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Die
Erfindung betrifft eine Abstützeinrichtung für eine Gelenkwelle
eines Nutzfahrzeuges gemäß ausgewählten Merkmalen
des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Montage einer Abstützeinrichtung
für ein
Nutzfahrzeug.
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Aus
der
DE 199 36 503
A1 ist ein Nutzfahrzeug bekannt, bei welchem unterhalb
einer Nutzfläche
ein Fahrzeugrahmen angeordnet ist, der mit Längs- und Querträgern gebildet
ist. Eine Gelenkwelle verbindet in Längsrichtung des Nutzfahrzeuges verteilte
Aggregate wie das Fahrzeuggetriebe und ein Verteilergetriebe.
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Aus
der
DE 199 54 296
C2 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die Gelenkwelle
in einem Fahrzeugtunnel verläuft.
An dem Fahrzeugtunnel sind zwei Querträger angebunden, die sich jeweils auf
einer Seite der Gelenkwelle erstrecken. Der Fahrzeugtunnel ist nach
unten geöffnet
und mit einer Tunnelbrücke
versehen, die neben einer Versteifung des Fahrzeugtunnels eine Abstützung eines
Gelenkwellenlagers bildet, welches in dem Fahrzeugtunnel angeordnet
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstützeinrichtung
zu schaffen, welche bei Gewährleistung
der notwendigen mechanischen Eigenschaften eine kostengünstige Herstellung
und eine einfache Montage ermöglicht
und vorteilhaft hinsichtlich der Bauraumgestaltung ist. Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Montage
für eine
Abstützeinrichtung
vorzuschlagen, die nach der Montage gute mechanische Eigenschaften
besitzt und gleichzeitig kostengünstig
herzustellen ist sowie vorteilhaft hinsichtlich der Bauraumgestaltung
ist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1.
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Erfindungsgemäß findet
ein Querträger
Einsatz, der sich durchgehend von einer Seite der Gelenkwelle bis
zur anderen Seite der Gelenkwelle erstreckt. Dieser kann als ein
Bauteil, beispielsweise als ein Kastenprofil mit hoher Steifigkeit,
oder mit mehreren Bauteilen gebildet sein, die fest und stoffschlüssig miteinander
verbunden sind.
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Gegenüber dem
Querträger
ist die Gelenkwelle unter Zwischenschaltung eines Gelenkwellenlagers
drehbar abgestützt.
Der Querträger
weist eine ungefähr
quer zur Längsachse
des Querträgers
orientierte Ausnehmung auf. Beispielsweise ist die Ausnehmung vertikal
nach oben in dem Querträger
orientiert, d.h. nach oben geschlossen und nach unten offen, und
in Fahrrichtung von einer vorderen Stirnseite des Querträgers zur
hinteren Stirnseite des Querträgers
durchgehend. Die Ausnehmung kann bereits während der Fertigung des Querträgers in diesem
vorgesehen werden, beispielsweise während eines Gießvorganges
für den
Querträger
oder während
eines Umformvorganges bei der Herstellung des Querträgers. Alternativ
oder ergänzend
kann die Ausnehmung nach einer Herstellung des Querträgers in
einer ersten Fertigungsstufe in einer zweiten Fertigungsstufe spanend
oder durch andere trennende Verfahren in den Querträger eingebracht
werden.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß ein multifunktionales
Verschlusselement vorgesehen. Dieses Verschlusselement dient einem
zumindest teilweisen Verschließen
der Ausnehmung. Dieses teilweise Verschließen erfolgt derart, dass im
Bereich der Ausnehmung der Querträger und das Verschlusselement
ein um die Gelenkwelle geschlossenes Profil bilden. Durch ein derartiges
Profil kann auch bei verhältnismäßig gering
dimensio niertem Verschlusselement eine große Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften des Querträgers
erzielt werden. Insbesondere kann die durch die Ausnehmung erzeugte Schwächung des
Querträgers
(zumindest teilweise) beseitigt werden. Dadurch, dass das Verschlusselement
mit großem
Abstand zur neutralen Faser des Querträgers angebracht werden kann,
kann ein großes
Flächenträgheitsmoment
des Querträgers
erzeugt bzw. beibehalten werden.
