DE10059261B4

DE10059261B4 - Kraftfahrzeugkörper mit Torsionsversteifung

Info

Publication number: DE10059261B4
Application number: DE2000159261
Authority: DE
Inventors: Harald Ing. Zachnegger; Josef Maier; Christian Dipl.-Ing. Vogl; Karl Dipl.-Ing. Leiter
Original assignee: Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
Current assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: DE10059261A1

Abstract

Kraftfahrzeugkörper mit in der Bodenregion angebrachten Verbindungselementen zwischen voneinander diagonal entfernten Punkten (21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente vorgespannte Zugelemente (20) und bezüglich der bei Torsionsschwingungen in Längsrichtung maßgebenden Trägheitsachse (13) des Fahrzeugkörpers windschief sind.

Description

Die Erfindung handelt von einem Kraftfahrzeugkörper mit in der Bodenregion angebrachten Verbindungselementen zwischen voneinander diagonal entfernten 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 bringen. Sie können sich auch überkreuzen. Durch ihre dynamisch wechselnde 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 Schwingungsausschlägen nahezu wirkungslos sind.
Aus der DE 2421203 A1 ist ein Personenkraftwagen mit einem Kraftfahrzeugkörper bekannt, mit dem Achsaggregate in seinem unteren Bereich in Fahrzeugquerrichtung nachgiebig und in Fahrzeuglängsrichtung kraftschlüssig verbunden sind. Die beiden Achsaggregate sind miteinander unmittelbar über unterhalb des Fahrgastraumes sich erstreckende und einen Diagonalverband bildende Zugstreben verbunden, die in ihrem Kreuzungspunkt miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die torsionsversteifende Wirkung diagonal ausgerichteter Verbindungselemente zu erhöhen und so eine weitere Anhebung der Torsionseigenfrequenz des Fahrzeugkörpers zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftfahrzeugkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 9.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkörper sind die Verbindungselemente Zugelemente und bezüglich der bei der Torsionsschwankung in Längsrichtung maßgebenden Trägheitsachse des Fahrzeugkörpers windschief. Durch die Vorspannung unterliegen die Zugelemente nur mehr Zugkräften, alle lastrichtungswechselbedingten 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 stattfindet, die Verschiebungen – die zu einer Dehnung des Zugelementes führen – wesentlich größer sind. So greifen die Zugelemente gewissermaßen 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 voneinander diagonal entfernten 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 voneinander diagonal entfernten Punkte an dem Fahrschemel oder Achsträger ausgebildet (Anspruch 4).
Auch für die Herstellung der Vorspannung gibt es verschiedene Möglichkeiten mit jeweils ihren besonderen Vorteilen. Wenn die Elastizität der Zugelemente 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 Verbindungselementen Spannschlösser mit gegenläufigen Gewinden eingesetzt sein (Anspruch 6). Letzteres ist zusätzlich zu den Federn oder anstelle dieser möglich.
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:
1: Einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkörper in Seitenansicht,
2: Denselben in Draufsicht,
3: Eine axonometrische Ansicht desselben von unten,
4: Detail IV in 3.
In den 1 und 2 ist der Aufbau eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise eines Cabriolets, nur angedeutet. Er kann selbsttragend sein oder nur mittragend. So oder so besitzt er eine Bodenplatte 1, in der Längsträger 2 ausgebildet 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 körperschallisolierenden 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 Längsträgern 10 fort, die mit einem Kofferraumboden 11 einstückig oder verbunden sind. Letzterer kann eine Reserveradmulde 12 aufweisen (siehe 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 anderen 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 Abstand von der Trägheitsachse 13 liegen, sodass diese zur Trägheitsachse windschief sind. Dementsprechend sind die Befestigungspunkte 21, 22 anzuordnen. Dadurch tritt bei Verwindung des Fahrzeugkörpers eine Veränderung ihres Abstandes ein.
In 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 Zugelement ist hier der Einfachheit halber nicht dargestellt. In der Variante 1 verläuft 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 Befestigungspunkt 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 Befestigungspunkt 21.3 am vorderen Längsträger 3 zu einem zweiten Befestigungspunkt 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 Zugelement 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 1 sind nur die Zugelemte in der Variante 20.2 und 20.1 eingezeichnet. Die Befestigungspunkte 21, 22 sind in einem vertikalen Abstand 23 unter der Trägheitsachse 13.
In 3 ist die zweite Variante der 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.
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.
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.

Claims

Kraftfahrzeugkörper mit in der Bodenregion angebrachten Verbindungselementen zwischen voneinander diagonal entfernten Punkten (21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente vorgespannte Zugelemente (20) und bezüglich der bei Torsionsschwingungen in Längsrichtung maßgebenden Trägheitsachse (13) des Fahrzeugkörpers windschief sind.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (20) Seile sind.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander diagonal entfernten Punkte (21, 22; 21.x, 22.x) von Konsolen (25, 26) an der Unterseite des Kraftfahrzeugkörpers gebildet sind.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, mit am Fahrzeugkörper körperschalldämmend befestigtem Fahrschemel (5) oder Achsträger, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der diagonal voneinander entfernten Punkte (21.4) an dem Fahrschemel (5) oder Achsträger vorgesehen ist.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente (20) sich an den Punkten (21, 22; 21.x, 22.x) über Druckfedern (35) abstützen, die die Vorspannung herstellen.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Vorspannung in den Verbindungselementen Spannschlösser (27) mit gegenläufigen Gewinden eingesetzt sind.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente an Stellen an denen sie mit anderen Bauteilen kollidieren würden, über Umlenkführungen laufen.
Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkführungen Rollen sind.
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 Schwingungsbauch haben.