frame as a module of this frame construction as well to a node element for connecting frame elements.

Rahmenkonstruktionen mit einer räumlichen Gitterstruktur, die im einzelnen aus rohrförmigen Rahmenelementen bestehen, welche über Knotenelemente verbunden sind, sind an sich bekannt. Ein solcher Rahmen ist in der DE-OS 23 28 716 beschrieben. Die einzelnen Rahmenelemente sind mittels Schellen verschraubt bzw. direkt durch Schweißen miteinander verbunden. In Kreuzungsbereichen der Rohre besteht ein hoher Raumbedarf des Rahmens und der Aufwand zum Fügen ist hoch. Design-Anforderungen sind nur schwer zu erfüllen.Framework structures with a spatial lattice structure, which consist in detail of tubular frame members which are connected via node elements, are known per se. Such a framework is in the DE-OS 23 28 716 described. The individual frame elements are screwed by means of clamps or directly connected by welding. In crossover areas of the pipes there is a high space requirement of the frame and the effort for joining is high. Design requirements are difficult to meet.

In der DE 430 08 840 A1 wurde dann eine verbesserte Lösung vorgeschlagen. Hier werden rohrförmige Rahmen- und Knotenelemente aus Einzelschalen zusammengesetzt, die später miteinander verbindbar sind. Nachteilig ist, daß eine erhebliche Anzahl an tiefgezogenen Blechteilen erforderlich (allein für ein Knotenelement sechs Teile) und ein hoher Aufwand beim Schweißen zu erwarten ist. Die Schweißflansche bilden ein Problem beim Fügen der Einzelteile. Diverse Toleranzen bei der Herstellung der Einzelteile von Rahmen- und Knotenelementen sind bei der Endmontage des Rahmens zu beachten.In the DE 430 08 840 A1 then an improved solution was proposed. Here are tubular frame and node elements composed of individual shells, which are later connected to each other. The disadvantage is that a considerable number of deep-drawn sheet metal parts required (six parts alone for a node element) and a high cost in welding is expected. The welding flanges are a problem when joining the individual parts. Various tolerances in the production of the individual parts of frame and node elements are to be observed during the final assembly of the frame.

Direkte Verbindungen zwischen rohrförmigen Rahmenelementen sind in der DE 33 43 682 A1 und der DE 42 34 463 A1 vorgeschlagen worden. Hier kommen jeweils lange, mehrfach gebogene Rahmenelemente zur Anwendung. Die direkte Verbindung von Rohren ist jedoch problembehaftet. Wärmeeinflußzonen beim Schweißen befinden sich unmittelbar im Kreuzungsbereich der Rahmenelemente und Maßnahmen des Toleranzausgleichs sind äußerst aufwendig. Sollen alle Rahmenelemente paßgenau vorgefertigt werden, ist dies mit hohen Kosten verbunden.Direct connections between tubular frame elements are in the DE 33 43 682 A1 and the DE 42 34 463 A1 been proposed. Here are each long, multiple curved frame elements are used. However, the direct connection of pipes is problematic. Heat affected zones during welding are located directly in the crossing region of the frame elements and measures of tolerance compensation are extremely expensive. If all frame elements are to be prefabricated with an exact fit, this is associated with high costs.

Da das Bestreben zur Schaffung leichter Rahmenkonstruktionen besteht, wird rohrförmigen Profilen der Vorzug gegenüber offenen Profilen gegeben. Bei kleiner Querschnittsfläche ist hier eine vergleichsweise große Steifigkeit erreichbar. Es sind Rahmenkonstruktionen bekannt, die aus miteinander verschweißten Aluminium-Rohren bestehen, wobei eine deutliche Gewichtsreduzierung gegenüber Stahlkonstruktionen erreichbar ist. Es kommen beispielsweise stranggepreßte Aluminium-Rohr-Profile zur Anwendung, die über Aluminium-Knoten verbunden werden. Die Strangpreß-Rohre sind im Querschnitt sehr differenziert den jeweiligen Anforderungen anpaßbar. Der Rohrquerschnitt ist dann über die Länge des Rahmenelementes festgelegt. Das Biegen von Strangpreß-Profilen ist kompliziert und aufwendig. Nicht jede gewünschte Biegung ist erreichbar.There there is a desire to create lightweight frame structures, becomes tubular profiles the preference opposite given open profiles. With a small cross-sectional area here a comparatively large Stiffness achievable. There are frame structures known that welded together Aluminum tubes exist, with a significant weight reduction opposite steel structures is reachable. There are, for example, extruded aluminum tube profiles Application that over Aluminum nodes are connected. The extruded tubes are in cross section very differentiated the respective requirements adaptable. Of the Pipe cross section is then over the length of the frame element. Bending of extruded profiles is complicated and expensive. Not every desired bend is achievable.

