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Die Erfindung handelt von einem Kraftfahrzeugkörper mit in der Bodenregion angebrachten Verbindungselementen zwischen einander diagonal gegenüberliegenden Punkten.
Derartige Verbindungselemente werden vor allem bei Kraftfahrzeugen mit offenem Aufbau zur Erhöhung der Eigenfrequenz bei Torsionsschwingungen um die Längsachse verwendet. Erregt werden solche Schwingungen durch Fahrbahnunebenheiten, die über die Radaufhängung in den Fahrzeugkörper eingeleitet werden. Solche Schwingungen treten auch bei Vorhandensein eines elastisch mit dem Fahrzeugkörper verbundenen Fahrschemels oder Achsträgers auf, dann hat man es sogar mit einem schwingungsfähigen Mehrmassensystem zu tun.
Aus der DE 39 05 650 C2 ist es bekannt, am Boden der Karosserie auf Zug, Druck und Biegung, und somit auch auf Knickung, belastete Streben unter ungefähr 45 Grad zur und möglichst nahe der Fahrzeuglängsachse anzu-
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bringen. Sie können sich auch überkreuzen. Durch ihre dynamisch wechseine Zug- und Druckbeaufschlagung versteifen sie den Fahrzeugkörper, und durch ihre Biegesteifigkeit kompensieren sie die durch die Abkröpfung der Längsträger des Fahrzeugkörpers verminderte Torsionsfestigkeit.
Dadurch, dass die Streben möglichst nahe der Fahrzeuglängsachse angeordnet sind, ergibt sich bei Torsion des Fahrzeugkörpers nur eine geringe Längenänderung, sodass ihre Wirkung gering ist. Dazu kommt, dass bei dynamischer Belastung Hystereseeffekte bei der Umkehr der Kraftrichtung und Knickeffekte, und auch Abweichungen des Längenmasses der Streben, deren Wirkung stark beeinträchtigen. Hystereseaffekte bedeuten aber Ansprechschwellen, sodass solche steifen Streben bei kleineren Schwingungs- ausschlägen nahezu wirkungslos sind.
Es ist daher Ziel der Erfindung, die torsionsversteifende Wirkung diagonal ausgerichteter Verbindungselemente zu erhöhen und so eine weitere Anhe- bung der Torsionseigenfrequenz des Fahrzeugkörpers zu erreichen.
Dazu sind erfindungsgemäss die Verbindungselemente vorgespannte Zuge- lemente und bezüglich der bei Torsionsschwingungen in Längsrichtung massgebenden Trägheitsachse des Fahrzeugkörpers windschief. Durch die
Vorspannung unterliegen die Zugelemente nur mehr Zugkräften, alle last- richtungswechselbedingten Hysterese-, Knick- und Schwellenwerteffekte sowie Toleranzeinflüsse fallen weg. Die windschiefe Beziehung zwischen den Zugelementen und der Trägheitsachse bedeutet, dass bei Torsion des
Wagenkörpers, bei der in der Trägheitsachse ja keine Verschiebung statt- findet, die Verschiebungen - die zu einer Dehnung des Zugelementes füh- ren - wesentlich grösser sind. So greifen die Zugelemente gewissermassen
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mit einem grösseren Hebelarm an. Durch diese beiden Effekte ist die Wirkung erheblich gesteigert.
Verglichen mit biegesteifen Streben wird so auch eine Gewichtsverringerung erzielt, die auch wieder dem Schwingungsverhalten zugute kommt.
Vorzugsweise sind die Verbindungselemente Seile. Diese sind bei einer gegebenen Zugkraft, in der Grössenordnung von einem bis mehreren hundert Kilogramm, wesentlich leichter und verfügen bei geeigneter Auslegung über genug eigene Elastizität, sodass beim Einbau nur mehr die erforderliche Vorspannung aufzubringen ist.
Für die Wahl der zu verbindenden Punkte gibt es, je nach Bauart des Fahrzeuges verschiedene Möglichkeiten. In einer vorteilhaften Ausbildung sind die einander diagonal gegenüberliegenden Punkte von Konsolen an der Unterseite des Kraftfahrzeugkörpers gebildet (Anspruch 3), in einer anderen, wenn am Fahrzeugkörper körperschalldämmend befestigte Fahrschemel oder Achsträger vorhanden sind, sind die einander diagonal gegen- überliegenden Punkte an dem Fahrschemel oder Achsträger ausgebildet.