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Das
Verschlusselement ist beidseitig der Ausnehmung fest mit dem Querträger verbunden, wodurch
sich eine besonders feste und steife Anbindung des Verschlusselementes
an den Querträger ergibt.
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Der
Querträger
und das Verschlusselement bilden eine Durchbrechung, durch die sich
die Gelenkwelle erstreckt. Demgemäß ist das Gelenkwellenlager
zusätzlich
zu einem etwaigen Lagergehäuse von
dem Verschlusselement sowie dem Querträger umgeben und durch diese
Bauelemente zusätzlich geschützt, beispielsweise
gegenüber
mechanischen Einwirkungen oder gegenüber einer Beaufschlagung mit
Schmutzpartikeln. Während
eine Lagerung einer Gelenkwelle über
ein Gelenkwellenlager bei Anschrauben desselben von außen an einen
Querträger
einen großen
Bauraum in vertikaler Richtung erfordert, tritt erfindungsgemäß die Gelenkwelle
durch den Querträger
hindurch. Hierdurch kann der notwendige Bauraum, insbesondere in
vertikaler Richtung, reduziert werden.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
hat weitere Vorteile im Falle eines Crashs des Nutzfahrzeuges. Während bei
herkömmlichen
Nutzfahrzeugen ein Fangband für
einen Crashfall einzusetzen ist, stellt im vorliegenden Fall u.
U. die Ausnehmung mit ihren Begrenzungen durch den Querträger sowie
das Verschlusselement definierte Randbedingungen für ein Ausknicken
der Gelenkwelle dar. Dies ist selbst dann der Fall, wenn das Gelenkwellenlager
während des
Crashs aus einer Halterung ausreißt oder selbst zerreißt. In diesem
Fall ist insbesondere zwischen Querträger und Gelenkwelle ein radiales
Spiel vorgesehen. Für
ein derartiges Spiel kommt in einem Crashfall der Querträger erst
nach Überwindung
des Spieles zur Anlage an die Gelenkwelle. Mit einer derartigen
Herstellung einer Abstützbedingung
wird die wirksame Knicklänge
der Kardanwelle vorteilhaft verkürzt.
Ein weiteres (radiales) Ausknicken kann vermieden werden, was mit
einem rapiden Abfall der Steifigkeit der Gelenkwelle bei axialer
Belastung verbunden wäre.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Querträger Teil
eines mit mehreren Längsträgern und
Querträgern
gebildeten Fahrzeugrahmens. Insbesondere findet die Erfindung damit Einsatz
für Nutzfahrzeuge,
die über
einen ebenen Ladeboden verfügen
und bei denen unterhalb des Ladebodens die Gelenkwelle frei, d.
h. ohne Anordnung eines Fahrzeugtunnels, verläuft.
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Für eine weitere
erfindungsgemäße Abstützeinrichtung
ist das Gelenkwellenlager zwischen Stirnflächen des Querträgers angeordnet.
Somit schützt
der Querträger
und das Verschlusselement nicht lediglich in radialer Richtung der
Gelenkwelle. Vielmehr ist das Gelenkwellenlager auch in Richtung der
Fahrzeuglängsachse
durch die Stirnflächen
des Querträgers,
beispielsweise vor mechanischen Beeinträchtigungen oder einem Eindringen
von Schmutzpartikeln, geschützt.
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Vorzugsweise
erfolgt die Verbindung des Verschlusselementes mit dem Querträger beidseits der
Gelenkwelle durch eine Verschraubung. Hiermit kann eine billige,
zuverlässige
und wieder lösbare Verbindung
bereitgestellt werden, die auch eine einfache Demontage zur Herbeiführung einer
Zugänglichkeit
des Gelenkwellenlagers und/oder der Gelenkwelle ermöglicht.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass das Gelenkwellenlager mit einer hutförmigen Lagerschale gebildet
ist, welche mit dem Verschlusselement verschraubt wird. Die Lagerschale
und das Ver schlusselement umgeben somit in radialer Richtung die
Gelenkwelle und bilden ein Lagergehäuse für das Gelenkwellenlager.