Als Knotenelemente kommen einerseits kurze Abschnitte von Strangpreß-Profilen zur Anwendung (wie in der WO 90/10797 A1 beschrieben), die dann in das Profil der Rahmenelemente eingesteckt werden. Die Möglichkeiten zur räumlichen Anordnung der Rahmenelemente sind hier begrenzt. Andererseits werden auch Aluminiumguß-Knoten verwendet, die dann frei zu gestalten sind, jedoch andere Nachteile aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist in der EP 0 561 852 B1 beschrieben. Das Gußmaterial muß mit Rohrmaterial der Rahmenelemente verschweißt werden, was problematisch wegen der Materialunterschiede und der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit ist. Die offenen Rohrprofile können vom Gußknoten nur teilweise verschlossen werden. Die Fertigung der Knoten ist aufwendig, da kein störender Grad vorhanden sein darf und Bauteiländerungen hohe Investitionen erfordern.As node elements on the one hand short sections of extruded profiles are used (as described in WO 90/10797 A1), which are then inserted into the profile of the frame elements. The possibilities for the spatial arrangement of the frame elements are limited here. On the other hand, cast aluminum nodes are used, which are then free to design, but have other disadvantages. An example of this is in the EP 0 561 852 B1 described. The casting material must be welded to tube material of the frame members, which is problematic because of the differences in material and the different thermal conductivity. The open tube profiles can only be partially closed by the casting node. The production of the nodes is complicated, since no annoying degree must be present and component changes require high investment.

Es ist des Weiteren bekannt, die Rahmen von Kraftfahrzeugen aus einzelnen Unterkonstruktionen – also Rahmenmodulen zusammenzusetzen. Aus der DE 43 13 562 A1 geht beispielsweise hervor, daß ein vorgefertigter Frontrahmen, Heckrahmen, Dachrahmen sowie weitere Module miteinander verbindbar sind, wobei diese Einzelmodule bereits mit weiteren Fahrzeug-Bauteilen bzw. -Baugruppen bestückt sein können. So lassen sich Vorteile im Fertigungsprozeß erzielen. Die Konstruktion des gesamten Rahmens muß darauf ausgerichtet sein, daß die Einzelmodule abschließend verbindbar sind. Einzelne Knotenelemente sind hier jedoch nicht beschrieben.It is also known to assemble the frames of motor vehicles from individual substructures - ie frame modules. From the DE 43 13 562 A1 For example, it appears that a prefabricated front frame, rear frame, roof frame and other modules can be connected to each other, these individual modules can already be equipped with other vehicle components or assemblies. Thus, advantages can be achieved in the manufacturing process. The design of the entire frame must be designed so that the individual modules are finally connectable. However, individual node elements are not described here.

Die EP 0 454 942 A1 offenbart einen Wagenkasten, insbesondere für Personenkraftwagen, bei dem ein vorderer Längsträger der Aufbaustruktur unter Vermittlung eines Knotenelementes an einen außenliegenden Schweller angeschlossen ist, wobei der vordere Längsträger und der Schweller durch Strangpressprofile und das Knotenelement durch ein Gussteil gebildet werden und vorzugsweise aus Leichtmetall hergestellt sind. Der Verbindungsbereich vorderer Längsträger-Schweller soll eine einfache und kostengünstige Montage aufweisen und eine ausreichende Steifigkeit der Aufbaustruktur in diesem Bereich gewährleisten. Hierfür ist der vordere Längsträger endseitig von einem ersten sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden schuhförmigen Knotenelement aufgenommen und der Schweller wirkt endseitig mit einem im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten zweiten Knotenelement zusammen, wobei das zweite Knotenelement an den Boden und den Mitteltunnel der Aufbaustruktur angeschlossen ist und das erste Knotenelement in eine korrespondierende Aufnahme des zweiten Knotenelementes eingesetzt ist. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Verbindung zwischen den beiden Knotenelementen vorgesehen. Der vordere Längsträger mit dem endseitigen ersten Knotenelement ist einem vorgefertigten Vorderwagen zugeordnet, wogegen die vorgefertigte Baueinheit Schweller, Boden, Mitteltunnel und ein zweites Knotenelement ein Boden- oder Mittelteil des Personenkraftwagens bildet.The EP 0 454 942 A1 discloses a car body, in particular for passenger cars, in which a front side member of the body structure is connected by means of a node element to an outer sill, wherein the front side member and the sill are formed by extrusions and the node element by a casting and are preferably made of light metal. The connection area front side rail sill should have a simple and inexpensive installation and ensure sufficient rigidity of the body structure in this area. For this purpose, the front side member is received at the end by a first shoe-shaped node element extending in the vehicle longitudinal direction, and the sill cooperates at the end with a second node element aligned essentially transversely to the vehicle longitudinal direction, wherein the second node element Ment is connected to the ground and the center tunnel of the body structure and the first node element is inserted into a corresponding receptacle of the second node element. In addition, an additional connection between the two node elements is provided. The front side member with the end-side first node element is associated with a prefabricated front end, while the prefabricated unit sill, bottom, center tunnel and a second node element forms a bottom or middle part of the passenger car.