(Anspruch 4).
Auch für die Herstellung der Vorspannung gibt es verschiedene Möglich- keiten mit jeweils ihren besonderen Vorteilen. Wenn die Elastizität der Zu- gelemente nicht ausreicht, können sich die Zugelemente an den Punkten über Druckfedern abstützen, die die Vorspannung herstellen (Anspruch 5).
Es können aber auch zur Herstellung der Vorspannung in den Verbin- dungselementen Spannschlösser mit gegenläufigen Gewinden eingesetzt sein (Anspruch 6). Letzteres ist zusätzlich zu den Federn oder anstelle die- ser möglich.
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Weiters liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Zugelemente an Stellen, an denen sie mit anderen Bauteilen kollidieren würden, über Umlenkführungen laufen (Anspruch 7) und dass die Umlenkführungen Rollen sind (Anspruch 8).
Schliesslich können die Zugelemente an den Stellen mit Tilgungsmassen versehen sein, an denen sie bei einer bestimmten Vorspannung einen Schwingungsbauch hätten (Anspruch 9). Damit können Resonanzschwingungen des Zugelementes, in der Art einer Violinsaite, im Bereich der Torsionseigenfrequenz des Fahrzeugkörpers vermieden werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar :
Fig. 1 : Einen erfindungsgemässen Kraftfahrzeugkörper in Seitenansicht,
Fig. 2 : Denselben in Draufsicht,
Fig. 3 : Eine axonometrische Ansicht desselben von unten,
Fig. 4 : Detail IV in Fig. 3.
In den Fig. l und 2 ist der Aufbau eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise ei- nes Cabriolets, nur angedeutet. Er kann selbsttragend sein oder nur mittra- gend. So oder so besitzt er eine Bodenplatte l, in der Längsträger 2 ausge- bildet oder mit ihr verschweisst sind und die sich in vorderen Längsträgern 3 fortsetzen und hier beispielsweise von einem Untergurt 4 verstärkt sind. An den vorderen Längsträgern 3 ist ein Fahrschemel 5 in zumindest körper- schallisolierenden Lagern 6 aufgehängt. Seitlich ist die Bodenplatte
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1 beiderseits von Schwellen 7 begrenzt, welche mit einem Querträger 8 verbunden sind. Die Längsträger 2 setzen sich hinten in hinteren Längsträgern 10 fort, die mit einem Kofferraumboden 11 einstückig oder verbunden sind.
Letzterer kann eine Reserveradmulde 12 aufweisen (siehe Fig. 3).
Strichpunktiert ist die Trägheitsachse 13 des Fahrzeuges eingezeichnet. Sie stellt bei Torsionsschwingungen des Fahrzeugkörpers um die Längsachse den Ort der Punkte dar, in denen bei Verwindung des Fahrzeugkörpers keine Verschiebungen auftreten.
Zur Dämpfung dieser Torsionsschwingungen, mit anderen Worten zur Anhebung der Torsions-Eigenfrequenz sind vorgespannte Zugelemente 20 zwischen einem ersten Befestigungspunkt 21 und einem zweiten Befestigungspunkt 22 vorgesehen. Wesentlich ist, dass diese Zugelemente 20 vorgespannt sind und so auf ihre Befestigungspunkte 21,22 immer eine Zugkraft ausüben, welche bei zunehmendem Abstand zwischen den Befestigungspunkten 21,22 zunimmt. Die Vorspannung sorgt dafür, dass sie nie auf Druck beansprucht werden beziehungsweise schlaff werden können, es also zu keinem Wechsel der Lastrichtung kommt. Sie sorgt weiter dafür, dass ihre Wirkung bereits bei kleinsten Schwingungsausschlägen eintritt.
Diese elastische Vorspannung kann sowohl durch Federn als auch durch die
Eigenelastizität des Zugelementes erzeugt werden.