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Ein
Verfahren zur Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist gekennzeichnet durch
die Merkmale des Anspruchs 9.
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Bei
einem derartigen erfindungsgemäßen Verfahren
zur Montage einer Abstützeinrichtung
für ein
Nutzfahrzeug wird zunächst
ein Querträger
mit der Ausnehmung bereitgestellt. Dieser kann zuvor mit einer spanenden
Einbringung der Ausnehmung in einen vorgefertigten Querträger oder
aber mittels einer umformenden Herstellung des Querträgers mit der
Ausnehmung hergestellt worden sein. Insbesondere ist der Querträger bereits
mit den Längsträgern, einem
Fahrzeugrahmen und/oder dem Nutzfahrzeug verbunden.
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In
einem nächsten
Schritt kann, unabhängig von
dem Ort, an dem sich der Querträger
befindet, beispielsweise in einer separaten Montageeinheit, die
Gelenkwelle mit dem Gelenkwellenlager montiert werden. Diese Montage
kann einen Teil der Gelenkwelle betreffen. Alternativ kann die gesamte
Gelenkwelle mit dem Gelenkwellenlager montiert werden. Ebenfalls
möglich
ist eine komplette Montage des Antriebsstranges, welcher nachfolgend
an den Querträger
bzw. das Nutzfahrzeug angebunden werden soll.
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In
einem hieran anschließenden
Arbeitsschritt wird das Gelenkwellenlager zusammen mit dem Lagergehäuse in die
Ausnehmung, insbesondere von unten, eingeführt. Gleichzeitig kann eine
Herstellung einer Verbindung von weiteren Teilen des Antriebsstranges
mit weiteren Teilen des Fahrzeugrahmens oder des Nutzfahrzeuges
hergestellt werden.
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Zur
Sicherung der Verbindung wird in einem nachfolgenden Arbeitsschritt
das Verschlusselement mit dem Querträger verschraubt. Hierdurch
ist sowohl die steife Ausbildung des Querträgers für einen späteren Betrieb des Kraftfahrzeuges
gesichert als auch die Lage der Kardanwelle und des Gelenkwellenlagers
relativ zum Querträger
bzw. Nutzfahrzeug festgelegt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den
Zeichnungen. Weitere Merkmale sind der Zeichnung, insbesondere den
dargestellten Geometrien der Bauteile, den relativen Abmessungen
mehrerer dargestellter Maße
gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung
der Bauteile zueinander und deren Wirkverbindungen miteinander,
zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher in
verschiedenen Figuren dargestellter Ausgestaltungen, Merkmalen unterschiedlicher
Ansprüche
und/oder der vorgenannten Merkmale mit Merkmalen der Ausgestaltungen
des genannten Standes der Technik ist ebenfalls möglich und
wird hiermit angeregt.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Abstützeinrichtung
mit einer Gelenkwelle, einem Verschlusselement, einem Gelenkwellenlager
und einem Fahrzeugrahmen,
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2 einen
ersten Montageschritt einer erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung,
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3 einen
zweiten Montageschritt einer erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung,
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4 einen
dritten Montageschritt einer erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung und
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5 die
erfindungsgemäße Abstützeinrichtung
in betriebsfertigem Montagezustand.