Das Dokument „Anwendungsaspekte beim Innenhochdruck-Umformen"; Klaas, F.; Werkstatttechnik 79, 1989, S.210–214, zeigt, dass in der Automobilindustrie Bestrebungen bekannt geworden sind auch hohlförmige Rahmenprofile und deren Verbindungsknoten durch Innenhochdruck-Umformen herzustellen. Außerdem ist das Ausbauchen im geschlossenen Werkzeug zur Herstellung von Rohrverzweigungselementen dargestellt.The Document "Application Aspects in hydroforming "; Klaas, F., Werkstatttechnik 79, 1989, p.210-214, shows that aspirations have become known in the automotive industry are also hollow-shaped Frame profiles and their connection nodes by hydroforming manufacture. Furthermore is the bulging in the closed tool for the production of Pipe branching elements shown.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine optimierte Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die aus Unterkonstruktionen (Rahmenmodulen) bestehen kann, allen Design-Anforderungen genügt, die leicht, crashsicher, dauerfest und gut recycelbar ist und deren Herstellung mit geringem Aufwand sehr präzise erfolgen kann. Zur Anwendung kommende Knotenelemente sollen keine Einschränkungen bei keiner der Anforderungen verursachen.It Object of the invention, an optimized frame construction for motor vehicles to create, which consist of substructures (frame modules) can meet all the design requirements that are lightweight, crash-proof, durable and well recyclable and their production with low Effort very precise can be done. Node elements used for application should not restrictions do not cause any of the requirements.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich eine erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Merkmale eines Frontrahmenmoduls sind im Patentanspruch 5 angegeben und ein Knotenelement zur Anwendung in der Rahmenkonstruktion hat die Merkmale nach Patentanspruch 8. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4, 6, 7, und 9.to solution This object is characterized by a frame construction according to the invention by the specified in claim 1 features. Features of a front frame module are specified in claim 5 and a node element for use in the frame construction has the features according to claim 8. Further details of the invention will become apparent from the claims 2 to 4, 6, 7, and 9.

Ein Kraftfahrzeugrahmen besteht aus rohrförmigen Rahmenelementen, die zumindest zum Teil durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimiert sind. Mehrere solcher Rahmenelemente bilden eine räumliche Gitterstruktur. Dazu werden sie durch Knotenelemente miteinander verbunden. Die Knotenelemente werden ebenfalls mittels des hydraulischen Innenhochdruck-Umformehs aus rohrförmigen Halbzeugen gefertigt. Insbesondere ist vorgesehen, die Rahmen- und Knotenelemente derart aufeinander abgestimmt zu fertigen, daß die Rahmenelemente auf und/oder in die Knotenelemente steckbar und dann an diesen zu befestigen sind. Das hydraulische Innenhochdruck-Umformen (im folgenden Hydroforming genannt) erlaubt eine sehr präzise Fertigung auch komplizierter Bauteilstrukturen. Der Querschnitt eines hydrogeformten Rohres muß nicht über die Rohrlänge konstant sein. Es können variable Wandstärken, Ausbauchungen und Formen realisiert werden, die mit herkömmlichen Umformverfahren nicht realisierbar sind. Von besonderem Vorteil ist, daß durch Hydroforming hergestellte Bauteile sehr maßhaltig sind und Bauteiländerungen mit geringem Aufwand durchführbar sind. Diese Vorteile macht sich die Erfindung zunutze. Hydrogeformte Rahmenelemente sind in Verbindung mit hydrogeformten Knotenelementen geeignet, einen belastbaren, homogenen, mit geringen Toleranzen behafteten, an nahezu keiner Stelle überdimensionierten Fahrzeugrahmen zu schaffen, der auch Umwelt- und Design-Aspekten gerecht wird. Alle Bauteilübergänge können kontinuierlich ausgebildet werden, Schweißzonen liegen außerhalb von unmittelbaren Kreuzungsbereichen. Die hydrogeformten Hohlkörper-Knoten sind extrem belastbar, dabei aber leicht und raumsparend. Die Knotenelemente verschließen die angeschlossenen Rahmen elemente vollständig und stabilisieren damit auch deren Querschnitt im Trägerendbereich.One Motor vehicle frame consists of tubular frame elements, the at least partially optimized by hydraulic hydroforming cross-section are. Several such frame elements form a spatial Lattice structure. For this they are interconnected by node elements connected. The node elements are also by means of the hydraulic Hydroforming made of tubular semi-finished products. In particular, it is provided, the frame and node elements such matched to manufacture that the frame elements on and / or plugged into the node elements and then to attach to this are. Hydraulic hydroforming (hereinafter hydroforming called) allows a very precise Production of even complicated component structures. The cross section a hydroformed tube does not have the tube length be constant. It can be variable Wall thicknesses, Bulges and shapes are realized with conventional Forming methods are not feasible. Of particular advantage is that through Hydroforming made components are very dimensionally stable and component changes feasible with little effort are. These advantages make use of the invention. Hydroformed frame elements are suitable in connection with hydroformed node elements, a loadable, homogeneous, with small tolerances, at almost no point oversized vehicle frame which also meets environmental and design aspects. All component transitions can be continuous be formed, weld zones lie outside from immediate intersection areas. The hydroformed hollow body nodes are extremely durable, but light and space-saving. The node elements close the connected frame elements completely and stabilize it also their cross section in the Trägerendbereich.