Bei dem Zugelement kann es sich im einfachsten Fall um einen Draht hoher
Zugfestigkeit handeln, es kann aber auch ein Drahtseil oder ein Seil aus an- deren geeigneten hochfesten und/oder hochelastischen Fasern sein, deren
Elastizitätsmodul den Anforderungen entspricht. Wesentlich ist weiters, dass die Elemente 20 bzw deren gedachte Verlängerung in einigem Ab- stand von der Trägheitsachse 13 liegen, sodass diese zur Trägheitsachse
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windschief sind. Dementsprechend sind die Befestigungspunkte 21,22 anzuordnen. Dadurch tritt bei Verwindung des Fahrzeugkörpers eine Veränderung ihres Abstandes ein.
In Fig. 2 sind verschiedene Möglichkeiten angedeutet, solche Zugelemente 20 am Fahrzeugkörper anzuordnen. Diese sind mit denselben Bezugszeichen, jedoch mit einem Index versehen. Es ist jeweils nur ein solches Zugelement eingezeichnet, das dazu symmetrisch angeordnete zweite Zugele-
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122. 2 am hinteren Längsträger 10.
In einer dritten Variante verläuft das Zugelement 20. 3 von einem ersten Be-
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3verlauft das Zugelement 20. 4 von einem ersten Befestigungspunkt 21. 4 am Fahrschemel 5 zum Schweller 7. In einer fünften Variante verlauft das Zu-
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5jeweils symmetrische Paare derartiger Zugelemente 20 vorgesehen. In den Varianten 20. 2 und 20. 3 kreuzen diese einander, in den anderen Varianten nicht. In Fig. l sind nur die Zugelernte in der Variante 20. 2 und 20. 1 eingezeichnet. Die Befestigungspunkte 21,22 sind in einem vertikalen Abstand 23 unter der Trägheitsachse 13.
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In Fig. 3 ist die zweite Variante der Fig. 2 im Detail zu sehen. Das Zugelement 20. 2 ist im Befestigungspunkt 22. 2 mittels einer ersten Konsole 25 mit der Reserveradmulde 12 des Kofferraumbodens 11 verbunden. Der Befestigungspunkt 21. 2 wird von einer zweiten Konsole 26 am Längsträger 2 gebildet. In derselben Weise ist gespiegelt das zweite Element 20. 2' eingezeichnet. In den Zugelementen 20. 2 ist ein Spannschloss mit gegenläufigem Gewinde 27 zu erkennen, das dem Einstellen der Zugspannung dient.
Weiters sind auf dem Zugelement Tilgungsmassen 28 angedeutet. Diese sind nicht erforderlich, können zusätzlich vorgesehen sein, ihre genaue Position ist auf ein eventuell auftretendes Schwingungsmuster des Zugelementes abzustimmen.
Fig. 4 zeigt die erste Konsole 25 vergrössert. Sie ist aus Blech gestanzt und gefaltet bzw gezogen und besitzt Wände 29 mit je einem Schweissrand 30, mit dem sie am Kofferraumboden angeschweisst sind. Eine weitere (im Bild unsichtbare) Wand kann Teil des dahinter nur angedeuteten hinteren Längsträgers 10 oder mit diesem verschweisst sein. Die Konsole 25 besitzt eine Deckfläche 31, auf der eine Winkelkonsole 32 angebracht ist. Sie besitzt einen ersten Schenkel 33, der mit der Deckfläche 31 verschweisst oder verschraubt ist und einen zweiten Schenkel 34 mit einem nicht sichtbaren Loch, durch das das Zugelement 20 durchgesteckt ist und aus dem es sich über eine Druckfeder 35 und eine Spannmutter 36 abstützt.
Die Zugfeder ist erforderlich, wenn die Eigenelastizität des Zugelementes 20 für die gewünschte Zugspannung nicht ausreicht.
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Von den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann in mancherlei Hinsicht abgewichen werden, sowohl hinsichtlich der Gestaltung der Befestigungspunkte, als auch hinsichtlich der Auswahl des Zugelementes. Weiters liegt es im Rahmen der Erfindung, die Zugelemente über Umlenkrollen zu führen, um bestimmte Teile des Fahrzeuges, zB des Antriebsstranges oder des Auspuffsystemes zu umgehen. Auch die Lage der Befestigungspunkte kann je nach dynamischen Erfordernissen sehr verschieden getroffen werden. In jedem Fall ist eine Steigerung der Torsionseigenfrequenz des Fahrzeugkörpers feststellbar.
