DE10059261A1 - Kraftfahrzeugkörper mit Torsionsversteifung - Google Patents
Kraftfahrzeugkörper mit TorsionsversteifungInfo
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Abstract
Ein Kraftfahrzeugkörper wird dadurch versteift, dass vorgespannte Zugelemente (20) vorgesehen sind, die bezüglich der bei Torsionsschwingungen in Längsrichtung maßgebenden Trägheitsachse (13) des Fahrzeugkörpers windschief sind. Sie (20) können Seile sein. Die einander diagonal gegenüberliegenden Punkte (21, 22; 21.x, 22.x), an denen die Zugelemente (20) angreifen, können von Konsolen (25, 26) an der Unterseite des Kraftfahrzeugkörpers gebildet sein.
Description
Die Erfindung handelt von einem Kraftfahrzeugkörper mit in der Bodenre
gion angebrachten Verbindungselementen zwischen einander diagonal ge
genüberliegenden Punkten.
Derartige Verbindungselemente werden vor allem bei Kraftfahrzeugen mit
offenem Aufbau zur Erhöhung der Eigenfrequenz bei Torsionsschwingun
gen um die Längsachse verwendet. Erregt werden solche Schwingungen
durch Fahrbahnunebenheiten, die über die Radaufhängung in den Fahr
zeugkörper eingeleitet werden. Solche Schwingungen treten auch bei Vor
handensein eines elastisch mit dem Fahrzeugkörper verbundenen Fahr
schemels oder Achsträgers auf, dann hat man es sogar mit einem schwin
gungsfähigen 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 anzubringen.
Sie können sich auch überkreuzen. Durch ihre dynamisch wech
selne 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 ange
ordnet 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 An
sprechschwellen, 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
mit einem größeren Hebelarm an. Durch diese beiden Effekte ist die Wir
kung erheblich gesteigert. Verglichen mit biegesteifen Streben wird so auch
eine Gewichtsverringerung erzielt, die auch wieder dem Schwingungsver
halten zugute kommt.
Vorzugsweise sind die Verbindungselemente Seile. Diese sind bei einer
gegebenen Zugkraft, in der Größenordnung von einem bis mehreren hun
dert Kilogramm, wesentlich leichter und verfügen bei geeigneter Auslegung
über genug eigene Elastizität, sodaß beim Einbau nur mehr die erforderli
che Vorspannung aufzubringen ist.
Für die Wahl der zu verbindenden Punkte gibt es, je nach Bauart des Fahr
zeuges verschiedene Möglichkeiten. In einer vorteilhaften Ausbildung sind
die einander diagonal gegenüberliegenden Punkte von Konsolen an der
Unterseite des Kraftfahrzeugkörpers gebildet (Anspruch 3), in einer ande
ren, wenn am Fahrzeugkörper körperschalldämmend befestigte Fahrsche
mel 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.
Weiters liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Zugelemente an Stel
len, an denen sie mit anderen Bauteilen kollidieren würden, über Umlenk
führungen 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 Resonanzschwin
gungen des Zugelementes, in der Art einer Violinsaite, im Bereich der Tor
sionseigenfrequenz 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. 1 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 1, 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
1 beiderseits von Schwellern 7 begrenzt, welche mit einem Querträger 8
verbunden sind. Die Längsträger 2 setzen sich hinten in hinteren Längsträ
gern 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 kei
ne Verschiebungen auftreten.
Zur Dämpfung dieser Torsionsschwingungen, mit anderen Worten zur An
hebung der Torsions-Eigenfrequenz sind vorgespannte Zugelemente 20
zwischen einem ersten Befestigungspunkt 21 und einem zweiten Befesti
gungspunkt 22 vorgesehen. Wesentlich ist, dass diese Zugelemente 20 vor
gespannt sind und so auf ihre Befestigungspunkte 21, 22 immer eine Zug
kraft ausüben, welche bei zunehmendem Abstand zwischen den Befesti
gungspunkten 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
windschief sind. Dementsprechend sind die Befestigungspunkte 21, 22 an
zuordnen. Dadurch tritt bei Verwindung des Fahrzeugkörpers eine Verän
derung ihres Abstandes ein.