Es ist insbesondere vorgesehen, sowohl die Rahmen- als auch die Knotenelemente aus Aluminium-Rohrprofilen zu fertigen. Diese Profile können stranggepreßt oder anderweitig gefertigt sein. Sie können aus gleichem Material bestehen, so daß auf aufwendige Materialtrennungen beim Recycling verzichtet werden kann.It is provided in particular, both the frame and the node elements Made of aluminum tube profiles. These profiles can be extruded or be made elsewhere. They can be made of the same material exist, so that on consuming Material separations can be dispensed with in recycling.

Einzelne Rahmenelemente können vorzugsweise zu Unterkonstruktionen – also Rahmenmodulen vorgefertigt werden. Die Unterkonstruktionen wie Front-, Heckrahmen, Rahmen-Fahrgastzelle, Rahmen-Fahrgestell und Dachrahmen werden, wie beschrieben, aus Rahmen- und Knotenelementen zusammengesetzt. Sie können dann bereits mit weiteren Fahrzeug-Bauteilen und -Baugruppen bestückt und abschließend miteinander verbunden werden. Dazu sind an den einzelnen Unterkonstruktionen Anschlußstellen vorzusehen, die die Form von Aufnahmen für Knotenelemente haben können, oder durch Knotenelemente selbst gebildet werden. Alle Aufnahmen bzw. Anschlußstellen der Knotenelemente sind parallel ausgerichtet zu konstruieren, so daß sie vor der Verbindung der Unterkonstruktionen in eine Fügerichtung weisen. Die Unterkonstruktionen werden zusammengesteckt und dann endgültig miteinander verbunden.Separate Frame elements can preferably prefabricated to substructures - ie frame modules become. The substructures such as front, rear frame, frame passenger compartment, Frame chassis and roof frame are made of frame and node elements composed. You can then already with others Vehicle components and assemblies assembled and finally with each other get connected. These are the individual substructures interchanges be provided, which may take the form of receptacles for node elements, or be formed by node elements themselves. All recordings or interchanges the node elements are aligned parallel to construct so that she before the connection of the substructures in a joining direction point. The substructures are put together and then finally connected with each other.

Bereichsweise kann auch auf die Verwendung von Knotenelementen verzichtet werden, wenn Rahmenelemente selbst diese Funktion übernehmen. Es ist möglich, daß beispielsweise zur Realisierung eines T-Stoßes ein Rahmenelement auf eine hydrogeformte Ausbauchung eines anderen Rahmenelementes aufgesteckt und dort gehaltert wird.range way can also be dispensed with the use of node elements, when frame elements themselves take over this function. It is possible that, for example for the realization of a T-joint a frame member on a hydroformed bulge of another Frame element is plugged and held there.

Die endgültige Verbindung der Rahmenelemente erfolgt in an sich bekannter Weise durch Schweißen, Kleben, Schrauben oder Nieten, ist jedoch auch erreichbar, wenn Steck verbindungen als selbstsichernde Preßpassungen ausgeführt werden.The final Connection of the frame elements takes place in a conventional manner by welding, Gluing, screwing or riveting, however, is also achievable if Plug connections are designed as self-locking press-fits.

Bei den genannten Rahmenmodulen als Unterkonstruktionen der gesamten Rahmenkonstruktion bestehen teilweise unterschiedliche Anforderungen. Beim Unterwagen können oft ungebogene Rohre mit konstantem Querschnitt (also nicht hydrogeformt) Verwendung finden, die dann vorzugsweise mittels der Knotenelemente verbunden werden.at the said frame modules as substructures of the entire Frame construction sometimes have different requirements. When undercarriage can often unbent tubes of constant cross-section (ie not hydroformed) Use, which then preferably by means of the node elements get connected.

Insbesondere der Frontrahmen hat aber derart komplexe Forderungen zu erfüllen, daß hier die Erfindung besonders zum Tragen kommt. Vergleichbar hohe Ansprüche werden auch an den Fahrzeug-Heck- und -Dachrahmen gestellt.Especially However, the front frame has to meet such complex requirements that here the invention especially comes to fruition. Comparable high standards are also placed on the vehicle rear and roof frame.

Die Erfindung sieht einen Frontrahmen für Kraftfahrzeuge vor, der mit Bauelementen wie Kühler, Lüfter, Windfang, Scheinwerfer oder Stoßfänger zu einem Frontmodul vorzufertigen und anschließend präzise an den übrigen (ebenfalls vorgefertigten) Kraftfahrzeugrahmen anschließbar ist. Der Frontrahmen selbst wird aus hydrogeformten Rahmenelementen und hydrogeformten Knotenelementen zusammengesetzt. Er ist an Längsträgern (etwa in der vorgesehenen Fahrtrichtung verlaufende Rahmenelemente) des Fahrzeugrahmens anschließbar, indem er in und/oder auf diese steckbar ist. Rahmenelemente des Frontrahmens selbst können entweder direkt oder über Knotenelemente mit den Längsträgern verbunden werden.The The invention provides a front frame for motor vehicles, which with Components such as coolers, Fan, Windscreen, headlight or bumper too prefabricate a front module and then precisely to the other (also prefabricated) motor vehicle frame can be connected. The front frame itself is made of hydroformed frame elements and hydroformed node elements composed. He is on side members (about in the intended direction running frame elements) of the Vehicle frame connectable, by being pluggable in and / or on this. Frame elements of the Front frame itself can either directly or via Node elements connected to the side rails become.