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Die
Erfindung findet Einsatz in einem Nutzfahrzeug, insbesondere einem
Transporter, bei welchem unterhalb einer Nutzfläche, die als eben verlaufender
Boden ausgebildet ist, ein Fahrzeugrahmen 10 angeordnet
ist. Der Fahrzeugrahmen 10 besitzt in Richtung der Fahrzeuglängsachse
orientierte, parallele Längsträger 11, 12,
die über
mindestens einen Querträger 13 miteinander
fest zur Bildung einer Tragstruktur verbunden sind. Als Längsträger 11, 12 und
Querträger 13 können beliebige
Träger
eingesetzt werden, welche hinsichtlich einer Möglichkeit einer Anbindung von
weiteren Bauteilen oder Aggregaten, einer Führung von Leitungen und Kabeln,
einer aufzunehmenden mechanischen Beanspruchung, der Fertigungskosten
und des Bauraumes optimiert sind.
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Das
Nutzfahrzeug besitzt mindestens eine Gelenkwelle 14, bei
welcher ein Gelenkwellenteil 15 mit einem anderen Gelenkwellenteil 16 über ein
Zwischengelenk 17 verschwenkbar in Antriebsverbindung steht.
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Der
Querträger 13 besitzt
eine ungefähr
mittige, axial durchgehende und nach unten offene Ausnehmung 18,
die im Längsschnitt
des Querträgers 13 eine
ungefähr
glockenförmige
Kontur 43 besitzt. In dem in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Querträger 13 ungefähr als Kastenprofil mit
einer Vorderseite 19, einer Rückseite 20, einer Oberseite 21 und
einer Unterseite 22 ausgebildet. In diesem Fall ist die
Ausnehmung 18 mit glockenförmigen Ausschnitten aus der
Vorderseite 19 und der Rückseite 20 gebildet.
Die Ausnehmung 18 ist nach unten offen. Für das in
den Ausführungsbeispielen dargestellte
Kastenprofil bedeutet dies, dass die Unterseite 22 einen
Ausschnitt 41 besitzt. Der Ausschnitt 41 verfügt grundsätzlich über eine
konstante Erstreckung in Längsrichtung
des Querträgers 13, welche
der maximalen Breite des Ausschnittes aus der Vorderseite 19 und
der Rückseite 20,
also der Breite im Übergangsbereich
von der Vorderseite 19 bzw. der Rückseite 20 zur Unterseite 22,
entspricht. Mittig besitzt der Ausschnitt 41 aus der Unterseite 22 einen
Bereich, der eine Verbreiterung 23 in Richtung der Längsachse
des Querträgers 13 aufweist.
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2 zeigt
einen Montageschritt der Abstützeinrichtung,
bei welchem der Querträger 13,
insbesondere in Verbindung mit dem Fahrzeugrahmen 10 oder
mit dem Nutzfahrzeug, bereitgestellt wird. Vorzugsweise handelt
es sich bei dem Querträger 13 um einen
B-Säulenquerträger.
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In
dem in 3 dargestellten folgenden oder parallelen Montageschritt
wird an einem separaten Montageort ein Gelenkwellenlager 24 mit
einem Lagergehäuse 25 verbunden.
Das Gelenkwellenlager 24 weist vorzugsweise ein Wälzlager,
beispielsweise ein Zylinderrollen-, Kugel- oder Nadellager, auf.
Das Wälzlager
ist hierbei als Radiallager oder als kombiniertes Axial- Radiallager
ausgebildet, welches radial innenliegend das Gelenkwellenteil 16 aufnimmt.
Radial außenliegend
ist das Gelenkwellenlager 24, beispielsweise unter Zwischenschaltung
eines Elastomer-Verbundelementes wie bei einem an sich bekannten
Faltenlager, gegenüber
dem Lagergehäuse 25 abgestützt.
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Das
Lagergehäuse 25 besitzt
ein Verschlusselement 26 sowie eine Lagerschale 27. Über Schrauben 36 ist
die Lagerschale 27 mit dem Verschlusselement 26 verschraubt,
wobei zwischen der Lagerschale 27 und dem Verschlusselement 26 das Gelenkwellenteil 16 zumindest
in radialer Richtung spielfrei starr oder elastisch abgestützt ist.