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The invention relates to a motor vehicle body with connecting elements arranged in the bottom region between diagonally opposite points.
Such connecting elements are used above all in motor vehicles with an open structure to increase the natural frequency in the event of torsional vibrations about the longitudinal axis. Such vibrations are excited by uneven road surfaces that are introduced into the vehicle body via the wheel suspension. Such vibrations also occur in the presence of a subframe or axle beam which is elastically connected to the vehicle body, then one is even dealing with an oscillatory multi-mass system.
From DE 39 05 650 C2 it is known to apply stressed struts at approximately 45 degrees to and as close as possible to the longitudinal axis of the vehicle on the floor of the body for tension, pressure and bending, and thus also for buckling.
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bring. You can also cross each other. Due to their dynamic alternating tensile and compressive loads, they stiffen the vehicle body, and due to their flexural rigidity, they compensate for the reduced torsional strength due to the cranking of the side members of the vehicle body.
Because the struts are arranged as close as possible to the longitudinal axis of the vehicle, there is only a slight change in length when the vehicle body is twisted, so that their effect is low. In addition, with dynamic loading, hysteresis effects when reversing the direction of force and buckling effects, and also deviations in the length of the struts, severely impair their effect. However, hysteresis effects mean response thresholds, so that such stiff struts are almost ineffective with smaller vibrations.
It is therefore the aim of the invention to increase the torsion-stiffening effect of diagonally aligned connecting elements and thus to achieve a further increase in the natural torsional frequency of the vehicle body.
For this purpose, according to the invention the connecting elements are prestressed tension elements and skewed with respect to the axis of inertia of the vehicle body which is decisive in the longitudinal direction in the case of torsional vibrations. Through the
The tension elements are only subjected to tension, all hysteresis, buckling and threshold effects as well as tolerance influences are eliminated. The skewed relationship between the tension elements and the axis of inertia means that when the
Carriage body, in which there is no displacement in the axis of inertia, the displacements - which lead to an expansion of the tension element - are significantly larger. In this way, the traction elements grip
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with a larger lever arm. The effect is considerably increased by these two effects.
Compared to rigid struts, this also results in a reduction in weight, which also benefits the vibration behavior.
The connecting elements are preferably ropes. With a given pulling force, in the order of magnitude of one to several hundred kilograms, these are considerably lighter and, with a suitable design, have enough elasticity of their own, so that only the required pre-tension is required during installation.
There are various options for choosing the points to be connected, depending on the type of vehicle. In an advantageous embodiment, the diagonally opposite points are formed by brackets on the underside of the motor vehicle body (claim 3), in another, if there are subframes or axle supports attached to the vehicle body to absorb structure-borne noise, the diagonally opposite points on the subframe or Axle beam trained.
(Claim 4).
There are also various options for producing the preload, each with their own particular advantages. If the elasticity of the tension elements is not sufficient, the tension elements can be supported at the points via compression springs which produce the prestress (claim 5).
However, turnbuckles with opposing threads can also be used to produce the prestress in the connecting elements (claim 6). The latter is possible in addition to or instead of the springs.
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Furthermore, it is within the scope of the invention that the tension elements run over deflection guides at locations where they would collide with other components (claim 7) and that the deflection guides are rollers (claim 8).
Finally, the tension elements can be provided with repayment masses at those points where they would have an antinode at a certain preload (claim 9). In this way, resonance vibrations of the tension element, in the manner of a violin string, in the region of the torsional natural frequency of the vehicle body can be avoided.
The invention is described and explained below with the aid of figures. They represent:
1: a motor vehicle body according to the invention in side view,
2: the same in plan view,
3: an axonometric view of the same from below,
4: Detail IV in FIG. 3.