Die hydrogeformten Knotenelemente nach der Erfindung dienen zur Verbindung zumindest zweier rohrförmiger Rahmenelemente, wobei sie zumindest zwei endseitige und ggf. weitere Aufnahmen zum Anschluß an die Rahmenelemente aufweisen. Die dritte und jede weitere Aufnahme wird durch Ausbauchen des Knotenelementes im Hydroforming-Verfahren erzeugt. Entweder die Rahmenelemente sind dann auf Ausbauchungen aufsteckbar oder sie sind in entstehende Ver tiefungen einsteckbar.The hydroformed node elements according to the invention serve for connection at least two tubular Frame elements, where they at least two end and possibly further Recordings for connection have the frame elements. The third and each additional shot is by bulging the node element in the hydroforming process generated. Either the frame elements are then on bulges attachable or they can be inserted in resulting depressions.

Details der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:details The invention will be described with reference to exemplary embodiments. In the associated Drawings shows:

1: einen vorderen Abschnitt eines Rahmens für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellungsweise; 1 a front portion of a frame for a motor vehicle in a schematic representation;

2: zwei vorgefertigte Unterkonstruktionen des Rahmens nach 1; 2 : two prefabricated substructures of the frame 1 ;

3: eine Verbindung zwischen einem Frontrahmen und Längsträgern nach 2 in vergrößerter Explosionsdarstellung; 3 : a connection between a front frame and side rails 2 in an enlarged exploded view;

4: eine Rahmenelemente-Verbindung nach 3 in detaillierterer Darstellungsweise; 4 : a frame element connection after 3 in more detailed representation;

5: die Rahmenelemente-Verbindung nach 4 in anderer Ausführung bei Einbindung eines Knotenelementes. 5 : the frame element connection after 4 in another embodiment with involvement of a node element.

In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion schematisch dargestellt; wobei hier zur Wahrung der Anschaulichkeit auf Details verzichtet wurde, nur der vordere Rahmenabschnitt gezeigt ist und die Darstellung einiger Bauelemente (beispielsweise des Unterwagens) nicht erfolgte.In the 1 and 2 a frame construction according to the invention is shown schematically; in this case was omitted to maintain the clarity of detail, only the front frame section is shown and the representation of some components (for example, the undercarriage) did not occur.

Der Rahmen besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Rahmenelementen, wobei die überwiegende Anzahl dieser Rahmenelemente hydrogeformte Hohlkörper aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium sind. Im einzelnen sind ein oberes und ein unteres Frontrahmenelement 1, 2 eines Frontrahmens 3, obere Längsträger 4, 5, untere Längsträ ger 6, 7, A-Säule 8, Schweller 9 und Elemente 10 eines Dachrahmens 11 als solche hydrogeformte Hohlkörper ausgebildet. Für weitere Rahmenelemente des Vorderwagens, Unterbodens und des Heckrahmens gilt prinzipiell gleiches. Alle Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 der Rahmenkonstruktion sind durch das hydraulische Innenhochdruck-Umformen in eine optimale Form versetzt worden. Sie weisen Biegungen auf, die derart genau nicht mittels herkömmlicher Biegeverfahren herstellbar sind. Sie sind den jeweils zu erwartenden Belastungen entsprechend querschnittsoptimiert und damit nicht überdimensioniert und besonders leicht. Letztendlich sind die Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 auch bereits dort wo notwendig an das Design des Fahrzeugs angepaßt. Nicht gezeigte Verkleidungsteile der Karosserie können großflächig an die Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 angelegt werden bzw. sind einfach mit diesen verbindbar.The frame consists of a plurality of individual frame elements, wherein the vast majority of these frame members are hydroformed hollow body made of light metal, in particular aluminum. In detail, an upper and a lower front frame element 1 . 2 a front frame 3 , upper side members 4 . 5 , lower longitudinal members 6 . 7 , A-pillar 8th , Sills 9 and elements 10 a roof frame 11 formed as such hydroformed hollow body. For other frame elements of the front end, underbody and the rear frame is basically the same. All frame elements 1 . 2 . 4 to 10 The frame construction has been transferred to an optimum shape by hydraulic hydroforming. They have bends that can not be produced so accurately by means of conventional bending methods. They are cross-section optimized according to the expected loads and thus not oversized and very light. Finally, the frame elements 1 . 2 . 4 to 10 also already where necessary adapted to the design of the vehicle. Not shown cowling parts of the body can be a large area of the frame members 1 . 2 . 4 to 10 be created or are easily connectable with these.