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Das
Verschlusselement 26 ist als umgeformtes Blech ausgebildet,
welches zwei ungefähr
ebene und rechteckförmige
Endbereiche 28, 29 besitzt, zwischen denen das
Verschlusselement 26 von dem Gelenkwellenteil 16 weg
gewölbt
ist, ungefähr
entsprechend der Wölbung
des Wälzlagers.
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Die
Endbereiche 28, 29 besitzen in dem der Mitte zugewandten
Bereich Bohrungen 30 und in den außen liegenden Bereichen Bohrungen 31.
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Die
Lagerschale 27 ist aus einem länglichen Blech gefertigt, welches
zwei ungefähr
rechteckige Endbereiche 32, 33 besitzt, zwischen
denen die Lagerschale 27, ungefähr entsprechend der Wölbung des
Wälzlagers,
gewölbt
ist. Die Endbereiche 32, 33 besitzen Bohrungen,
deren Abstand mit dem Abstand der Bohrungen 30 korrespondiert.
Das Verschlusselement 26 und die Lagerschale 27 sind durch
Befestigungsmittel, hier in Form von Schrauben 36, miteinander
verbunden, die sich durch die Bohrungen 30 erstrecken.
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In
dem in 4 dargestellten nächsten Montageschritt wird
die Gelenkwelle 14 mit dem Lagergehäuse 25 in den Bereich
der Ausnehmung 18 des Querträgers 13 gebracht.
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Gemäß 5 wird
das Lagergehäuse 25 mit der
Gelenkwelle 14 von unten in die Ausnehmung 18 eingesetzt,
bis die Endbereiche 28, 29 zur Anlage an die Unterseite 22 kommen. Über in der
Zeichnung nicht näher
dargestellte Schrauben, die sich durch die Bohrungen 31 erstrecken,
wird das Verschlusselement 26 mit der Unterseite 22 des
Querträgers 13 verschraubt.
Beim Zeitlich vor dem Verschrauben werden die Endbereiche 32, 33 an
die Unterseite 22 angelegt, so dass das Lagergehäuse 25 in
die Verbreiterungen 23 eintritt. Das Lagergehäuse 25 und das Gelenkwellenlager 24 sind
innenliegend von der Vorderseite 19 und der Rückseite 20 angeordnet,
wobei die Vorderseite 19 und die Rückseite 20 ein radiales
Spiel 38 zur Gelenkwelle 14 besitzen. Zwischen Verschlusselement 26 und
Querträger 13 bildet
die nach unten geschlossenen Ausnehmung 18 eine ungefähr in Längsrichtung
orientierte Durchbrechung 40, durch die die Gelenkwelle 14,
insbesondere unter Ausbildung eines radialen Spieles, hindurchtritt,
so dass ein Festkörperkontakt
zwischen Gelenkwelle 14 und den umgebenden Bauteilen lediglich über das Gelenkwellenlager 24 mit
dem Verschlusselement 26 ausgebildet ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann
eine Funktionsbündelung
infolge der integralen Bauweise erzielt werden. Dies hat eine Reduktion
der Zahl der notwendigen Bauteile zur Folge. Es entfällt insbesondere
eine separate Aufnahmekonsole für das
Gelenkwellenlager 24. Weiterhin entfällt ein separates Rohbaumontageteil
zur Biegesteifigkeitskompensation sowie ein etwaiges Fangband, welches
einen Ausknickvorgang während
des Crashs begrenzt, und etwaige Befestigungskonsolen für das Fangband.
Der Schmutzeintrag für
das Gelenkwellenlager 24 kann verringert werden, was eine
Erhöhung
der Lagerlebensdauer und der Lagerstandzeit zur Folge hat. Das Unterboden-Rohbaukonzept bleibt
erhalten, insbesondere kann ein ebener Laderaumboden auf einfache
Weise bereitgestellt werden. Es ergibt sich eine Reduktion der Herstellungs-
und Montagekosten. Es ergibt sich darüber hinaus eine Verbesserung
der Antriebsstrang- bzw. Gesamtakustik und des Fahrkomforts.