The construction of a motor vehicle, for example a convertible, is only indicated in FIGS. 1 and 2. It can be self-supporting or only self-supporting. Either way, it has a base plate 1, in which the longitudinal members 2 are formed or welded to it and which continue in the front longitudinal members 3 and are reinforced here, for example, by a lower flange 4. A subframe 5 is suspended from the front longitudinal beams 3 in bearings 6 which are at least structure-borne soundproofing. The base plate is on the side
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1 bounded on both sides by sleepers 7, which are connected to a cross member 8. The side members 2 continue at the rear in the rear side members 10, which are integral or connected to a trunk floor 11.
The latter can have a spare wheel well 12 (see FIG. 3).
Dash-dotted line shows the axis of inertia 13 of the vehicle. In the case of torsional vibrations of the vehicle body about the longitudinal axis, it represents the location of the points at which there are no displacements when the vehicle body is twisted.
To dampen these torsional vibrations, in other words to increase the natural torsional frequency, prestressed tension elements 20 are provided between a first fastening point 21 and a second fastening point 22. It is essential that these tension elements 20 are prestressed and thus always exert a tensile force on their fastening points 21, 22, which increases as the distance between the fastening points 21, 22 increases. The preload ensures that they are never subjected to pressure or become slack, so there is no change in the load direction. It also ensures that its effect takes effect even with the smallest vibrations.
This elastic bias can be achieved by springs as well
The elasticity of the tension element can be generated.
In the simplest case, the tension element can be a wire higher
Act tensile strength, but it can also be a wire rope or a rope made of other suitable high-strength and / or highly elastic fibers whose
Modulus of elasticity meets the requirements. It is also essential that the elements 20 or their imaginary extension lie at some distance from the axis of inertia 13, so that they are in relation to the axis of inertia
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are skewed. The fastening points 21, 22 are to be arranged accordingly. This causes a change in their distance when the vehicle body is twisted.
In Fig. 2 different possibilities are indicated to arrange such tension elements 20 on the vehicle body. These are given the same reference numerals, but with an index. Only one such tension element is shown in each case, the second tension element arranged symmetrically for this purpose
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122. 2 on the rear side member 10.
In a third variant, the tension element 20.3 runs from a first loading
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3 the traction element 20. 4 runs from a first fastening point 21. 4 on the subframe 5 to the sill 7. In a fifth variant, the connection
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5 each provided symmetrical pairs of such tension elements 20. In variants 20, 2 and 20, 3 they cross each other, but not in the other variants. In Fig. 1 only the learned in the variant 20, 2 and 20 1 are shown. The fastening points 21, 22 are at a vertical distance 23 below the axis of inertia 13.
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The second variant of FIG. 2 can be seen in detail in FIG. 3. The tension element 20, 2 is connected to the spare wheel well 12 of the trunk floor 11 at the fastening point 22, 2 by means of a first bracket 25. The attachment point 21, 2 is formed by a second bracket 26 on the side member 2. The second element 20, 2 'is shown mirrored in the same way. In the tension elements 20. 2 a turnbuckle with opposite thread 27 can be seen, which serves to adjust the tension.
Redemption amounts 28 are also indicated on the tension element. These are not required, can be provided in addition, their exact position is to be matched to a possible vibration pattern of the tension element.
4 shows the first console 25 enlarged. It is stamped from sheet metal and folded or drawn and has walls 29, each with a welding rim 30, with which they are welded to the trunk floor. Another wall (invisible in the picture) can be part of the rear side member 10, which is only indicated, or welded to it. The console 25 has a top surface 31 on which an angle bracket 32 is attached. It has a first leg 33, which is welded or screwed to the top surface 31, and a second leg 34 with an invisible hole through which the tension element 20 is inserted and from which it is supported by a compression spring 35 and a tension nut 36.
The tension spring is required if the inherent elasticity of the tension element 20 is not sufficient for the desired tension.
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There can be deviations from the described exemplary embodiments in many respects, both with regard to the design of the fastening points and with regard to the selection of the tension element. Furthermore, it is within the scope of the invention to guide the tension elements over deflection rollers in order to avoid certain parts of the vehicle, for example the drive train or the exhaust system. The location of the attachment points can be made very differently depending on the dynamic requirements. In any case, an increase in the natural torsional frequency of the vehicle body can be determined.