Die Rahmenkonstruktion des Kraftfahrzeugs besteht aus einzelnen Unterkonstruktionen 3, 11, wobei im Beispiel nur der Frontrahmen 3 und Teile des Dachrahmens 11 sowie der Fahrgastzelle gezeigt sind. Die Unterkonstruktionen 3, 11 werden vorgefertigt aus den beschriebenen Rahmenelementen 1, 2, 10. Sie können nach der Vormontage mit einzelnen Bauteilen oder Baugruppen des Fahrzeugs bestückt werden. So entstehen Fahrzeugmodule, deren Vormontage ergonomisch und ökonomisch günstig erfolgen kann. Es sind keine aufwendigen Hilfsrahmen für die Bauteile und Baugruppen erforderlich. Nach der komplett erfolgten Vormontage der Rahmen-Unterkonstruktionen 3, 11 und ihrer Komplettierung werden die Unterkonstruktionen des Rahmens miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt, ggf. unter Zuhilfenahme von Knotenelementen (worauf weiter unten eingegangen wird), indem die Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 in und/oder auf Aufnahmen anderer Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 gesteckt werden. Dazu sind Aufnahmeabschnitte der Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 (oder der Knotenelemente), die miteinander zu verbinden sind, jeweils parallel auszurichten, so daß sie in eine Fügerichtung F weisen. Im Beispiel ist der Frontrahmen 3 mit den Längsträgern 4 bis 7 zu verbinden. Vier Aufnahmen 12 bis 15 des Frontrahmens 3 sind in die nach vorne weisenden Rohröffnungen der Längsträger 4 bis 7 steckbar. Die Fügerichtung F aller vier Aufnahmen 12 bis 15 sind dabei zueinander parallel etwa in der vorgesehenen Fahrtrichtung V des Fahrzeugs ausgerichtet.The frame construction of the motor vehicle consists of individual substructures 3 . 11 , in the example, only the front frame 3 and parts of the roof frame 11 and the passenger compartment are shown. The substructures 3 . 11 are prefabricated from the described frame elements 1 . 2 . 10 , After pre-assembly, they can be fitted with individual components or assemblies of the vehicle. This results in vehicle modules whose pre-assembly can be done ergonomically and economically favorable. There are no complicated subframe for the components and assemblies required. After complete pre-assembly of the frame substructures 3 . 11 and its completion who the substructures of the frame connected. The connection is made, possibly with the help of node elements (which will be discussed later), by the frame elements 1 . 2 . 4 to 10 in and / or on recordings of other frame elements 1 . 2 . 4 to 10 be plugged. These are receiving sections of the frame elements 1 . 2 . 4 to 10 (or the node elements) to be connected to each other, to be aligned in parallel, so that they point in a joining direction F. In the example is the front frame 3 with the side rails 4 to 7 connect to. Four shots 12 to 15 of the front frame 3 are in the forward facing pipe openings of the side members 4 to 7 pluggable. The joining direction F of all four shots 12 to 15 are aligned parallel to each other approximately in the intended direction of travel V of the vehicle.

Weitere Details der Erfindung werden im folgenden anhand der 3 bis 5 erläutert, die insbesondere Abschnitte des Frontrahmens 3 zeigen. Die hier zu erläuternden Konstruktionsmerkmale gelten auch sinngemäß für die gesamte Rahmenkonstruktion.Further details of the invention are described below with reference to the 3 to 5 explains in particular sections of the front frame 3 demonstrate. The design features to be explained here apply mutatis mutandis to the entire frame construction.

In 3 ist der in Fahrtrichtung V gesehene linke Teil des Frontrahmens 3 mit den Rahmenelementen 1 und 2 gezeigt. Des weiteren wurden die vorderen Enden der Längsträger 4 und 6 dargestellt. Die Rahmenelemente 1, 2 sind derart hydrogeformt worden, daß sie sowohl den zu erwartenden Belastungen, den Packageforderungen und den Fahrzeug-Designvorstellungen entsprechen. Das obere Frontrahmenelement 1 ist aus einem rohrförmigen Halbzeug gefertigt und hat auf jeder Seite zwei Aufnahmen 12, 16. Die Aufnahme 12 (und auf der anderen Fahrzeugseite die Aufnahme 13) ist zum Anschluß an den oberen Längsträger 4 (andere Seite Längsträger 5) vorgesehen. Die Aufnahmen 12, 13 bilden die Enden des Rohrprofils und sind als Rohröffnungen mit rechteckiger Querschnittsfläche ausgebildet. Die Aufnahme 16 ist durch Ausbauchen des Halbzeugs entstanden und zur Verbindung der Rahmenelemente 1, 2 vorgesehen. Dazu ist sie etwa komplementär zur inneren Querschnittsfläche des Endabschnitts 17 des Rahmenelementes 2 ausgebildet. Am Rahmenelement 2 ist die Aufnahme 14 ebenfalls durch Ausbauchen (zum Anschluß an den unteren Längsträger 6) beim Hydroforming erzeugt worden.In 3 is seen in the direction of travel V left part of the front frame 3 with the frame elements 1 and 2 shown. Furthermore, the front ends of the side members were 4 and 6 shown. The frame elements 1 . 2 have been hydroformed to suit both the expected loads, package requirements, and vehicle design ideas. The upper front frame element 1 is made of a tubular semi-finished product and has two shots on each side 12 . 16 , The recording 12 (and on the other side of the vehicle the recording 13 ) is for connection to the upper side member 4 (other side side member 5 ) intended. The pictures 12 . 13 Form the ends of the pipe profile and are designed as pipe openings with a rectangular cross-sectional area. The recording 16 has arisen by bulging of the semifinished product and to connect the frame elements 1 . 2 intended. For this purpose it is approximately complementary to the internal cross-sectional area of the end portion 17 of the frame element 2 educated. On the frame element 2 is the recording 14 also by bulging (for connection to the lower side member 6 ) have been produced during hydroforming.