In Fig. 2 sind verschiedene Möglichkeiten angedeutet, solche Zugelemente
20 am Fahrzeugkörper anzuordnen. Diese sind mit denselben Bezugszei
chen, jedoch mit einem Index versehen. Es ist jeweils nur ein solches Zug
element eingezeichnet, das dazu symmetrisch angeordnete zweite Zugele
ment ist hier der Einfachheit halber nicht dargestellt. In der Variante 1 ver
läuft das Zugelement 20.1 vom ersten Befestigungspunkt 21.1 am vorderen
Längsträger 3 zum zweiten Befestigungspunkt 22.1 am Querträger 8. In
einer zweiten Variante verläuft das Zugelement 20.2 von einem ersten Be
festigungspunkt 21.2 am Schweller 7 zu einem zweiten Befestigungspunkt
22.2 am hinteren Längsträger 10.
In einer dritten Variante verlauft das Zugelement 20.3 von einem ersten Be
festigungspunkt 21.3 am vorderen Längsträger 3 zu einem zweiten Befesti
gungspunkt 22.3 am hinteren Längsträger 10. In einer vierten Variante
verlauft das Zugelement 20.4 von einem ersten Befestigungspunkt 21.4 am
Fahrschemel 5 zum Schweller 7. In einer fünften Variante verlauft das Zu
gelement 20.5 von einem ersten Befestigungspunkt 21.5 am Schweller 7 zu
einem zweiten Befestigungspunkt 22.5 am Kofferraumboden 11. Es sind
jeweils symmetrische Paare derartiger Zugelemente 20 vorgesehen. In den
Varianten 20.2 und 20.3 kreuzen diese einander, in den anderen Varianten
nicht. In Fig. 1 sind nur die Zugelemte in der Variante 20.2 und 20.1 einge
zeichnet. Die Befestigungspunkte 21, 22 sind in einem vertikalen Abstand
23 unter der Trägheitsachse 13.
In Fig. 3 ist die zweite Variante der Fig. 2 im Detail zu sehen. Das Zugele
ment 20.2 ist im Befestigungspunkt 22.2 mittels einer ersten Konsole 25
mit der Reserveradmulde 12 des Kofferraumbodens 11 verbunden. Der Be
festigungspunkt 21.2 wird von einer zweiten Konsole 26 am Längsträger 2
gebildet. In derselben Weise ist gespiegelt das zweite Element 20.2' einge
zeichnet. 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 Po
sition ist auf ein eventuell auftretendes Schwingungsmuster des Zugele
mentes 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 be
sitzt 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 ge
wünschte Zugspannung nicht ausreicht.
Von den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann in mancherlei Hinsicht
abgewichen werden, sowohl hinsichtlich der Gestaltung der Befestigungs
punkte, als auch hinsichtlich der Auswahl des Zugelementes. Weiters liegt
es im Rahmen der Erfindung, die Zugelemente über Umlenkrollen zu füh
ren, um bestimmte Teile des Fahrzeuges, z. B. 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 Fahrzeugkör
pers feststellbar.
Claims (9)
1. Kraftfahrzeugkörper mit in der Bodenregion angebrachten Verbin
dungselementen zwischen voneinander diagonal entfernten Punkten
(21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente vorge
spannte Zugelemente (20) und bezüglich der bei Torsionsschwingungen in
Längsrichtung maßgebenden Trägheitsachse (13) des Fahrzeugkörpers
windschief sind.
2. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungselemente (20) Seile sind.
3. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die einander diagonal gegenüberliegenden Punkte (21, 22; 21.x, 22.x) von
Konsolen (25, 26) an der Unterseite des Kraftfahrzeugkörpers gebildet sind.
4. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, mit am Fahrzeugkörper körper
schalldämmend befestigtem Fahrschemel (5) oder Achsträger, dadurch ge
kennzeichnet, dass mindestens einer der diagonal voneinander entfernten
Punkte (21.4) an dem Fahrschemel (5) oder Achsträger vorgesehen ist.
5. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugelemente (20) sich an den Punkten (21, 22; 21.x, 22.x) über Druckfe
dern (35) abstützen, die die Vorspannung herstellen.
6. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Herstellung der Vorspannung in den Verbindungselementen Spann
schlösser (27) mit gegenläufigen Gewinden eingesetzt sind.
7. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugelemente an Stellen an denen sie mit anderen Bauteilen kollidieren
würden, über Umlenkführungen laufen.
8. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkführungen Rollen sind.
9. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungselemente an den Stellen mit Tilgungsmassen (28) versehen
sind, bei denen sie bei einer bestimmten Vorspannung einen Schwingungs
bauch haben.
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