Das Fügen der Rahmenelemente 1 und 2 erfolgt durch Einstecken der Aufnahme 16 in den Endabschnitt 17 des Rahmenelementes 2. Die endgültige Verbindung wird mittels bekannter Verfahren vorgenommen.The joining of the frame elements 1 and 2 done by inserting the recording 16 in the end section 17 of the frame element 2 , The final compound is made by known methods.

Nachdem der Frontrahmen 3 wie beschrieben vorgefertigt und mit einzelnen Bauelementen und Baugruppen bestückt ist, kann er an die Längsträger 4 bis 7 angeschlossen werden. Die Aufnahmen 12 bis 15 weisen in Fügerichtung F auf die Längsträger 4 bis 7 zu, und können in diese eingesteckt und dann fest verbunden werden. Das Fertigen der Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10 erfolgt mit sehr geringen Toleranzen, wobei diese vor dem endgültigen Verbinden ausgleichbar sind.After the front frame 3 as described prefabricated and equipped with individual components and assemblies, he can to the side members 4 to 7 be connected. The pictures 12 to 15 point in the joining direction F on the side members 4 to 7 to, and can be plugged into this and then firmly connected. Finishing the frame elements 1 . 2 . 4 to 10 takes place with very small tolerances, which can be compensated before the final connection.

In 4 sind Details der Verbindung zwischen den Rahmenelementen 1, 2, 4 gezeigt. Hier ist auch die mögliche Kompliziertheit der Formgestaltung der Rahmenelemente 1, 2, 4 ersichtlich. Beispielsweise weist der Längsträger 4 einen Flansch 18 zur Befestigung von Bauelementen und eine obere Aufnahme 19 auf, an der ebenfalls ein Aggregat gehaltert werden kann. Der Flansch 18 ist bereits als Bestandteil des Halbzeugs für die Längsträger 4, 5 vorgesehen. Die Aufnahme 19 wurde durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen erzeugt.In 4 are details of the connection between the frame elements 1 . 2 . 4 shown. Here is also the possible complexity of the design of the frame elements 1 . 2 . 4 seen. For example, the side member 4 a flange 18 for mounting components and an upper receptacle 19 on, on which also an aggregate can be held. The flange 18 is already part of the semifinished product for the side members 4 . 5 intended. The recording 19 was produced by hydraulic hydroforming.

Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel übernimmt das Frontrahmenelement 1 auch die Funktion eines Knotenelementes, wie dies vielfach möglich sein wird. Im Einzelfall können aber auch, wie in 5 gezeigt, separate Knotenelemente 20 zum Einsatz kommen. Diese sind vorzugsweise ebenfalls durch Hydroforming aus rohrförmigen Halbzeugen herzustellen.In the embodiment described so far, the front frame element takes over 1 also the function of a node element, as will be possible in many cases. In individual cases, but also, as in 5 shown, separate node elements 20 be used. These are preferably also produced by hydroforming of tubular semi-finished products.

Aufnahmen 21, 22 des Knotenelementes 20 sind vergleichbar mit den Aufnahmen 12, 16 in der vorhergehenden Ausführung. Die Aufnahmen 21, 22 sind offen und haben etwa ei nen Rechteck-Querschnitt. Sie verschließen die Profile des Frontrahmenelementes 2 und des Längsträgers 4. Eine weitere Aufnahme 23 ist jetzt zum Anschluß eines Frontrahmenelementes 24 vorgesehen. Die Aufnahme 23 ist durch Ausbauchen des Knoten-Rohrprofils entstanden und seitlich verschlossen. Das Schaffen einer Öffnung in der Aufnahme 23 kann sinnvoll sein (Korrosionsschutz), muß jedoch nicht erfolgen. Prinzipiell kann nahezu die gesamte Rahmenkonstruktion ein verzweigtes Rohrleitungssystem bilden, welches mit Korrosionsschutzmitteln beschickbar ist.Recordings 21 . 22 of the node element 20 are comparable to the recordings 12 . 16 in the previous embodiment. The pictures 21 . 22 are open and have approximately a rectangular cross-section. They close the profiles of the front frame element 2 and the longitudinal member 4 , Another shot 23 is now for connecting a front frame element 24 intended. The recording 23 was created by bulging the node tube profile and closed at the side. Creating an opening in the receptacle 23 may be useful (corrosion protection), but must not be done. In principle, almost the entire frame construction can form a branched piping system which can be charged with corrosion protection agents.

Durch die verschiedensten Knotenelemente sind alle Verbindungen zwischen Rahmenelementen 1, 2, 4 bis 10, 24 herstellbar. Dabei werden die Rahmenelemente-Strukturen stabilisiert, vollständig verschlossen und miteinander verbunden. Schweißzonen beim endgültigen Verbinden der Rahmenelemente 1, 2, 4 bis 10, 24 liegen außerhalb der unmittelbaren Kreuzungsbereiche. Da in den Kreuzungsbereichen oft hohe Beanspruchungen wirksam sind, ist dies vorteilhaft. Wärmeeinflußzonen liegen an unkritischen Stellen, und zwar im wesentlichen immer dort, wo zusammengestecktes Rahmenmaterial doppelt übereinanderliegt.Through the most diverse node elements are all connections between frame elements 1 . 2 . 4 to 10 . 24 produced. The frame element structures are stabilized, completely closed and connected to each other. Welding zones when finally connecting the frame elements 1 . 2 . 4 to 10 . 24 lie outside the immediate crossing areas. Since high stresses are often effective in the intersection areas, this is advantageous. Heat affected zones are located at uncritical locations, essentially always where mated frame material is superimposed twice.

Die erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion, die aus einzelnen Unterkonstruktionen 3, 11 besteht, und die beschriebenen Knotenelemente 20 führen zu einer Fahrzeugstruktur, die extrem leicht (und damit kraftstoffsparend), stabil und gut recycelbar ist.The Rahmenkonstrukti invention on, consisting of individual substructures 3 . 11 exists, and the described node elements 20 result in a vehicle structure that is extremely light (and thus fuel efficient), stable and well recyclable.

Claims

Frame construction for a motor vehicle with a plurality of tubular frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ; 24 ), which have node elements ( 20 ) are interconnected and form a spatial grid structure, characterized in that at least a part of the frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ; 24 ) is prefabricated cross-section optimized by hydraulic hydroforming, the node elements ( 20 ) are also produced by means of hydraulic hydroforming hollow body, the frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ; 24 ) on and / or in the node elements ( 20 ) with pictures ( 21 . 22 ) are inserted with a rectangular cross-section and secured thereto, and that the frame construction of prefabricated, interconnectable substructures ( 3 . 11 ), like front frame ( 3 ), Frame passenger compartment, rear frame, roof frame ( 11 ), Frame chassis, the frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ; 24 ) and the node elements ( 20 ) are made of tubular aluminum semi-finished products.

Frame construction according to claim 1, characterized in that free connection points ( 12 to 15 ; 21 ) of node elements ( 20 ) of a first substructure ( 3 ) parallel to each other in a joining direction (F) and recordings for these node elements ( 20 ) are also aligned in a joining direction (F) on a second substructure.

Frame construction according to claims 1 and 2, characterized in that to individual frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ) Recordings ( 12 to 15 . 16 ) for other frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ) are formed, these frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ) then the use of a node element to connect to each other or the frame element ( 1 . 2 . 4 to 10 ) with the recordings ( 12 to 15 . 16 ) itself has the function of a node element.

Frame construction according to claims 1 to 3, characterized in that a securing of the plug connections between the frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ; 24 ) and the node elements ( 20 ) by welding, gluing, screwing or riveting, or sufficient strength of the connector is given by this is designed as a self-locking interference fit.

Front frame ( 3 ) for a motor vehicle as a prefabricated module for receiving vehicle components or assemblies, such as radiator, fan, windscreen, headlight, bumper, characterized in that as a basis for the front frame ( 3 ) by hydraulic hydroforming cross-section optimized frame elements ( 1 . 2 ; 24 ), which are also produced by means of hydroforming node elements ( 20 ) and recordings ( 21 . 22 ) have a rectangular cross section, wherein the front frame ( 3 ) on longitudinal members ( 4 to 7 ) of a motor vehicle frame can be connected by placing it in and / or on the longitudinal members ( 4 to 7 ) is pluggable, wherein the frame elements ( 1 . 2 . 4 to 10 ; 24 ) and the node elements ( 2Q ) are made of tubular aluminum semi-finished products.

Front frame ( 3 ) according to claim 5, characterized in that frame elements ( 1 . 2 ) of the front frame ( 3 ) even in and / or on the longitudinal members ( 4 to 7 ) of the motor vehicle are pluggable or node elements ( 20 ) between the frame elements ( 2 ; 24 ) and the longitudinal members ( 4 to 7 ) are to be arranged.

Front frame ( 3 ) according to claims 5 and 6, characterized in that it is attached to two upper and two lower side members ( 4 to 7 ) is pluggable, wherein a joining direction (F) is located approximately in the intended direction of travel (V) of the motor vehicle.

Node element ( 20 ) for connecting frame elements ( 2 . 24 . 4 ), in particular of a front frame, of a motor vehicle, wherein the frame elements ( 2 . 24 . 4 ) have a tubular cross section, characterized in that the node element ( 20 ) is produced from a tubular aluminum semi-finished product by means of hydroforming and at least two end-side receptacles ( 21 . 22 ) with a rectangular cross section for frame elements ( 2 . 4 ) having.

Node element ( 20 ) according to claim 8, characterized in that at more than two at the node element ( 20 ) frame elements to be attached ( 2 . 4 . 24 ) Bulges ( 23 ) of the wall of the node element ( 20 ) are produced by hydraulic hydroforming on the frame elements ( 24 ) are plugged, or such that the frame elements can be inserted into resulting recesses.